本申请涉及板材切割技术领域，特别涉及汽车板激光切割自动排版制图方法和系统。
背景技术：
在汽车零部件的生产制造加工过程中，需要首先生产出符合要求形状的金属板材，然后再进行例如冲压、喷漆、装焊，最后得到成品的汽车零部件，最后对各汽车零部件进行总装得到整车。而对于汽车零部件的生产制造，目前主要采取的方式之一就是通过对具有一定宽度和厚度的原料钢板板材按照零部件的外形进行激光切割，切割出具有相应形状的钢板，然后再对钢板进行后续加工处理，最终得到成品的汽车零部件。
目前在板材切割的工序中，各汽车工件的形状在原料板材上的排布顺序较为混乱，例如只是将所有待生产加工的工件形状依次线性地单行排列在原料板材上，然后对形状进行依次切割；或者是将原料板材沿长度划分为面积相同的多个呈单行排列的区域，并将所有待生产加工的工件形状依次填充到各区域中进行切割。
上述排布工件形状的方式会使得各汽车工件形状之间存在较大间隙，大量的空白原料在经过切割设备时未被切割加工，导致生产加工过程中原料板材的大量浪费，同时也会导致生产加工的效率较低。
技术实现要素：
基于此，为了提高加工过程中对原料板材的利用率，减少对原料板材的浪费，提高加工效率，本申请公开了以下技术方案。
一方面，提供了一种汽车板激光切割自动排版制图方法，包括：
步骤100，按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形；
步骤200，按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域；
步骤300，计算该待排版工件在所述可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置；
步骤400，按照制图序列对各待排版工件进行上述步骤200至步骤300，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
在一种可能的实施方式中，在步骤100前，先进行以下步骤：
依据汽车生产计划提取出待切割汽车零部件作为待排版工件，获取待排版工件的生产信息和属性信息，其中，所述生产信息包括数量信息，所述属性信息包括形状信息；
将待排版工件按照所述数量信息和所述形状信息进行分类和排序，得到待排版工件的类型，并生成待排版工件的制图序列。
在一种可能的实施方式中，所述制图序列为：
将所有待排版工件按照面积进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边长度进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照所有边长的方差进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边和最短边的长度差值进行从大到小排序。
在一种可能的实施方式中，在步骤100中生成所述偏置多边形和所述内适应矩形之前：先将各类待排版工件进行两两不重合拼接，并计算拼接后得到的拼接件的最小包络矩形面积与拼接前两工件的最小包络矩形面积之和的比值，并在比值小于设定阈值时，将拼接件作为新生成的待排版工件类型参加所述偏置多边形和所述内适应矩形。
在一种可能的实施方式中，所述进行两两不重合拼接的方式包括：获取两类待排版工件中每类待排版工件的各顶点与在预定方向上的下一顶点之间的距离以及各顶点所处的两条边之间按预设方向的旋转角，并依据以下公式判断两类待排版工件能否拼接：
αi-βj＜h公式(1)；
其中，αi为第一类待排版工件的第i个顶点的旋转角，βj为第二类待排版工件的第j个顶点的旋转角，h为角度阈值，di为第一类待排版工件的第i个顶点的所述距离，dj为第二类待排版工件的第j个顶点的所述距离，c为尺度比例因子。
在一种可能的实施方式中，所述最小包络矩形面积的计算方式包括：
步骤a1，确定出将待包络几何体的所有凹顶点，并将所有凹顶点的两侧相邻的点连接，重复进行凹顶点确定和相邻点连接直至待包络几何体的所有顶点均为凸顶点，得到待包络几何体的凸多边形；
步骤a2，遍历该凸多边形的所有边，并对选取的每条边实施以下步骤：旋转该凸多边形使得该选取的边平行于x轴，获取该凸多边形当前各顶点中的x轴最大值、x轴最小值、y轴最大值和y轴最小值，进而算出该凸多边形在当前姿态下的包络矩形面积；
步骤a3，将得到的所有包络矩形面积进行比较，得到最小包络矩形面积，并将最小包络矩形面积时对应的姿态作为该几何体的姿态。
在一种可能的实施方式中，步骤100中的生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤：
步骤b1，将其中一类工件的最低点作为初次描画点，得到该其中一类工件按设定方向沿另一类工件的各个边平移一周后所述初次描画点产生的多个轨迹向量；
步骤b2，从所述多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按所述设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量；
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。
在一种可能的实施方式中，在步骤b2中，还对所述多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与所述设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形；
在步骤b3中，将所述外包偏置多边形与所述内含偏置多边形作为整体偏置多边形。
在一种可能的实施方式中，步骤100中的生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：
获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
在一种可能的实施方式中，在步骤200前，先进行以下步骤：按照制图序列将第一个待排版工件排版于分别与原料板材前端边线和侧边线相交的位置。
在一种可能的实施方式中，步骤300中的所述版面契合度的计算方式包括以下步骤：
获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积；
依据所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，所述版面契合度与所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积呈反比。
另一方面，还提供了一种汽车板激光切割自动排版制图系统，包括：
几何体生成模块，用于按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形；
可排版区域计算模块，用于按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域；
排版位置选取模块，用于计算该待排版工件在所述可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置，并按照制图序列对各待排版工件进行上述可排版区域计算和排版位置选取，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
在一种可能的实施方式中，该系统还包括：
分类及排序模块，用于在在所述几何体生成模块生成所述偏置多边形和生成所述内适应矩形前，先进行以下步骤：
依据汽车生产计划提取出待切割汽车零部件作为待排版工件，获取待排版工件的生产信息和属性信息，其中，所述生产信息包括数量信息，所述属性信息包括形状信息；
将待排版工件按照所述数量信息和所述形状信息进行分类和排序，得到待排版工件的类型，并生成待排版工件的制图序列。
在一种可能的实施方式中，所述制图序列为：
将所有待排版工件按照面积进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边长度进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照所有边长的方差进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边和最短边的长度差值进行从大到小排序。
在一种可能的实施方式中，该系统还包括：
多边形拼接模块，用于在所述几何体生成模块生成所述偏置多边形和所述内适应矩形之前：先将各类待排版工件进行两两不重合拼接，并计算拼接后得到的拼接件的最小包络矩形面积与拼接前两工件的最小包络矩形面积之和的比值，并在比值小于设定阈值时，将拼接件作为新生成的待排版工件类型参加所述偏置多边形和所述内适应矩形。
在一种可能的实施方式中，所述进行两两不重合拼接的方式包括：获取两类待排版工件中每类待排版工件的各顶点与在预定方向上的下一顶点之间的距离以及各顶点所处的两条边之间按预设方向的旋转角，并依据以下公式判断两类待排版工件能否拼接：
αi-βj＜h公式(1)；
其中，αi为第一类待排版工件的第i个顶点的旋转角，βj为第二类待排版工件的第j个顶点的旋转角，h为角度阈值，di为第一类待排版工件的第i个顶点的所述距离，dj为第二类待排版工件的第j个顶点的所述距离，c为尺度比例因子。
在一种可能的实施方式中，所述最小包络矩形面积的计算方式包括：
步骤a1，确定出将待包络几何体的所有凹顶点，并将所有凹顶点的两侧相邻的点连接，重复进行凹顶点确定和相邻点连接直至待包络几何体的所有顶点均为凸顶点，得到待包络几何体的凸多边形；
步骤a2，遍历该凸多边形的所有边，并对选取的每条边实施以下步骤：旋转该凸多边形使得该选取的边平行于x轴，获取该凸多边形当前各顶点中的x轴最大值、x轴最小值、y轴最大值和y轴最小值，进而算出该凸多边形在当前姿态下的包络矩形面积；
步骤a3，将得到的所有包络矩形面积进行比较，得到最小包络矩形面积，并将最小包络矩形面积时对应的姿态作为该几何体的姿态。
在一种可能的实施方式中，所述几何体生成模块生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤：
步骤b1，将其中一类工件的最低点作为初次描画点，得到该其中一类工件按设定方向沿另一类工件的各个边平移一周后所述初次描画点产生的多个轨迹向量；
步骤b2，从所述多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按所述设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量；
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。
在一种可能的实施方式中，在步骤b2中，所述几何体生成模块还对所述多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与所述设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形；
在步骤b3中，将所述外包偏置多边形与所述内含偏置多边形作为整体偏置多边形。
在一种可能的实施方式中，所述几何体生成模块生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：
获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
在一种可能的实施方式中，所述可排版区域计算模块还按照制图序列将第一个待排版工件排版于分别与原料板材前端边线和侧边线相交的位置。
在一种可能的实施方式中，所述排版位置选取模块计算所述版面契合度的方式包括以下步骤：
获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积；
依据所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，所述版面契合度与所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积呈反比。
本实施例公开的汽车板激光切割自动排版制图方法及系统，能够通过考虑待排版工件的形状和尺寸、已排版工件的版面位置、原料板材的尺寸等因素，将待排版工件放置于已排版工件之间形成的间隙之中，而不是简单的依次单行罗列到原料板材上，使得工件的排版更加紧凑，原材料利用率更高，实现了原料板材的节约，也变相提高了板材切割的效率。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。
图1是本申请公开的汽车板激光切割自动排版制图方法实施例的流程示意图。
图2是正方形a相对于六边形b形成偏置多边形的示意图。
图3是星形c相对于矩形z形成内适应矩形的示意图。
图4是步骤200中准备计算待排版工件d3的可排版区域之前的示意图。
图5是图4中待排版工件d3相对于已排版工件d1的偏置多边形p31的示意图。
图6是图4中待排版工件d3相对于已排版工件d2的偏置多边形p32的示意图。
图7是偏置多边形p31和p32取并集前的示意图。
图8是对图7的偏置多边形p31和p32取并集后的示意图。
图9是图4中待排版工件d3相对于原料板材矩形z的内适应矩形的示意图。
图10是图4中待排版工件d3的可排版区域areal和area2的示意图。
图11是图4中待排版工件d3的最佳排版位置。
图12是另一种已排版工件形状情况下的偏置多边形取并集后的示意图。
图13是图12中待排版工件d3的最佳排版位置。
图14是轨迹向量选择过程中转动向量大小判定的示意图。
图15是单一工件同时产生外包偏置多边形和内含偏置多边形的示意图。
图16是包络矩形的示意图。
图17是两类工件拼接的单角拼接的示意图。
图18是两类工件拼接的多角拼接的示意图。
图19是本申请公开的汽车板激光切割自动排版制图系统实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
下面参考图1-图18详细描述本申请公开的汽车板激光切割自动排版制图方法实施例。如图1所示，本实施例公开的方法包括如下步骤100至步骤400。
步骤100，按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形。
当生产需求下达后，可以得知需要生产的汽车工件(汽车零部件)的类型有哪些，以及各类型工件的生产数量。例如加工切割设备能够切割的工件种类共有30种，每种工件的外形和尺寸均不相同，本次需要生产加工切割其中的8种，共400件，而这400件工件可以按照本实施例公开的方法先在原料板材上进行模拟排版，将这400件工件的形状和位置预先在原料板材上进行排版和制图，然后按照排版制图的结果控制加工切割设备对原料板材进行按图切割。因此，待排版工件即为本次需要生产加工切割的400件工件，而待排版工件的类型即为上述8种汽车工件类型。
工件在原料板材上的呈现方式即为一个多边形，该多边形的轮廓外形就是该工件的具体形状。偏置多边形即为：工件a(多边形a)在保持与工件b(多边形b)的边相接触的情况下，在工件b的外侧沿工件b的外形平移一周后工件a的某预设顶点移动过的路径所形成的多边形。在多边形a的移动过程中，可能存在接触的双方为a的边与b的顶点的情况，此时a的边移动于b的顶点上；也可能存在接触的双方为a的顶点与b的边的情况，此时a的顶点移动于b的边上；还可能存在接触的双方为a的边与b的边的情况，此时a的边与b的边至少部分重合并且a的边移动于b的边上。请参阅图2，图2为正方形a相对于六边形b形成偏置多边形的示意图，用于形成移动路径的预设顶点为正方形a的左下顶点，虚线多边形a’为平移过程中的一个途经位置，带箭头的封闭多边形即为形成的偏置多边形，箭头为a逆时针沿b平移时形成偏置多边形的边线方向。在待排版工件的类型为8种的情况下，则会产生7*7＝49个偏置多边形。
原料板材的长度并非无限长的，通常为一个长度大于或远大于宽度的矩形，其长度和宽度是固定的。内适应矩形即为：工件a在保持着与原料板材矩形z的边相接触的情况下，在矩形z内侧沿矩形z的外形平移一周后工件a的某预设顶点移动过的路径所形成的多边形。请参阅图3，图3为星形c相对于矩形z形成内适应矩形的示意图，用于形成移动路径的预设顶点为星形c的正下方顶点，虚线多边形c’为平移过程中的一个途经位置，带箭头的封闭矩形即为形成的内适应多边形，箭头为c逆时针沿z平移时形成内适应多边形的边线方向。
步骤200，按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域。
制图序列是将上述400个工件进行依次排版的次序集合，按照序列中的次序依次提取一个待排版工件并为其在原料板材上选定合适的排版位置，之后再提取下一个待排版工件，如此制图序列中已不包含任何待排版工件，表明所有工件均已排版到原料板材上，此时即可以按照排版的制图进行生产加工切割了。
请参阅图4至图6所示，假设d1和d2均为原料板材矩形z上的已排版工件，制图序列中的下一待排版工件为矩形d3，则如图5所示获取d3相对于d1的偏置多边形p31(预设顶点为d3左下顶点)，以及如图6所示获取d3相对于d2的偏置多边形p32(预设顶点为d3左下顶点)，之后如图7所示将p31和p32进行或运算(取并集)，得到如图8所示的“口”字形区域，然后将该区域在如图9所示的d3的内适应矩形内的相对补集，得到如图10所示的可排版区域areal和area2。可排版区域为待排版工件可能被排布的位置区域范围。
可以理解的是，当待排版工件的并集结果全部位于该待排版工件的内适应矩形之外，也就是说两者的补集为空集，此时将该待排版工件排布于内适应矩形的左下角，使该待排版工件的左下顶点与内适应矩形的左下角对齐。
需要说明的是，待排版工件的可排版区域可以是如图10所示的多个互不重叠的区域，也可以只有一个单独的整块区域，这具体取决于待排版工件和已排版工件的形状，例如是否存在凹口等。
步骤300，计算该待排版工件在可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置。
通过步骤200的计算得到了待排版工件d3的可排版区域areal和area2，而areal和area2中包含有若干的待排版工件d3可以选择的排布位置点，因此通过步骤300来计算出d3位于可排版区域中各位置点处时的版面契合度，版面契合度代表了待排版工件在当前位置点处时节约原料板材的水平，也可以理解为待排版工件在当前位置点处时与已排版工件之间的紧凑水平，若水平较高，则符合本申请要解决的板材浪费、效率较低的目的，因此选择版面契合度最高的位置点作为当前待排版工件的排版位置。
版面契合度可以通过假设待排版工件排布于该位置处并变为已排版工件时，所有已排版工件占用的原材料长度、包络面积等参量来进行计算，占用的长度越多，包络面积越大，说明当前待排版工件越没有充分利用原先已排版工件之间的间隙，版面越不紧凑，因此说明越存在原材料浪费的情况，版面契合度也就越低。
依据版面契合度的计算可知，area1和area2均能够放置d3工件，而依据上述原材料长度、包络面积等参量可算出，当d3位于图11中的位置处时，版面契合度最高，因此d3的排版位置为图11所示的位置处。
进一步的，假设原料板材矩形z上的已排版工件d1和d2’为图12所示，其中d2’工件的形状相比于图4中的d2有所增大，则d1和d2’的偏置多边形取并集后得到的“口”字形区域则如图12所示，而算出的可排版区域为图13所示的area1和area2’，而由于d2的尺寸形状变化，使得area2’中原先的位置处无法排布d3工件了，因此计算图13情况下d3在areal和area2’中位置点处的版面契合度可知，d3的最佳排布位置变为图13所示的areal中的位置。
步骤400，按照制图序列对各待排版工件进行上述步骤200至步骤300，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
对上述400个工件依次排布到原料板材矩形上，每排布完成一个工件，再排布下一个工件，直到完成所有工件的排布，此时就会得到所使用到的各原料板材的排版图样，然后可以依照该排版图样进行相应的程序指令生成，使生产加工切割设备依照程序指令对原料板材进行切割，得到该400个工件。
本实施例公开的方法，能够通过考虑待排版工件的形状和尺寸、已排版工件的版面位置、原料板材的尺寸等因素，将待排版工件放置于已排版工件之间形成的间隙之中，而不是简单的依次单行罗列到原料板材上，使得工件的排版更加紧凑，原材料利用率更高，实现了原料板材的节约，也变相提高了板材切割的效率。
在一种实施方式中，在步骤100前，先进行以下步骤10至步骤20。
步骤10，依据汽车生产计划提取出待切割汽车零部件作为待排版工件，获取待排版工件的生产信息和属性信息，其中，生产信息包括数量信息，属性信息包括形状信息。
汽车零部件的生产是通过生产计划来指挥调度的，而步骤100中的待排版工件的类型则可以是依据生产计划来判断出哪些类型的工件参与本次的生产。
步骤20，将待排版工件按照数量信息和形状信息进行分类和排序，得到待排版工件的类型，并生成待排版工件的制图序列。
步骤200中的制图序列也可以通过生产计划以及数据库中存储的各工件的已有形状尺寸信息进行指定。具体的，制图序列可以采用以下四种方式中的任一种进行指定。
第一种，将所有待排版工件按照面积进行从大到小排序。按照面积进行排序，可以保证面积最大的先进行排版，而大面积的工件之间会产生空隙，而后续可以将小面积的工件填充到这些空隙内，避免混乱排序情况下由于小面积的工件和大面积的工件同时进行排版导致产生一些较大的空隙。
第二种，将所有待排版工件按照具有的最长边长度进行从大到小排序。工件的最长边长度越长，则越难以排布到合理的位置，若是排到序列后面，则可能导致产生很大的空隙，因此按照先难后易的原则，先将最长边长度最大的进行排版，其产生的空隙甚至可能能够放入一些较大的工件。
第三种，将所有待排版工件按照所有边长的方差进行从大到小排序。边长的方差能够反映工件是否“圆润”，或者说能够反映出工件的形状与正方形形状的相似程度，而先对最像正方形的工件进行排版，相当于先把浪费原料最少的工件先进行排布，从一开始就提高了原料利用率，而后续的其他与正方形不相似的工件若能够互补，则也能够提高原料利用率，相当于整体上提高了原料利用率，而若是类正方形工件与不类正方形同时进行排布，则可能提高原料利用率的程度可能会低于先排布类正方形工件的情况。
第四种，将所有待排版工件按照具有的最长边和最短边的长度差值进行从大到小排序。长边和最短边的长度差值越大，工件形状越狭长，则越难以排布到合理的位置，此种情况与前述均有共通之处，尤其是与第二种情况较为类似，既涉及了最长边长度，又涉及了面积大小，因为第四种情况与第二种情况的区别之一就在于宽度的大小，也就是面积的大小或者圆润度的大小，因此第四种情况可以视为第二种情况与第一或第三种情况的综合。
上述四种情况可以在前述步骤20中根据待排版工件的数量信息和形状信息进行选择，从而得到适应于本次生产计划并对原料节约最有利的制图序列。
在一种实施方式中，在步骤100中生成偏置多边形和内适应矩形之前：先将各类待排版工件进行两两不重合拼接，并计算拼接后得到的拼接件的最小包络矩形面积与拼接前两工件的最小包络矩形面积之和的比值，并在比值小于设定阈值时，将拼接件作为新生成的待排版工件类型参加偏置多边形和内适应矩形。
由于汽车零部件中可能存在某些能够与其他汽车零部件在一些角部进行对接、拼接的特征，因此，对于前述8种类型的待排版工件，可以进行两两拼接判断。拼接的要求是，两类工件在拼接之后不发生任何区域的重合，并且两类工件各自的一部分能够通过拼接实现互补和契合。
最小包络矩形面积是所有姿态角度中使包络矩形面积最小的姿态角度。若拼接后得到的拼接件的最小包络矩形面积较小，说明通过拼接使得工件的相拼接的部分带来的包络矩形重叠了，使得工件面积与包络面积之比提高了，相当于提高了原材料的有效使用率，而拼接件的最小包络矩形面积与拼接前两工件的最小包络矩形面积之和的比值越小，则有效使用率提高的越多，在极端情况下，上述比值可以趋近于0.5，也就是拼接后的拼接件和拼接前的单件相比，包络面积增加的很小。在此种情况下，可以将前述8种类型的待排版工件进行预先拼接，通过拼接预先提高之后排版时的原料使用率，无需在排版时通过步骤200至300进行节约原料，并且拼接的运算量比排版的运算量更低、节约原料的准确性更高。
具体的，进行两两不重合拼接的方式包括：获取两类待排版工件中每类待排版工件的各顶点与在预定方向上的下一顶点之间的距离以及各顶点所处的两条边之间按预设方向的旋转角，并依据以下公式判断两类待排版工件能否拼接。
αi-βj＜h公式(1)；
其中，αi为第一类待排版工件的第i个顶点的旋转角，βj为第二类待排版工件的第j个顶点的旋转角，h为角度阈值，di为第一类待排版工件的第i个顶点的距离，lj为第二类待排版工件的第j个顶点的距离，c1为尺度比例因子下限，c2为尺度比例因子上限。
上述公式(1)和公式(2)主要用于针对三角形形状的拼接部，也就是单角拼接的情况。例如图17中工件d1的右侧锐角顶点的αi与工件d3的左侧凹角顶点βj之间的差值较小，小于阈值h，工件d1的右侧锐角顶点按逆时针方向的向左上方延伸的斜线的长度di与工件d3的左侧凹角顶点按顺时针方向的向左上方延伸的斜线的长度lj之间比值的对数位于尺度比例因子的约束区间内，表明两条线段的长度近似。因此d1和d3满足拼接的形成条件。
可以理解的是，还可以存在多角拼接的情况，例如图18中工件d2的凹陷部与工件d4的顶部的形状相适配，此时通过公式(1)和公式(2)算出d2凹陷部的左侧与d4左上角能够拼接后，还可以对d2和d4的拼接部的下一顶点处进行再比较，也就是通过以下公式(3)和公式(4)继续算出d2的下一顶点(第i 1顶点)和d4的下一顶点(第j 1顶点)是否依旧能够拼接，若依旧满足拼接条件，则形成了多角拼接中的两角拼接。依次类推，还可以通过对顶点的推移进行再后续顶点的拼接条件判断，直至两工件的顶点不满足拼接条件为止。
αi 1-βj 1＜h公式(3)；
在一种实施方式中，最小包络矩形面积的计算方式包括以下步骤a1至a3。：
步骤a1，确定出将待包络几何体的所有凹顶点，并将所有凹顶点的两侧相邻的点连接，重复进行凹顶点确定和相邻点连接直至待包络几何体的所有顶点均为凸顶点，得到待包络几何体的凸多边形。例如，某待包络几何体的一侧呈锯齿状，则经过重复对每个凹角进行填平，最终将锯齿填平成一条平直线段。
步骤a2，遍历该凸多边形的所有边，并对选取的每条边实施以下步骤：旋转该凸多边形使得该选取的边平行于x轴，获取该凸多边形当前各顶点中的x轴最大值、x轴最小值、y轴最大值和y轴最小值，进而算出该凸多边形在当前姿态下的包络矩形面积。例如，凸多边形具有n条边，则计算每条边平行于x轴时的包络矩形面积，得到n个包络矩形面积。
步骤a3，将得到的所有包络矩形面积进行比较，得到最小包络矩形面积，并将最小包络矩形面积时对应的姿态作为该几何体的姿态。
姿态指的是自身相对于x轴的角度。由于在进行排版时，工件的姿态是不变的，因此可以在拼接时一并将拼接件的姿态进行调整，使得拼接件处于包络矩形面积最小的姿态，利于排版时减小与原料板材边缘以及与已排版工件之间的间隙。可以理解的是，还可以将其余未拼接件的工件一并调整为处于最小包络矩形面积状态的姿态，使得所有工件(包括拼接件)均在处于包络矩形面积最小的姿态下进行排版。
在一种实施方式中，步骤100中的生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤b1至步骤b3。
如图2所示，以分属不同种类的工件a和工件b为例。
步骤b1，将其中一类工件a的最低点作为初次描画点，得到工件a按设定方向沿另一类工件b的各个边平移一周后初次描画点产生的多个轨迹向量。
工件a的最低点有多个时，可以任一选择一个，例如a的底边上的点均为最低点，则可以选择最左侧的最低点作为初次描画点。平移的方向默认为逆时针方向，也就是说设定方向为逆时针。a从图2中的位置处开始，沿着b的六条边依次平移，得到通过图2中箭头线表示的多个轨迹向量，轨迹向量的方向为箭头所指的方向，轨迹向量的大小则为箭头的长度。
其中，多个轨迹向量中相交的轨迹向量被交点分割，多个轨迹向量中相重合的轨迹向量被各自的端点分割，并且分割后得到的轨迹向量的方向与分割前相同。具体的，若工件a和工件b均为凹多边形，则描画产生的多个轨迹向量中，会存在轨迹向量之间相交、同向重合、反向重合、部分重合甚至全部重合的情况，因此为了后续步骤的实施，可以将这些有相交和重合的轨迹向量通过上述方式进行分割，使得分割后的所有轨迹向量均只通过两端端点连接和接触。
步骤b2，从多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，也就是形成了一个封闭图形。并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量。
对于工件a与工件b均为凸多边形的情况，则初次描画得到的多个轨迹向量即可形成偏置多边形，但当工件a和工件b中任一个或全部为凹多边形时，则初次描画产生的轨迹向量中并不都能够用来形成偏置多边形，因此可以通过步骤b2从中选择出由哪些轨迹向量来形成偏置多边形。
其中，转动向量的大小判定依据为：通过以该末端为圆心来转动延长线直至与该不止一个轨迹向量中的各轨迹向量重合时所转过的角度和转动方向，转动方向为逆时针的180度以内则所转过的角度为正值，转动方向为顺时针的180度以内则所转过的角度为负值。
具体的，请参阅图14，二次描画点从轨迹向量s的左端描画到右端后，出现了四种不同的描画路径，s1-s4这四个轨迹向量均与s的右端连接，此时s1和s2均为正值，s3和s4均为负值，图中虚线为延长线，因此转动向量从大到小依次为s2、s1、s4、s3，因此选择s3作为下一描画的轨迹向量。可以理解的是，图14只是为了举例说明如何判定转动向量的大小，而不是实际描画过程中遇到的情况。
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。外包偏置多边形是偏置多边形的一种，也是偏置多边形最常见的形态，其特征为将描画过程中将不发生平移的工件包含在其内，图5和图6产生的偏置多边形均为外包偏置多边形。相对的，偏置多边形还包含内含偏置多边形。
进一步的，在步骤b2中，还对多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形。在步骤b3中，将外包偏置多边形与内含偏置多边形作为整体偏置多边形。具体请参阅图15，工件e相对于工件f产生有两个偏置多边形，其中f外围的粗黑线为外包偏置多边形，而被f包裹的粗黑线为内含偏置多边形，其中内含偏置多边形是经过从轨迹向量中进行挑选、分割、连接得到的，并且形成内含偏置多边形的轨迹向量的箭头路径方向为顺时针方向，与外包偏置多边形的逆时针路径方向相反。
在一种实施方式中，步骤100中的生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
包络矩形指的是多边形的最小外接矩形，该矩形将多边形的所有顶点均包含在其内或在其上，并且该矩形的四条边均与多边形的顶点或边相接触，多边形的顶点或边均不超出矩形的轮廓之外。图16中的粗黑线展示了工件d1和d2的包络矩形。具体的内适应矩形形成方式如图3所示，工件c的包络矩形沿z的内部平移一周后得到内适应矩形。
在一种实施方式中，在步骤200前，先进行以下步骤：按照制图序列将第一个待排版工件排版于分别与原料板材前端边线和侧边线相交的位置，也就是与x轴(长度轴)和/或y轴(宽度轴)刚好接触的位置，具体请参阅图4中第一件已排版工件d1的位置。
在一种实施方式中，步骤300中的版面契合度的计算方式包括以下步骤：
首先，获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积。
整体占用长度指的是包括当前待排版工件和所有已排版工件在内的所有工件在原料板材上最右端的坐标点中x轴的值，以此来衡量当当前待排版工件在各位置点处时，原料板材在长度方向上的占用量是否有所增加以及增加了多少。
整体包络矩形面积指的是包括当前待排版工件和所有已排版工件在内的所有工件的包络矩形面积，以此来衡量当当前待排版工件在各位置点处时，所有排版工件的包络矩形面积是否有所增加以及增加了多少。
重合面积则同样能够衡量当当前待排版工件在各位置点处时，所占用的位置是否是废料位置(空隙位置)。
然后，依据整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，版面契合度与整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积呈反比。
整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积的变化均能够反映出在不同位置处节约原料的能力，整体占用长度和整体包络矩形面积的变化越小则节约的越多，无变化则说明最节约原材料。重合面积则是越大则越节约，若当前待排版工件的包络矩形完全被包含于所有已排版工件的包络矩形，则说明最节约原材料。
可以理解的是，整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积三者的参考标准可以采用不同权重来进行针对性侧重。例如以整体占用长度作为侧重点进行版面契合度的判断，整体占用长度占有一半以上的权重，则整体占用长度的大小最能影响版面契合度的高低，即使待排版工件在位置1处的整体包络矩形面积大于在位置2处的整体包络矩形面积，且重合面积小于在位置2处的重合面积，但在位置1处的整体占用长度小于在位置2处的整体占用长度，则此种情况下会判定位置1的版面契合度高于位置2的版面契合度。
下面参考图19详细描述本申请公开的汽车板激光切割自动排版制图系统实施例。本实施例为实施前述汽车板激光切割自动排版制图方法实施例的系统实施例。
如图19所示，本实施例公开的系统主要包括有：
几何体生成模块，用于按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形；
可排版区域计算模块，用于按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域；
排版位置选取模块，用于计算该待排版工件在可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置，并按照制图序列对各待排版工件进行上述可排版区域计算和排版位置选取，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
在一种实施方式中，该系统还包括：
分类及排序模块，用于在在几何体生成模块生成偏置多边形和生成内适应矩形前，先进行以下步骤：
依据汽车生产计划提取出待切割汽车零部件作为待排版工件，获取待排版工件的生产信息和属性信息，其中，生产信息包括数量信息，属性信息包括形状信息；
将待排版工件按照数量信息和形状信息进行分类和排序，得到待排版工件的类型，并生成待排版工件的制图序列。
在一种实施方式中，制图序列为：
将所有待排版工件按照面积进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边长度进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照所有边长的方差进行从大到小排序；或，
将所有待排版工件按照具有的最长边和最短边的长度差值进行从大到小排序。
在一种实施方式中，该系统还包括：
多边形拼接模块，用于在几何体生成模块生成偏置多边形和内适应矩形之前：先将各类待排版工件进行两两不重合拼接，并计算拼接后得到的拼接件的最小包络矩形面积与拼接前两工件的最小包络矩形面积之和的比值，并在比值小于设定阈值时，将拼接件作为新生成的待排版工件类型参加偏置多边形和内适应矩形。
在一种实施方式中，进行两两不重合拼接的方式包括：获取两类待排版工件中每类待排版工件的各顶点与在预定方向上的下一顶点之间的距离以及各顶点所处的两条边之间按预设方向的旋转角，并依据以下公式判断两类待排版工件能否拼接：
αi-βj＜h公式(1)；
其中，αi为第一类待排版工件的第i个顶点的旋转角，βj为第二类待排版工件的第j个顶点的旋转角，h为角度阈值，di为第一类待排版工件的第i个顶点的距离，dj为第二类待排版工件的第j个顶点的距离，c为尺度比例因子。
在一种实施方式中，最小包络矩形面积的计算方式包括：
步骤a1，确定出将待包络几何体的所有凹顶点，并将所有凹顶点的两侧相邻的点连接，重复进行凹顶点确定和相邻点连接直至待包络几何体的所有顶点均为凸顶点，得到待包络几何体的凸多边形；
步骤a2，遍历该凸多边形的所有边，并对选取的每条边实施以下步骤：旋转该凸多边形使得该选取的边平行于x轴，获取该凸多边形当前各顶点中的x轴最大值、x轴最小值、y轴最大值和y轴最小值，进而算出该凸多边形在当前姿态下的包络矩形面积；
步骤a3，将得到的所有包络矩形面积进行比较，得到最小包络矩形面积，并将最小包络矩形面积时对应的姿态作为该几何体的姿态。
在一种实施方式中，几何体生成模块生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤：
步骤b1，将其中一类工件的最低点作为初次描画点，得到该其中一类工件按设定方向沿另一类工件的各个边平移一周后初次描画点产生的多个轨迹向量；
步骤b2，从多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量；
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。
在一种实施方式中，在步骤b2中，几何体生成模块还对多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形；
在步骤b3中，将外包偏置多边形与内含偏置多边形作为整体偏置多边形。
在一种实施方式中，几何体生成模块生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：
获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
在一种实施方式中，可排版区域计算模块还按照制图序列将第一个待排版工件排版于分别与原料板材前端边线和侧边线相交的位置。
在一种实施方式中，排版位置选取模块计算版面契合度的方式包括以下步骤：
获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积；
依据整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，版面契合度与整体占用长度、整体包络矩形面积和重合面积呈反比。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。
本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种汽车板激光切割自动排版制图方法，其特征在于，包括：
步骤100，按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形；
步骤200，按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域；
步骤300，计算该待排版工件在所述可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置；
步骤400，按照制图序列对各待排版工件进行上述步骤200至步骤300，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤100中的生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤：
步骤b1，将其中一类工件的最低点作为初次描画点，得到该其中一类工件按设定方向沿另一类工件的各个边平移一周后所述初次描画点产生的多个轨迹向量；
步骤b2，从所述多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按所述设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量；
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤b2中，还对所述多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与所述设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形；
在步骤b3中，将所述外包偏置多边形与所述内含偏置多边形作为整体偏置多边形。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤100中的生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：
获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤300中的所述版面契合度的计算方式包括以下步骤：
获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积；
依据所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，所述版面契合度与所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积呈反比。
6.一种汽车板激光切割自动排版制图系统，其特征在于，包括：
几何体生成模块，用于按照所有待排版工件的类型，生成每类工件相对于剩余各类工件的偏置多边形，并生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形；
可排版区域计算模块，用于按照制图序列确定出当前的待排版工件，对该待排版工件与各已排版工件之间的偏置多边形取并集，并计算该并集在该待排版工件的内适应矩形内的补集，得到该待排版工件的可排版区域；
排版位置选取模块，用于计算该待排版工件在所述可排版区域内各位置点的版面契合度，并将版面契合度最高的位置点作为待排版工件的排版位置，并按照制图序列对各待排版工件进行上述可排版区域计算和排版位置选取，直至完成所有待排版工件在原料板材上的排版。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述几何体生成模块生成两类工件之间的偏置多边形的方式包括以下步骤：
步骤b1，将其中一类工件的最低点作为初次描画点，得到该其中一类工件按设定方向沿另一类工件的各个边平移一周后所述初次描画点产生的多个轨迹向量；
步骤b2，从所述多个轨迹向量中选择一端点作为二次描画的起点，从该起点开始按所述设定方向沿相连的轨迹向量进行依次描画，直至当前二次描画的轨迹向量末端为该起点，并且在二次描画过程中，若其中任一所描画的轨迹向量末端连有不止一个轨迹向量，将与从该末端引出的且与所在轨迹向量方向一致的延长线之间转动向量最小的轨迹向量作为下一描画的轨迹向量；
步骤b3，连接二次描画过程中所描画出的各轨迹向量，得到外包偏置多边形。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，在步骤b2中，所述几何体生成模块还对所述多个轨迹向量中未被二次描画的轨迹向量全部进行二次描画，将形成的所包含轨迹向量的方向均与所述设定方向相反的封闭多边形作为内含偏置多边形；
在步骤b3中，将所述外包偏置多边形与所述内含偏置多边形作为整体偏置多边形。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述几何体生成模块生成每类工件在原料板材内形成的内适应矩形的方式包括：
获取待排版工件的包络矩形，将待排版工件的最低点作为矩形勾画点，将该包络矩形沿原料板材的轮廓在内部平移一周，并将该矩形勾画点在平移过程中产生的矩形轨迹线作为内适应矩形。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述排版位置选取模块计算所述版面契合度的方式包括以下步骤：
获取该待排版工件作为已排版工件在位置点处时所有已排版工件在原料板材上的整体占用长度和整体包络矩形面积，以及获取该待排版工件包络矩形与在该待排版工件进行排版前所有已排版工件在原料板材上的包络矩形之间的重合面积；
依据所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积算出该待排版工件在位置点处的版面契合度，其中，所述版面契合度与所述整体占用长度、所述整体包络矩形面积和所述重合面积呈反比。
技术总结