在激光加工过程中移动材料 |
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| 申请号 | CN201680021337.8 | 申请日 | 2016-02-12 | 公开(公告)号 | CN107438800A | 公开(公告)日 | 2017-12-05 |
| 申请人 | 格罗弗治公司; | 发明人 | D·夏皮罗; M·戈瑟兰; A·莱特; D·帕特尼; T·埃利斯; L·班卡; | ||||
| 摘要 | 计算机数控 机器的可移动头部可以传递足够的电磁能，以引起至少部分地容纳在CNC机器的内部空间内的材料的第一变化。材料的特征可以使用存在于内部空间内的至少一个相机来成像，以更新材料的 位置 ，并且可移动头部可以被对准以传递足以引起材料的第二变化的电磁能，使得第二变化位于与第一次变化一致的材料上，并具有材料的预期的最终外观。描述了方法、系统和制造的物件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种方法，包括： |
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| 说明书全文 | 在激光加工过程中移动材料[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请主张下述申请的优先权：2015年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/115,562；2015年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/115,571；2015年9月23日提交的美国临时专利申请No.62/222,756；以及2015年9月23日提交的美国临时专利申请62/222, 757；以及2015年9月23日提交的美国临时专利申请No.62/222,758。通过引用将上述所有申请的书面描述、权利要求和附图并入于此。 技术领域[0003] 本文描述的主题涉及制造方法，所述制造方法实现机器视觉或由机器视觉辅助，并且包括在制造机器内部移动材料。 背景技术[0004] 制造系统(例如，“3D打印机”、激光切割机、CNC机器等)能够用于创造诸如模造或手工组装的传统制造技术不能创造的复杂物件。这样的自动化方法在机器开始进行构造之前接收指定切割、层、图案等的指令。所述指令可以以计算机文件的形式被传输到机器的计算机控制器的存储器并且在运行时被解译以在制造过程中提供一系列步骤。发明内容 [0005] 在一个方面，一种方法通过CNC机器的可移动头传送足以引起部分包含在CNC机器的内部空间内的材料的第一变化的电磁能。使用存在于内部空间内的至少一个相机来对材料的特征进行成像，以更新材料的位置。对准移动头以传送足以引起材料第二变化的电磁能，使得第二变化位于与第一变化一致的材料上，并具有材料的期望的最终外观。 [0006] 在第二方面，计算机数控机器包括位于计算机数控机器的内部空间内的可移动头部，其中可移动头部被配置为传送电磁能量。内部空间内有摄像头。存在配置成执行操作的控制器，包括：使可移动头部提供足以引起至少部分地包含在内部空间内的材料的第一变化的第一电磁能量，命令相机对材料的特征进行成像以更新材料的位置，并使得可移动头部对齐以传递足以引起材料第二次变化的电磁能，使得第二变化位于与第一变化一致的材料上，并具有材料的期望的最终外观。 [0007] 在一些变型中，以下特征中的一个或多个可以可选地包括在任何可行的组合中。该特征可以包括第一变化，在第一变化之前的材料的外观的一个方面，材料的拐角，孔和/或边缘，在材料上形成的基准标记。 [0008] 相机可以包括安装在可移动头部上的相机，不安装在可移动头部上的相机，安装在至少部分地限定内部空间的壳体的可打开屏障上的相机。 [0009] 可以确定，基于来自相机的信息，应该捕获材料的附加图像。该材料可以第二次成像以捕获至少一个附加图像。 [0010] 不同的位置可以由用户和/或与计算机的机器相关联的设备的有意移动产生。不同的位置可以由材料的无意的运动引起。 [0012] 材料可以移动通过至少部分地限定内部体积的壳体中的贯通狭槽。 [0013] 相机可以包括第一相机和第二相机，其中成像包括移动第二相机以便于从由第一相机产生的图像进一步成像基于材料的信息。图像可以包括特征的视图，并且进一步的成像包括生成特征的更高分辨率图像和/或更近的图像。该功能可以包括材料的一角。第一相机可以安装在部分地限定内部空间的壳体的可打开的屏障上，并且第二相机安装在可移动头上。 [0014] 本主题的实施方式可以包括但不限于与本文提供的描述一致的方法以及包括有形地实现的机器可读介质的物件，所述有形地实现的机器可读介质可操作成使得一个或多个机器(例如，计算机等)产生实现一个或多个描述的特征的操作。类似地，也描述了计算机系统，其可以包括一个或多个处理器和耦接到一个或多个处理器的一个或多个存储器。可以包括计算机可读存储介质的存储器可以包括、编码、存储或使得一个或多个处理器执行本文描述的一个或多个操作的一个或多个程序。与本主题的一个或多个实施方式一致的计算机实施的方法可以通过驻存在单个计算系统或多计算系统中的一个或多个数据处理器实施。这样的多计算系统可以经由一个或多个连接、经由多计算系统中的一个或多个之间的直接连接等被连接并且可以交换数据和/或命令或其他指令等，所述一个或多个连接包括但不限于通过网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)的连接。 附图说明[0016] 图1是与本主题的一些实施方式一致的计算机机器(CNC机器)的正视图，所述CNC机器具有定位成捕获整个材料床的图像的相机和定位成捕获材料床的一部分的图像的另一相机； [0017] 图2是图1所示的CNC机器的实施方式的俯视图； [0018] 图3A是示意了与本主题的一些实施方式一致SVG源文件的一个示例的图； [0019] 图3B是与本主题的一些实施方式一致的CNC机器中的切割路径的图形表示的示例； [0020] 图3C是示意了与本主题的一些实施方式一致的与切割路径和源文件对应的机器文件的图； [0021] 图4A是示意了与本主题的一些实施方式一致的图像的相加的图； [0022] 图4B是示意了与本主题的一些实施方式一致的图像的相减的图； [0023] 图4C是示意了与本主题的一些实施方式一致的用于隔离模拟的内部照明效果的图像的差分的图； [0024] 图5是示意了与当前主题的一些实施方式一致的提供CNC机器中的材料的高分辨率图像的相机的图； [0027] 图8是示意了与当前主题的一些实施方式一致的密封光学系统的图； [0028] 图9是示意了与当前主题的一些实施方式一致的使激光器与壳体对准的缓冲器的端部截面图； [0029] 图10是与当前主题的一些实施方式一致的由缓冲器从壳体的中心偏移的激光的俯视截面图； [0030] 图11是与当前主题的一些实施方式一致的缓冲器的顶部截面图，其将激光器与未对准壳体中的孔对准； [0031] 图12是与当前主题的一些实施方式一致的角度可调节的转向系统的前剖视图； [0032] 图13是与当前主题的一些实施方式相一致的悬臂式角度可调节的转向系统的前剖视图； [0033] 图14是与当前主题的一些实施方式相一致的第二悬臂式角度可调节的转向系统的透视图； [0035] 图16是与当前主题的一些实施方式一致的通过对激光光斑尺寸成像来确定材料厚度的图； [0036] 图17是示意了与当前主题的一些实施方式相一致的、由CNC机器进行的切割的相机成像细节的图； [0037] 图18是示意了与当前主题的一些实施方式相一致的超大尺寸材料上的盖相机成像配准标记的图； [0038] 图19是示意了与当前主题的一些实施方式一致的实现双面切割的材料的成像特征的图； [0039] 图20是示意了与当前主题的一些实施方式一致的、参考材料的成像特征以完成双面切割的图； [0040] 图21是示意了变化切割深度以在多层材料中产生颜色图案的图；和 [0041] 图22是示意了与当前主题的实施方式相一致的方法的特征的处理流程图。 [0042] 在实践时，相似的参考标号指示相似的机构、特征和元件。具体实施例 [0043] 本文描述的主题的一个或多个变体的细节在附图和下面的说明书中列出。根据说明书、附图和权利要求书，本文描述的主题的其他特征和优势将显而易见。尽管可以关于使用用于辅助自动化制造过程(例如，CNC过程)的机器视觉出于示意性目的描述当前公开的主题的某些特征，但是应当容易理解这样的特征不旨在进行限制。 [0044] 当在本文中使用时，术语“切割”可以一般地指改变材料的外表、属性和/或状态。切割可以包括例如进行贯穿切割、雕刻、漂白、固化、燃烧等。当在本文中特别地提及时，雕刻指示通过计算机数字控制机器修改材料的外表而不完全穿透材料的过程。例如，在激光切割机的背景中，其可以意味着如下所述例如通过施加输送电磁能量的聚焦的电磁辐射来从表面去除一些材料，或者使材料褪色。 [0045] 当在本文中使用时，术语“激光(器)”包括(在成为切割工具的背景中)利用光子修改基板或在被光子影响的材料上造成某些改变或变化的任何电磁辐射或聚焦或相干能量源。激光(不管是切割工具还是诊断)可以为任何期望波长，包括例如微波、激光、红外激光、可见激光、UV激光、X射线激光、伽马射线激光等。 [0046] 另外，当在本文中使用时，“相机”包括例如可见光相机、黑白相机、IR或UV敏感相机、单独的亮度传感器(例如，光电二极管)、光子敏感检测器(例如，光电倍增管或雪崩光电二极管)、远离可见光谱(例如，微波、X射线或伽马射线)的红外辐射检测器、光学滤光检测器、光谱仪和可以包括提供电磁辐射以进行照明从而辅助获取的源(例如，闪光灯、UV照明等)的其他检测器。 [0047] 另外，当在本文中使用时，提及“实时”动作包括某些程度的延时或延迟，延时或延迟或是有意地编程到动作中或者是作为机器响应和/或数据传输的限制的结果。当在本文中使用时，“实时”动作仅打算近似即时响应，或者鉴于系统限制的尽可能快的响应，而不暗示对响应时间或由响应时间导致的机器动作的任何具体的数值或功能限制。 [0048] 另外，当在本文中使用时，除非另有指定，否者术语“材料”为在CNC机器的机床上的材料。例如，如果CNC机器是激光切割机、车床或铣床，则材料为放置在CNC机器中的待被切割的材料，例如，原材料、原料等。在另一示例中，如果CNC机器是3-D打印机，则材料为被3-D打印过程精巧地制作的物体的当前层，或先前存在的层或基底。在再另一示例中，如果CNC机器是打印机，则材料可以是CNC机器在其上面沉积墨水的纸。 [0049] 简介 [0050] 计算机数字控制(CNC)机器是用于在计算机的控制下添加或去除材料的机器。可以存在移动执行材料的添加或去除的一个或多个头部的一个或多个电机或其他致动器。对于添加材料的CNC机器，如同在一般的3D打印机中，头部可以结合有喷射或释放聚合物的喷嘴。在一些实施方式中，头部可以包括墨水源，例如盒或笔。在3-D打印的情况下，材料可以被逐层地积累直到已经创造完全地实现的3D物体。在一些实施方式中，CNC机器可以扫描诸如固体、液体或粉末的材料的表面，用激光硬化或以其他方式改变所述材料的材料属性。可以沉积新材料。可以重复所述过程以构件连续的层。对于去除材料的CNC机器，头部可以结合有工具，例如，车床上的刀刃、拖刀、等离子切割器、水射流、用于铣床的钻头(bit)、用于激光切割机/雕刻机的激光器等。 [0051] 图1是与本主题的一些实施方式一致的CNC机器100的正视图，所述CNC机器具有定位成捕获整个材料床150的图像的相机和定位成捕获材料床150的一部分的图像的另一相机。图2是图1所示的CNC机器100的实施方式的俯视图。 [0052] 图1所示的CNC机器100与激光切割机的一个实施方式对应。尽管在激光切割机的背景中描述一些特征，但是绝没有进行限制的打算。可以用其他类型的CNC机器来实现在下面描述的许多特征。CNC机器100可以例如为车床、雕刻机、3D-打印机、铣床、钻床、锯等。 [0053] 尽管激光切割机/雕刻机与CNC机器共用一些共同特征，但是它们具有许多差异并且提出特别具有挑战性的设计约束。激光切割机/雕刻机经受管理规定的约束，管理规定在单元操作时限制电磁辐射从单元的外出，使得使光安全地进入或逸出单元具有挑战性，例如以查看或记录内容的图像。激光切割机/雕刻机的光束必须从发射器按路径引导到要被机加工的区域，可能需要一系列光学元件，例如透镜和反射镜。激光切割机/雕刻机的光束容易被错误引导，与光束路径有关的任何部件的小角度偏转可能导致光束逸出预期路径，可能伴随不良后果。如果不受控则激光束可能会导致材料破坏。激光切割机/雕刻机可能需要高电压和/或射频电力供应以驱动激光器自身。液体冷却在激光切割机/雕刻机中常用于冷却激光器，需要考虑流体流。气流在激光切割机/雕刻机设计中是重要的，因为空气可能被激光与材料相互作用的副产物(例如，烟)污染，这可能转而损坏机器的一些部分，例如弄脏光学系统。从机器排出的空气可能包括必须按路径引导或过滤的不良副产物(例如，烟)，并且机器可能需要被设计为防止这样的副产物通过不期望的开口逸出，例如通过密封可能会被打开的部件。不同于大多数机加工工具，切缝(在操作过程中被去除的材料量)既小又取决于被处理的材料、激光的功率、激光的速度和其他因素而可变，使得难以预测物体的最终大小。另外，不同于大多数机加工工具，激光切割机/雕刻机的输出可能高度依赖于操作的速度；片刻的减慢可能由于沉积太多激光能量而毁坏工件。在许多机加工工具中，容易连续地预测、测量和计算诸如工具旋转速度和去除的材料的体积的操作参数，而激光切割机/雕刻机对于材料和其他条件更加敏感。在许多机加工工具中，流体被用作冷却剂和润滑剂；在激光切割机/雕刻机中，切割机构不需要与被影响的材料物理接触，并且空气或其他气体可以用于以不同方式辅助切割过程，例如通过促进燃烧或清理碎屑。 [0054] CNC机器100可以具有壳体，所述壳体围绕所述壳体限定的外壳或内部区域。所述壳体可以包括壁、底部和一个或多个开口以允许进入CNC机器100等。可以存在材料床150，材料床150可以包括顶部表面，材料140一般安置在所述顶部表面上。 [0055] 在图1的实施方式中，所述CNC机器还可以包括可打开屏障作为所述壳体的一部分以允许进入CNC机器的外部和CNC机器的内部空间之间。所述可打开屏障可以包括例如能够在打开位置和闭合位置之间致动的一个或多个门、舱口、瓣等。当处于闭合位置中时，可打开屏障可以衰减光在内部空间和外部之间的传输。可选地，可打开屏障可以对光的一个或多个波长透明或者可以由变化的光衰减能力的部分组成。一种类型的可打开屏障可以为盖130，盖130可以被打开或闭合以将材料140放在外壳底部上的材料床150上。本文讨论的各种示例实施方式包括对盖的参照。将可以理解，在没有明确放弃可打开屏障的其他可能配置或没有盖为什么不能一般地解释为意味着任何种类的可打开屏障的原因的情况下，对术语“盖”的使用不打算进行限制。可打开屏障的一个示例可以是前门，其在处于关闭位置时一般竖直并且可以水平或竖直打开以允许附加进入。可以还存在到CNC机器100的内部空间或部件的通风口、管道或其他进入点。这些进入点可以用于电力、空气、水、数据等的通路。 这些进入点中的任一者可以由相机、位置传感器、开关等监测。如果它们被意外地进入，则CNC机器100可以执行动作以保持用户和系统的安全，例如受控的关机。在其他实施方式中，CNC机器100可以完全敞开(即，没有盖130或壁)。在适用的情况下，本文描述的任何特征也可以出现在敞开配置中。 [0056] 如上所述，CNC机器100可以具有一个或多个可移动头部，可以操作所述一个或多个头部修改材料140。在一些实施方式中，例如，在图1的实施方式中，可移动头部可以为头部160。可以存在多个可移动头部，例如单独平移或旋转以便定位激光束的两个或更多个反射镜，或独立地操作的多个可移动头部，例如能够单独操作的CNC机器中的两个铣磨钻头，或者其任意组合。在激光切割机CNC机器的情况下，头部160可以包括光学部件、反射镜、相机或用于执行期望的机加工操作的其他电子部件。另外，当在本文中使用时，头部160一般为激光切割头部，但是也可以是任何类型的可移动头部。 [0057] 在一些实施方式中，头部160可以配置为包括光学器件、电子器件和机械系统的组合，其能够响应于命令使得激光束或电磁辐射被传输以切割或雕刻材料140。CNC机器100还可以执行运动计划的操作以使得可移动头部移动。当可移动头部移动时，可移动头部可以传送电磁能量以引起至少部分包含在内部空间内的材料140的变化。在一个实施方式中，头部160内部的光学元件的位置和取向可以变化以调整激光束的位置、角度和焦点。例如，可以转移或旋转平面镜，平移透镜等。头部160可以安装在平移轨道170上，平移轨道170用于移动头部160贯穿外壳。在一些实施方式中，头部的运动可以是线性的，例如在X轴、Y轴或Z轴上。在其他实施方式中，头部可以组合沿直线、圆柱或球面坐标系中方向的任意组合的运动。 [0058] CNC机器100的工作区域可以由极限限定，在所述极限内可移动头部能够引起机加工动作的传送或例如电磁能量的机加工介质的传送。工作区域可以在由壳体限定的内部空间内部。应当要理解，工作区域可以一般为三维体积而不是固定表面。例如，如果竖直定向的激光切割机的运行的范围是全部地在材料床150上方的10”x 10”正方形，并且来自激光2 束的激光在CNC机器的材料床上方4”的高度处从激光切割机出来，则400in体积可以被视为是工作区域。重新陈述来说，工作区域可以由材料140能够被CNC机器100加工的位置的范围来限定，而不一定被任何一个部件的行进束缚或限制。例如，如果头部160能够以某个角度转向，则工作区域可以超过头部160的行进在某个方向上延展。根据这种限定，工作区域可以包括至少部分地在工作区域内放置在CNC机器100中的任何材料140的任何表面或表面的一部分——如果所述表面能够被CNC机器100加工的话。类似地，对于可能甚至伸展到CNC机器100外部的尺寸过大的材料，在任何一个时间，材料140的仅一部分可以位于工作区域中。 [0059] 平移轨道170可以是使得头部160能够在X-Y方向上移动的任何种类的平移机构，例如具有使头部160沿平移轨道170滑动的电机的单个轨条、移动头部160的两个轨条的组合、圆形板和轨条的组合、具有关节的机器人臂等。 [0060] CNC机器100的部件可以基本上被封闭在箱或其他外壳中。所述箱可以包括例如窗、孔、凸缘、基脚、通风口等。所述箱还可以包含例如激光器、头部160、光学调谐系统、相机、材料床150等。为了制造所述箱或其组成部分中的任一个，可以执行注塑成型过程。可以执行注塑成型过程产生多种设计的刚性箱。注塑成型过程可以例如具有有用属性的材料，例如使得注塑成型的箱能够在被加热时保持其形状的强化添加剂，或例如使箱消散或掩蔽激光能量的涂覆在表面上或分散在材料四处的吸收性或反射性元件。作为示例，箱的一种设计可以包括在箱前部的水平狭槽和在箱后部的对应的水平狭槽。这些狭槽允许尺寸过大的材料穿过CNC机器100。 [0061] 可选地，可以存在与例如可打开屏障、盖130、门等接合的互锁系统。许多管理制度在许多情况下要求这样的互锁件。所述互锁件随后可以检测可打开屏障的打开状态，例如盖130是打开还是闭合。在一些实施方式中，互锁件能够在可打开屏障(例如，盖130)处于打开状态(例如，未处于闭合状态中)时阻止CNC机器100的一些或所有功能。反之亦然，意味着当处于闭合状态时CNC机器100的一些功能可以被阻止。在例如CNC机器100将不会进行操作直到盖130和前门都被闭合的情况下，还可以存在串联的互锁件。另外，CNC机器100的一些部件可以依赖于CNC机器的其他部件的状态，例如，当激光器接通、可移动部件移动、电机运转、传感器检测特定气体等时不允许盖130打开。在一些实施方式中，当检测到可打开屏障未处于闭合位置时互锁件可以防止电磁能量从可移动头部发射。 [0062] 将源文件转换为运动计划 [0063] 传统的CNC机器接受用户绘图，充当描述用户想要创造的物体或用户想要进行的切割的源文件。源文件的示例为： [0064] 1).STL文件，其限定能够用3D打印机制作或用铣床雕刻的三维物体， [0065] 2).SVG文件，其限定能够用于在材料上切割或绘图的一组矢量形状， [0066] 3).JPG文件，其限定能够在表面上刻出的位图，以及 [0067] 4)CAD文件或其他绘图文件，其可以被解译以与上述示例中的任一个相似地描述物体或操作。 [0068] 图3A是示出了与本主题的一些实施方式一致SVG源文件310的一个示例的图。图3B是与本主题的一些实施方式一致的CNC机器中的切割路径330的图形表示320的示例。图3C是示出了与本主题的一些实施方式一致的根据源文件310产生的机器文件340的图，机器文件340将导致机器产生切割路径330。示例源文件310表示640x480单位的工作表面，其具有300x150单位的矩形，矩形的左上角位于向右100单位处并且从工作表面的左上角向下100单位处。计算机程序然后可以将源文件310转换成机器文件340，CNC机器100可以解译机器文件340以采取图3B所示的动作。所述转换可以在本地计算机上发生，其中源文件驻留在CNC机器100等上。 [0069] 机器文件340描述CNC机器100取得期望结果的理想化运动。例如，取沉积塑料材料的管形线体(string)的3D打印机为例。在挤出塑料时，如果源文件指定矩形，则机器文件可以指示CNC机器沿在矩形中形成填充的蛇形路径移动。所述机器文件也可以省略一些信息。例如，矩形的高度可以不再直接出现在机器文件中；所述高度将与塑料管的高度一样高。所述机器文件还可以添加一些信息。例如，使打印头部从其起始位置移动到矩形的角以开始打印的指令。所述指令甚至可以与用户的直接表达的意图背离。例如，3D打印机中的一般设置使得实心形状在机器文件中被渲染为中空以节省材料成本。 [0070] 如图3A-C的示例所示出，源文件310到机器文件330的转换可以使得CNC机器将切割工具从(0,0)(图3B中)移动到切割要在从此处开始的点、启用切割工具(例如，降低拖刀或激励激光器)、跟踪所述矩形、停用切割工作并且返回到(0,0)。 [0071] 一旦机器文件被创建，就可以生成CNC机器100的运动计划。运动计划包含确定CNC机器100的部件在不同时间点的动作的数据。运动计划可以在CNC机器100本身上生成或由另一计算系统生成。运动计划可以是数据流，其描述例如指示电机确切地应当如何转动的电脉冲、指示激光器的期望输出功率的电压、指定铣头(mill bit)转速的脉冲串等。与源代码文件和机器文件(如G代码，G-code)不同，运动计划是由显式或推断的时间元素的存在限定的，所述时间元素指示每个动作应发生的时间或时间偏移。这允许运动计划的关键功能之一——协调运动，其中多个致动器进行协调以具有单个预先计划的效果。 [0072] 运动计划使抽象、理想化的机器文件成为实际的一系列电气和机械任务。例如，机器文件可以包括“以每秒1英寸的速度向右移动一英寸，同时保持切割工具每秒的恒定转数”的指令。运动计划必须考虑到电机不能立即加速，而是必须在运动开始时“加速旋转(spin up)”，并在运动结束时“减速旋转(spin down)”。然后，运动计划将指定脉冲(例如发送到步进电机或用于移动CNC机器的头部或其他部分的其他装置)首先缓慢发生，然后加快，并且在运动结束时再次更慢。 [0073] 运动控制器/计划器将机器文件转换为运动计划。在物理上，运动控制器可以是通用或专用计算设备，例如耦接到数字信号处理器(DSP)的高性能微控制器或单板计算机。运动控制器的工作是获得矢量机器代码并将其转换成将用于驱动CNC机器100上的电机的电信号，其考虑到该时刻CNC机器100的确切状态(例如，“由于机器尚未移动，所述必须施加最大扭矩，并且所产生的速度变化将会较小”)和机器的物理限制(例如，加速到某某速度，而不产生超过为机器设计所允许的力的力)。信号可以是馈送到步进电机的步进和方向脉冲或馈送到伺服电机的位置信号以及其他可能性，这产生CNC机器100的运动和动作，包括诸如头部160的致动等元件的操作、加热和冷却的适度等操作。在一些实施方式中，电信号的压缩文件可被解压缩，然后直接输出到电机。这些电信号可以包括类似于1和0的二进制指令，以指示随时间施加到每个电机的每个输入的电功率以实现期望的运动。 [0074] 在最常见的实施方式中，运动计划是理解CNC机器100本身的详细物理学的唯一阶段，并且将理想化的机器文件转换为可实现的步骤。例如，特定的CNC机器100可能具有较重的头部，并且需要更多的逐渐加速。该限制在运动计划器中建模并影响运动计划。CNC机器的每个型号都可以根据其测量属性(例如电机转矩)和观察到的行为(例如加速太快时的带跳过)，要求精确调整运动计划。CNC机器100还可以在每台机器的基础上调整运动计划，以考虑到CNC机器到CNC机器的变化。 [0075] 可以生成运动计划并且实时地或近乎实时地将其馈送到输出设备。运动计划也可以预先计算并写入文件，而不是流式传输到CNC机器，然后从文件中读回并在稍后传送到CNC机器100。向CNC机器100发送指令，例如，机器文件或运动计划的部分，可以从存储运动计划的计算系统的整体或分批流传输。批量可以分开存储和管理，允许仅对运动计划的部分执行预计算或附加优化。在一些实施方式中，可以将电信号文件直接输出到电机，该电信号文件可被压缩以保留空间并且解压缩以便于使用。电信号可以包括类似于1和0的二进制指令，以指示电机的致动。 [0076] 运动计划可以借助于机器视觉来提前预先计算或实时更新来增强。机器视觉是描述使用传感器数据的通用术语，不仅限于光学数据，以便为机器操作提供额外的输入。其他形式的输入可以包括例如来自诸如麦克风的车载声音传感器的音频数据，或来自诸如陀螺仪或加速度计的车载传感器的位置/加速度/振动数据。机器视觉可以通过使用相机来提供图像来实现，所述图像例如CNC机器100、由CNC机器在其上操作的材料、CNC机器100的环境(如果存在碎屑积聚或存在烟雾)、或这些的任何组合。这些相机可以将其输出路由到计算机进行处理。通过在操作中观察CNC机器100并分析图像数据，例如可以确定CNC机器100是否正常工作、CNC机器100是否正在最佳地执行、CNC机器100或CNC机器100的子部件的当前状态等。类似地，可以对材料进行成像，并且例如可以根据说明书来调整CNC机器100的操作，当项目完成时可以通知用户，或者关于材料的信息可以从图像数据确定。可以识别错误状况，例如是否异物被无意中留在CNC机器100中、材料未牢固地固定或者材料在加工过程中以意想不到的方式反应。 [0077] 相机系统 [0078] 相机可以安装在CNC机器100内部以在CNC机器100的操作期间获取图像数据。图像数据是指从相机或图像传感器收集的所有数据，包括静止图像、图像流、视频、音频、诸如快门速度和光圈设置的元数据、来自或关于闪光灯或其他辅助信息的设置或数据、叠加在诸如GPS坐标的图像上的数据的图形叠加以任何格式，包括但不限于原始传感器数据例如.DNG文件、处理的图像数据例如.JPG文件、以及对从相机单元上处理的图像数据的分析得到的数据，例如来自光学鼠标传感器的方向和速度。例如，可以安装相机，使得它们从CNC机器100的内部部分(也称为“视图”或“图像”)收集图像数据。当盖130处于关闭位置或者处于打开位置或独立于盖130的位置时，可以发生观察。在一个实施方式中，当CNC机器100的盖130处于闭合位置时，一个或多个相机，例如安装到盖130的内表面或壳体或外壳内的其他位置的相机，可以观察内部部分。特别地，在一些优选实施例中，相机可以在CNC机器100关闭的同时，例如在加工材料140的同时对材料140进行成像。在一些实施方式中，相机可以安装在内部空间内并且与工作区域相对。在其他实施方式中，可以有连接到盖130的单个相机或多个相机。相机还可以能够运动，例如沿着一个或多个轴平移到多个位置、旋转和/或倾斜。安装到可平移支撑件(例如门架210)的一个或多个相机，其可以是可以被命令移动(移动被理解为包括旋转)相机或例如镜子的机构的任意机械系统，所述镜子可以重定向相机的视角到不同的位置并观察CNC机器的不同区域。头部160是可平移支撑件的特殊壳体，其中头部160由轨道220和限制其运动的平移轨道170限制。 [0079] 透镜可以被选择为用于广角覆盖，用于极深的景深，使得近物体和远物体都可以聚焦，或出于许多其他考虑进行选择。相机可以被放置成附加地捕获用户以记录建造过程，或者放置在用户能够移动相机的位置，例如在盖130的下侧，其中打开CNC机器100使相机指向用户。此处，例如，当盖不处于闭合位置时，上述单个相机可以摄取图像。这样的图像可以包括在CNC机器100外部的诸如用户的物体。相机可以安装在诸如头部160或盖130的可移动位置上，目的是使用在相机在移动时摄取的视频或多个静态图像以组装更大的图像，例如跨过材料140扫描相机以获得材料140全貌的图像，使得图像数据的分析可跨越多于一个图像。 [0080] 如图1所示，盖相机110或多个盖相机可以安装到盖130上。特别地，如图1所示，盖相机110可以安装到盖130的下侧。盖相机110可以是具有宽视场112的相机，其可以对材料140的第一部分进行成像。这可以包括大部分材料140和材料床或甚至全部材料140和材料床150。如果头部160在盖相机110的视场内，则盖相机110还可以对头部160的位置进行成像。将盖相机110安装在盖130的下侧允许当盖130打开时用户处于视野中。例如，这可以提供用户加载或卸载材料140的图像，或者取回完成的项目。这里，可以组装多个子图像(其可能在多个不同位置处获取)，可能还带有诸如SVG的源文件或数字化渲染文本等的其他数据，以提供最终图像。当盖130闭合时，盖相机110与盖130一起向下旋转，并使材料140进入视野。 [0081] 同样如图1所示，头部相机120可以安装到头部160。与盖相机相比，头部相机120可以具有较窄的视野122并且摄取材料140和材料床的较小区域的较高分辨率图像。头部相机120的一个用途可以是对材料140中进行的切割进行成像。头部相机120可以比盖相机110更精确地识别材料140的位置。 [0082] 用于相机的其它位置可以包括例如在引导激光器进行激光切割的光学系统上、在激光器本身上、在围绕头部160的壳体内、在材料床150的下面或内部、在空气过滤器或相关联的管道内等。相机还可以安装在CNC机器100外部以观察用户或观察CNC机器100的外部特征。 [0083] 多个相机还可以协同工作以从多个位置，角度，分辨率等提供物体或材料140的视图。例如，盖相机110可以识别CNC机器100中的特征的大致位置。然后，CNC机器100可以指示头部160移动到该位置，使得头部相机120可以更详细地对特征进行成像。 [0084] 虽然这里的示例主要被绘制成激光切割器，但是在本申请中对于机器视觉使用相机不仅限于该特定类型的CNC机器100。例如，如果CNC机器100是车床，则盖相机110可以安装在附近以观察旋转材料140和头部160，以及头部相机120可以位于切割工具附近。类似地，如果CNC机器100是3D打印机，则头部相机120可以安装在沉积材料140以形成期望的工件的头部160上。 [0085] 图像识别程序可以从所获取的图像数据中识别CNC机器100的内部部分的状况。可以识别的状况将在下面进行详细描述，但可以包括材料140的位置和属性、CNC机器100的部件的位置、操作中的误差等。部分地基于所获取的图像数据，可以创建或更新用于CNC机器100的指令。指令可以例如用于抵消或减轻从图像数据识别的不期望的状况。指令可以包括改变头部160的输出。例如，对于作为激光切割器的CNC机器100，可以指示激光器减小或增加功率或关闭。此外，更新的指令可以包括用于运动计划计算的不同参数或者对现有运动计划进行改变，这可以改变头部160或门架210的运动。例如，如果图像指示最近的切割例如由于一部分从对准状态移动出而与其期望的位置偏移一定的量，则例如对于第二后续操作或对于所有将来的操作，可以以相等且相反的偏移来计算运动计划，以抵消这个问题。CNC机器100可执行指令以创建运动计划或以其他方式产生上述改变。在一些实施方式中，可移动部件可以是门架210、头部160或头部160上的可识别标记。可移动部件，例如门架210，可以具有与可移动头部的固定空间关系。图像数据可以用可移动头部的位置更新控制CNC机器100的操作的软件和/或用可移动部件的位置和/或其任何高阶导数更新可移动部件。 [0086] 因为所需的图像数据的类型可能变化，和/或由于任何单个相机的视场的可能的限制，所以可以在CNC机器100四处放置多个相机以提供所需的图像数据。相机选择和放置可以针对许多用例进行优化。较靠近材料140的相机可以以宽广的视野为代价来用于细节。可以相邻地放置多个相机，使得由多个相机产生的图像可以由计算机分析以共同地实现比对于任何图像单独可能的更高分辨率或更广的覆盖范围。图像的操纵和改进可以包括例如拼接图像以创建较大的图像、添加图像以增加亮度、差分图像以隔离改变(例如移动物体或改变照明)、图像乘或除、平均图像、旋转图像、缩放图像、锐化图像等，可以任何组合。此外，系统可以记录附加数据以帮助图像的操纵和改进，例如来自环境光传感器的记录和可移动部件的位置。特别地，拼接可以包括从一个或多个相机摄取一个或多个子图像并且将它们组合以形成较大的图像。作为拼接过程的结果，图像的一些部分可能重叠。其他图像可能需要旋转、裁剪或以其他方式进行操纵，以提供作为拼接过程的结果的一致且无缝的较大图像。诸如眩光、反射等的照明伪影可以通过任意上述方法来减少或消除。此外，图像分析程序可以对所获取的图像执行边缘检测和降噪或噪声消除。边缘检测可以包括对图像的不同部分执行对比度比较，以检测边缘并识别图像中的物体或特征。噪声降低可以涉及一个或多个图像的平均化或平滑化，以减少周期性、随机或伪随机图像噪声的贡献，例如由于诸如振动的风扇、电机等的CNC机器100操作的噪声。 [0087] 图4A是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相加的图。例如，可以将由相机摄取的图像相加以增加图像的亮度。在图4A的示例中，存在第一图像410、第二图像412和第三图像414。第一图像410具有水平带(在图中以黑色背景显示为白色)。水平带可能符合较明亮地被照亮的物体，不过要点在于是在带和背景之间有区别。第二图像412具有相似的水平带，但相对于第一图像410中的水平带在垂直方向上偏移。当第一图像410和第二图像412相加时，它们的和由第三图像414示出。这里，两组带交织以填充成亮方块，如图所示。该技术可以应用于例如从相机获取许多图像帧，可能在低光条件下，并将它们相加在一起以形成更亮的图像。 [0088] 图4B是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相减的图。图像减法可用于例如从相对较亮的图像隔离暗淡的激光斑点。这里，第一图像420示出了两个斑点，一个表示激光光斑，另一个表示物体。为了隔离激光光斑，可以在激光关闭的情况下摄取第二图像422，仅留下物体。然后，可以从第一图像420中减去第二图像422以获得第三图像424。第三图像424中的剩余斑点是激光斑点。 [0089] 图4C是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的差分以隔离模拟的内部照明效果的图。CNC机器100中可能存在物体，在第一图像430中被表示为圆形。这可以表示例如CNC机器100的材料床150上的物体。例如，如果CNC机器100的材料床150的一半被外部照明(例如阳光)照亮，则第二图像420可能显现如图所示，其中被照亮的一侧比没有被照亮的一侧更亮。在操作期间使用内部照明有时可能是有利的，例如用于照亮水印、帮助图像诊断、或者简单地向用户更好地展示CNC机器中正在发生的事情。即使这些原因都不适用，但是内部照明扔允许通过这种方法减少或消除外部照明(在该情况下是阳光)。通过向整个第二图像432添加亮度层来在第三图像434中表示该内部照明。为了隔离内部照明的效果，可以从434中减去第二图像432以产生第四图像436。这里，第四图像436显示了就像仅在内部照明下显现的区域和物体。这种差分可以允许就像只有受控的内部照明存在一般地进行图像分析，即使存在外部照明污染体。 [0090] 图像的机器视觉处理可以发生在例如CNC机器100处、在本地连接的计算机上、或者经由互联网连接的远程服务器上。在一些实施方式中，图像处理能力可以由CNC机器100执行，但速度有限。其中一个这样的例子可以是机载处理器速度较慢并且仅能够实时运行简单的算法的情况，但是给予更多时间其可以运行更复杂的分析。在这种情况下，CNC机器100可以暂停以使分析完成，或者替代地，在更快的连接的计算系统上执行数据。一个特定的例子可以是(例如由互联网上的服务器)远程执行复杂的识别的情况。在这些情况下，可以在本地进行有限的图像处理，而远程地完成更详细的图像处理和分析。例如，相机可以使用在CNC机器100中的处理器上运行的简单算法来确定盖130何时闭合。一旦CNC机器100检测到盖130闭合，CNC机器100上的处理器就可以将图像发送到远程服务器以进行更详细的处理，例如，识别插入的材料140的位置。该系统还可以投入专用资源来在本地分析图像，暂停其他动作，或将计算资源从其他活动转移走。 [0091] 在另一个实施方式中，头部160可以通过板上的实时分析来跟踪。例如，跟踪头部160的位置，通常由光学编码器或其他专用硬件执行的任务可以由相机摄取的以高分辨率、低分辨率或高分辨率和低分辨率组合的图像来完成。当捕获高分辨率图像时，可以通过调整大小或裁剪将它们转换为在存储器尺寸中较小的较低分辨率图像。如果图像包括视频或静态图像序列，则可以消除或裁剪某些图像。数据处理器可以重复分析较小的图像，例如每秒几次，以检测任何总的不对准。如果检测到不对准，则数据处理器可以在更详细的处理使用更高分辨率的图像更精确地确切定位头部160时停止CNC机器100的所有操作。在对头部 160定位之后，可以调整头部160以恢复校正位置。替代地，可以将图像上传到可在其处执行进一步处理的服务器。所述定位可以通过例如用盖相机查看头部160、通过查看头部相机 120当前成像的内容等来确定。例如，可以指示头部160移动到配准标记。然后，头部相机120可以对该配准标记进行成像，以检测任何微小的不对准。 [0092] 基本相机功能 [0093] 相机可以是例如单个广角相机、多个相机、图像被数字地组合的移动相机等。用于对CNC机器100内部的大区域成像的相机可以与对更加局部化的区域成像的其他相机不同。在一些实施方式中，头部相机160可以是与广角相机相比对较小区域成像的相机的一个示例。 [0094] 存在可用于不同目的的其它相机配置。具有宽视野的一个相机(或多个相机)可以覆盖整个机器内部或其预定义的重要部分。例如，从一个或多个相机获取的图像数据可以包括大部分(意味着超过50％)的工作区域。在其他实施例中，图像数据中可以包括至少60％，70％，80％，90％或100％的工作区域。上述量不考虑材料140或任何其它中间物体的遮蔽。例如，如果相机能够在没有材料140的情况下观察90％的工作区域，并且一块材料140被放置在工作区域中，部分地遮蔽它，则相机仍然被认为提供包括工作区域的90％的图像数据。在一些实施方式中，当互锁件不阻止电磁能量的发射时，可以获取图像数据。 [0095] 在其他实施方式中，安装在机器外部的相机可以看到进入或离开CNC机器100的用户和/或材料140，记录CNC机器100的使用用于共享或分析，或检测诸如不受控制的火的安全问题。其他相机可以提供具有有限的视野的更精确的外观。像用于光学鼠标上的光学传感器的光学传感器可以在非常高的像素密度的非常小的区域上提供非常低的分辨率和很少的颜色或灰度，然后快速处理信息以检测材料140相对于光学传感器的移动。较低的分辨率和颜色深度，加上专门的计算能力，允许非常快速和精确的操作。相反，如果头部是静态的而材料是移动的，例如如果用户碰到它，则该方法可以看到材料的移动并且非常精确地对材料进行特征描述，使得材料上的附加操作在先前的操作停止的地方继续，例如重新开始在材料移动之前中断的切割。 [0096] 视频相机可以检测随时间的变化，例如比较帧以确定相机正在移动的速率。静态相机可用于捕获更高分辨率的图像，其可以提供更多的细节。另一种类型的光学扫描可以在现有的轨条上实现诸如平板扫描仪之类的线性光学传感器，如同激光系统中的滑动门架210，然后将其在材料140上扫描过，在其扫描时组装图像。 [0097] 为了隔离来自激光器的光，激光器可以被关闭并再次打开，并且两次测量之间的差异表示从激光器散射的光，同时消除环境光的影响。相机可以具有固定或可调节的灵敏度，允许它们在昏暗或明亮的条件下操作。可以存在对不同波长敏感的相机的任何组合。例如，某些相机对于与切割激光器、测距激光器、扫描激光器等相对应的波长可能是敏感的。其他相机可以对特定地落在CNC机器100中使用的一个或多个激光器的波长之外的波长敏感。相机可以仅对可见光敏感，或者可以将灵敏度扩展到红外或紫外线，例如以查看在表面上标记的不可见条形码，基于IR反射率区别不通过IR反射率的话则相同的材料，或直接查看不可见(例如红外)激光束。相机甚至可以是单个光电二极管，其测量例如照射材料140的激光的闪光，或者其对于似乎与不受控制的火相关的光发射作出反应。相机可以用来成像例如镜子上的光束斑点，逃离预期光束路径的光等。相机还可以检测散射光，例如，如果用户试图切割反射性材料。可以实现其他类型的相机，例如，不是检测激光器的相同波长的光，而是检测次级效应，例如红外辐射(借助热成像相机)或通过激光和另一种材料之间的接触而放出的X射线。 [0098] 相机可以与CNC机器100中的照明源协调。照明源可以被定位在CNC机器100的任何位置，例如位于盖130的内表面，壁，底板，门架210等上。照明源和相机之间的协调的一个例子可以是在利用相机获取内部部分的图像的同时调节内部LED照明。例如，如果相机只能获取黑白图像，则内部LED可以以红色、绿色和蓝色顺序照亮，捕获三个独立的图像。然后可以将产生的图像组合以创建全色RGB图像。如果外部照明引起阴影或外部照明效果的问题，则可以在摄取照片时关闭内部照亮，然后在摄取第二照片时打开。通过以逐个像素为基础使两个图像相减，可以消除环境光，以便可以确定当仅通过内部灯照亮时图像看起来是什么样子。如果照明可移动，例如在CNC机器100的平移臂上，则可以在摄取多张照片的同时四处移动照明，然后将多张照片组合，以实现具有更均匀照明的图像。内部灯的亮度也可以像传统相机中的闪光灯一样变化，以辅助照明。照明可以移动到更好地照亮感兴趣区域的位置，例如，它直接向下照射由切口形成的狭槽，因此相机可以看到切口的底部。如果内部照明干扰，则可以在相机摄取图像时关闭照明。可选地，照明可以在观看者没有注意到的短暂时间内关闭(例如少于一秒，小于1/60秒，或小于1/120秒的时间)。相反，内部照明可以如同相机闪光灯一样瞬间变亮，以捕获照片。专用灯可以仅在需要时被使用和/或接合；例如，在该材料上可能存在不可见但是会发UV荧光的墨。扫描条形码时，在捕获照片时可以短暂地闪烁紫外线照明，以使所存在的任何墨水都会被照亮。改变照明条件的相同技术也可以通过切换测距和/或切割激光来进行，以便在成像时隔离它们的信号和/或影响。如果物体(或相机)在采集之间移动，则可以裁剪、平移、扩展、旋转图像等，以获得共享共同特征的图像，以允许相减。这种差分技术优选地通过在相机中的自动调整被覆盖或禁用。例如，禁用自动对焦、闪光等。可以理想地在图像之间保持恒定的特征可以包括例如光圈、快门速度、白平衡等。以这种方式，两个图像中的变化仅归因于照明差异而不归因于光学系统的调整。 [0099] 移动到CNC机器100中的不同位置的多个相机或单个相机可以提供来自不同角度的图像以产生材料140或物体的表面的3D表示。3D表示可以用于生成3D模型，用于测量雕刻或激光操作产生的深度，或者在制造过程中向CNC机器100或用户提供反馈。它也可以用于扫描，以构建用于复制的材料140的模型。 [0100] 相机可以用于记录用户可以用来分享其进展的照片和视频。可以创建自动“制作特辑(making of)”序列，其将各种静态图像和视频图像以及附加的声音和图像拼接在一起，例如源文件的数字渲染或来自社交网络的用户图片。运动计划的了解或直接通过运动计划控制相机，可实现多种优化。在一个示例中，给定具有两个相机的机器，其中一个相机安装在头部中并且其中一个相机安装在盖中，可以在门架指向已知会使盖相机模糊的位置任何时间用来自头部相机的镜头(footage)创建最终视频。在另一个示例中，当机器的内部灯被激活时，可以指示相机减小其光圈大小，减少允许入射的光量。在另一个例子中，如果机器是激光切割机/雕刻机并且激活激光器使位于头部的相机变得过载并且无用，则当来自相机的镜头不可用时可以丢弃该镜头。在另一示例中，运动计划的元素可以与相机记录协调以获得最佳的视觉或音频效果，例如在切割之前调淡内部灯，或者以协调的方式驱动电机，以使头部相机横扫过材料以形成工作结果的最后视图。在另一示例中，系统收集的传感器数据可用于选择相机图像；例如，当盖中的加速度计、陀螺仪或其他传感器检测到盖已经打开并且其已经达到最佳角度时，可能从安装在盖中的相机捕获用户的静态照片。在另一示例中，如果检测到错误状况，例如在机加工操作期间意外地打开盖，则视频的记录可能会停止。可以使用诸如剪切文件的总持续时间之类的信息来自动编辑视频，以消除或加速单调事件；例如，如果激光器必须制作400个孔，则可以以高速显示切割计划的该部分。传统上，这些决定都必须通过审查最终镜头来做出，很少或根本没有它们所包含的先验知识。预先选择镜头(甚至协调其捕获)可以允许更高质量的视频，而花费更少的时间对其进行编辑。来自生产过程的视频和图像可以以各种方式自动拼接在一起，包括用图像的定格动画，与静态图像交织视频，以及将视频和摄影以及计算机生成的影像组合在一起，例如正在渲染的项目的3D或2D模型。也可以通过其他来源的媒体(例如用最终产品的用户相机摄取的照片)来增强视频。 [0101] 可以单独包括或以任何组合包括的附加特征在下面的部分中描述。 [0102] 激光头部 [0103] 图5是示出根据当前主题的一些实施方式提供CNC机器100中的材料140的高分辨率图像的相机的图。头部160上或附近的相机或安装在CNC机器100中的任何位置并被聚焦以围绕切割位置成像窄视场的相机可以提供高分辨率图像。图5所示的例子对应于CNC机器100是激光切割机的实施方式中的头部160。这里，头部160可以包括若干光学部件，其包括用于允许激光束510的入射或出射的一个或多个窗口550，580、用于引导激光束510的一个或多个镜子560、用于聚焦激光束510的一个或多个透镜570等。 [0104] 这里示出的安装到头部160的头部相机120可以具有整个视场122。如图5所示，整个视场122可以包括一个或多个切口。切口的体积在这里被称为输出体积530。类似地，可以存在靠近切口的外围体积540和材料140的一部分。因此，整个视场122可以包括两个对应于上述特征的附加场的视图。整个视场122可以包括观看输出体积530的输出视场326和观看外围体积540的外围视场524。 [0105] 输出体积530可以对应于CNC机器100的输出。在激光切割机的示例中，输出体积530可以是由CNC机器100制成的切口的体积(或其部分)。在三维打印机的示例中，输出体积 530可对应于CNC机器100沉积的材料140的“管”(或其部分)。在又一示例中，如果CNC机器 100是喷墨打印机，则输出体积330可以对应于沉积在材料140的表面上的一部分墨。 [0106] 类似地，外围体积540可以包括靠近输出体积540的区域，其中可能发生来自CNC机器100的操作的附加效果。在激光切割机的示例中，外围体积540可以包括碎屑场、由切割引起的材料140的燃烧或变色的程度等。 [0107] 通过使用图像分析程序分析由头部相机120获取的图像数据，可以识别与输出体积530或外围体积540相对应的条件。在本文中进一步详细描述了这样的条件的许多示例，然而，一个示例可以是确定当前切割深度并调整激光以改变或校正切割深度。以这种方式，可以产生用于CNC机器100的指令以响应于所识别的条件提供第二可能不同的输出。CNC机器100然后可以执行指令。 [0108] 条件(或特征)也可以从头部相机120的视场内的图像来识别。这些条件或特征可以包括例如不充分的照明、阴影、反射、障碍物、烟雾、其它先前的切割、配准标记、跟踪标记等。在整个申请中，更详细地描述了这些特征中的许多以及它们与CNC机器100的能力的关系。 [0109] 可交换头部 [0110] 头部160可以从门架210拆卸，以允许其他头部或附件的布置被连接。替代的头部可以包括例如打印头部，例如，喷墨打印头部、拖刀头(drag knife head)、3-D打印头部、二极管激光器、等离子切割机、主轴、喷水器等。CNC机器100还可以具有替代的头部的操作(例如动力、空气、数据、水等)所需的适当的连接器端口。替代的头部的有效部分(喷嘴、切割点)可以位于头部160上的与改变之前的头部160的有效部分相同的X-Y位置(例如，在激光切割机中，光束被引导到材料140的位置)。新的头部160还可以位于相对于旧的头部160的不同位置，并且机器视觉对准可用于确保在使用新的头部160时，门架210和头部160移动以补偿和保持对准。一旦替代的头部就位，运动计划和/或获取的图像然后可以用于利用替代的头部指导操作。门架210和/或头部160还可以包括位置保持紧固件，以保持头部160跨越交叉的定位。位置保持紧固件可以包括例如磁体、槽、锁、螺钉等。 [0111] 在激光切割机的示例中，激光器操作可以被配置为仅在检测到特定类型的头部(例如被配置为接收激光束的头部)时起作用。当没有检测到头部160时，或者如果检测到的头部160不被设计成与激光器一起工作(例如，如果头部160是不同的模型、不同类型的头部(喷墨、切割刀)等)，则激光器也可以被配置为不起作用。一旦检测到激光不兼容的头部，例如设计成通过剃刀刀片切割材料的头部时，必须发生若干动作。首先并且最重要的是，必须指示激光器不要点火。这可以通过一种或多种用于冗余的方法进行，包括但不限于：头部的缺失例如通过去除启动激光器的电信号而直接防止激光器点火；头部的缺失可以由设备上的计算资源(固件)检测，所述设备转而不会命令激光器点火；或者在最可能发生的情况下，激光器兼容的头部的缺失会使信号被发送到生成机器文件的软件，并且生成不同的机器文件，其用刀上/下指令替代激光器开/关指令，修改机器计划以考虑新的切割工具，并为不同的头部和切割工具做出其他修正量。 [0112] 在一个实施方式中，可以有油墨、调色剂、绘图笔或其他打印头部来代替头部160。印刷图案然后可以印刷到材料140上。然后，头部160可以重新附接并执行与印刷在材料140上的颜色对准的切口。这种对准可以以若干方式实现。首先，使用相机的光学对准可以检测已经通过运动计划打印的特征。可以通过具有指示激光头部以与图像对应的图案切割的打印图像的知识的系统来创建运动计划。第二，成像系统的组合对准图案，然后依赖于数字存储的图案版本来生成切割路径。在另一个实现中，该过程可以颠倒。首先，可以通过头部160在材料140上进行切割或雕刻。在用打印头部更换头部160之后，可以使用上述对准技术打印切割或雕刻的材料140。本文描述的光学系统可以保持墨源与切割机的对准，并确保头部 160中切口和墨源160之间的适当距离。在一个示例中，头部可以具有使其能够用作喷墨打印机的设备。然后，例如，当安装头部时，激光器不再激活。运动计划可以用类似于传统喷墨打印机的软件代替，并且可以指示头部来回移动，随着每次通过前进一小段量，当它移动时使油墨沉积。结果是，该设备可以用作喷墨打印机，尽管传统的喷墨打印机随着头部来回运动而移动材料。然而，与传统的喷墨打印机不同，这可以适应较厚和甚至可变厚度的材料，并且当施加油墨时，可以例如用激光进行进一步的加工操作。 [0113] 在这样的示例中，软件可以在头部被切换之后确认材料和头部的精确位置。这可以通过本文档中其他地方解释的机制来实现，例如通过寻找由不同的打印头部制成的一个或多个标记，或通过查找材料140的拐角来实现。 [0114] 用于自动头部调节和深度测量的本文所描述的技术可以与备用头部一起使用。例如，通过运动计划，材料140的表面的距离可以通过运动计划结合，以使喷墨头上下移动以保持与打印表面的最佳距离。此外，本文描述的深度测量技术可以与3D打印头部一起使用以确定打印是否正在正确进行。 [0115] CNC机器中的风扇 [0116] 图6是示出了与当前主题的一些实施方式一致的集成到头部160中的风扇的图。头部160可以包括任何数量的风扇以帮助去除或防止不想要的颗粒物积聚在头部160中。风扇操作可以与相机或传感器数据以开环或闭环方式配合以响应于观察到的条件。 [0117] 在CNC机器100是激光切割机的实施方式中，可以有空气辅助风扇610，其将空气或其它气体流引导到切割位置或接近切割的位置。空气辅助风扇610可以如垂直箭头所示将空气引导至切口。空气辅助风扇610可以安装到CNC机器100中的任何部件，例如安装到头部160、延伸到CNC机器内部的臂、等等。空气辅助风扇610还可以包括去除颗粒物的过滤器。空气辅助风扇也可以远程地定位，例如在机器侧面上的新鲜空气入口处，其中空气通过软管或其它传送机构引导到头部。 [0118] 在另一个实施方案中，可以有一个安装在头部160中的净化风扇420。转回到参照图5，头部160可以容纳例如转向镜、透镜、窗户等。还可以存在产生正压区域的一个或多个净化风扇。如图6所示，净化风扇620从头部160的外部获取空气并将其注入到光学元件(例如透镜)的侧面上的体积中，以在最接近材料140的一侧上产生正压区域。该正压区域减少了从下方或者通过头部160中的其他开口进入头部160的污染的空气或碎屑。净化风扇620还可以包括用于从风扇入口除去颗粒物的过滤器。净化风扇也可以远程地定位，例如在机器侧面的新鲜空气入口处，其中空气通过软管或其它传送机构传送到头部。即使新鲜空气没有直接传送，对于净化或者空气辅助风扇，也可以由风扇在入口处引导新鲜空气。以这种方式传送的空气可以具有比来自单元内部更多组分的新鲜空气。用于净化的空气也可用于空气辅助，反之亦然。 [0119] 在一些实施方案中，可以存在(尽管在图1中未示出)排风扇、通风扇、冷却风扇等。这些风扇可以比空气辅助风扇610和净化风扇620更大和更强大。任何风扇的操作(例如上述较大的风扇)可以与运动计划接口，以便例如在运动计划的不同部分以指定速度运行。这里，可以提前从计算机存储器访问关于预期碎屑和/或烟雾的数据，以基于预期的烟雾和/或碎屑的量来协调风扇操作与运动计划。该数据可以与例如特定的切割、材料、CNC机器操作参数等交叉参考。 [0120] 这些风扇可以被控制或与在CNC机器100的操作期间接收的其它传感器数据(例如，来自烟雾探测器或对烟雾或颗粒物成像的摄像机)相配合。实时传感器数据可以根据用户设置的风扇设置、风扇限制或用户设置或者系统中预设的噪声/振动限制为运动计划的更新提供依据。因此，在一些实施方案中，可以基于观察到的烟雾水平、颗粒计数、检测到的化学物质或由CNC机器100中的传感器观察到的其它参数连续地改变风扇速度。相反，运动计划可以保持不变并且风扇速度调整以补偿CNC机器100中的变化条件。还可以存在将风扇操作与操作优先级相关联的反馈机构。例如，可以有使风扇噪音(可能由板载麦克风测量)或RPM保持低于一定值的指令。然而，如果检测到烟雾或碎屑超过预定义的限度，则如果将烟雾浓度保持在低水平比降低噪音具有高的优先级，则可以提高风扇速度。 [0121] 在另一实现中，可以指示用户不要打开CNC机器100的盖，直到内部烟雾水平已经达到可接受的低水平。该指令可以是例如音频或视觉报警器、CNC机器100上的状态指示器。CNC机器100还可以包括盖的自动锁定，直到满足允许打开的条件为止。 [0122] 另外，本文描述的任何风扇操作同样适用于CNC机器100是三维打印机、喷墨打印机、车床等的实施方式。 [0123] 门架安装的激光器 [0124] 图7是根据本主题的一些实施例的具有安装在门架210上的激光器和头部160的CNC机器100的顶视图。例如，门架210可以定位在材料床150上方。例如，激光器710可以例如仅在连接到门架210的轨道220上在Y方向上平移。门架210还可以保持头部160，头部160仅在轨道220上的X方向上平移。都安装在相同的门架210上的头部160和激光器710可以保持固定的Y间距。 [0125] 这种配置有几个优点。首先，整个光束路径可以比例如激光器710在CNC机器100之外或者甚至在CNC机器100内的固定位置处情况下的光束路径短。另外，通过使它们都参照于门架210简化激光器710与头部160的对准。 [0126] 门架210可以与负责移动门架210的每个端部的独立的门架致动器(每个轨道220上的一个或多个)接合，以便维持或恢复门架210的对准。运动计划可以控制门架210致动器独立运作，一起运行，或以符合运动计划的执行的任何方式运行。替代实施例可以具有一个致动器或任何数量的附加致动器。在两个或更多个致动器的情况下，它们可被单独驱动以调节门架210的角度，例如使其平行于材料床150。 [0127] 在一个实施例中，激光器710可以在X方向上定向，并且转向系统720可以安装在门架210上，以将光束510例如用一对镜子从激光器710引导到头部160。来自激光器710的激光束可以转动已知量，例如180°，以平行于来自于激光器710的光束方向进入头部160。由于头部160、转向系统720和激光器710都安装门架210中，如果门架210没有被干扰，即使CNC机器100的其余部分被干扰，也可以保证它们相对于彼此的对准。 [0128] 密封光学系统 [0129] 图8是示出与当前主题的一些实施方式一致的密封光学系统810的图。在一个实施方案中，例如在CNC机器100用作激光切割机的情况下，可以存在类似于转向系统520的密封光学系统810，以将激光束310从激光器310引导到头部160。如下所述，密封光学系统810可以与激光器310组合以产生闭合的系统，其中转向镜或激光光学器件都不暴露于外部(或被污染)空气，除了具有可以容易进入和清洁的窗口的孔之外。 [0130] 在一个实施方式中，密封光学系统810可以包括入口孔840、壳体、两个以相互固定的角度(其在一个实施方式中为90°)定向的转向镜830、以及附接到出口孔的窗口。密封光学系统810还可以包括可能在不同轴线上的一个或多个枢轴，以允许密封光学系统810旋转，因而改变转向镜830相对于入射激光束812的角度。镜子也可以被安装成使得它们可以在系统810内独立地调节。在所示的示例中，在通过调整密封光学系统810的角度而使枢轴的轴线垂直于图并且镜子的角度为90°的情况下，入射激光束812和出射激光束816的分离可以在不影响最终光束816的角度的情况下进行调整，如同独立地调整单面镜830所发生的一样。因为在该示例中，转向镜830被定向为总是导致180度转动，而与密封光学系统810的角度无关，所以旋转密封光学系统810仅使出射激光束816平移，同时保持入射激光束812和出射激光束816之间的平行。可以调节这种平移以将激光束350对准头部160中的光学元件。 [0131] 窗口可以是适合于将激光从密封光学系统810传输到头部160的任何类型的可拆卸光学窗口。在一个示例中，激光波长可以是二氧化碳激光器发射的10.6微米，而窗口可以是硒化锌(ZnSe)。窗口可以用于基本上密封密封光学系统810以防止可能包含灰尘、烟雾或其它污染物的空气，该污染物可以在密封光学系统810或激光器710中覆盖任何其它光学元件。代替窗口，在激光器710或头部160中，加压空气可以通过风扇或压缩空气管线引入，通过保持外壳中的正压来防止污染物进入。备选地，出口孔850可以简单地延伸，任选地带有挡板，以防止污染物迁移到密封光学系统810中。其他技术可用于减少或消除输出窗口的污染物，包括窗口处的清洁空气的方向，系统中的气流的设计使脏空气不直接在窗口传送、以及其他措施。 [0132] 此外，可以存在可以用于将激光器710和/或头部160耦合到密封光学系统810的套筒870，以防止污染的空气影响激光器310或在套筒870内的头部160上的窗口。套筒870可以是刚性的或柔性的，以允许密封光学系统810的枢转运动。套筒870可以是例如柔性或可折叠套管、具有充当密封流体的润滑脂或其他润滑剂的刚性伸缩管等。也可以使用这些技术的组合(例如，具有加压空气的延伸的出口孔)。 [0133] 激光对准系统 [0134] 图9是示出与当前主题的一些实施方式一致的缓冲器920的端部剖视图500，其将激光器710与壳体910对准。在一个实施方案中，激光器710可以固定在壳体910的内部，其中激光束通过壳体910上的出口孔(未示出)离开。当激光器710改变时，例如在安装时、用新的模型或以其他方式具有不同的物理尺寸时、或者在壳体910改变时，激光器710可能不再与出口孔同心。为了使激光器710与激光孔对准；可以存在与激光器710邻接以将激光器710定位在适当位置的多个缓冲器。在一个实施方案中，可以存在两对缓冲器920，一对在激光器的任一侧垂直地延伸，另一对在激光器710的顶部和底部上水平延伸。利用已知的激光尺寸和已知的激光器壳体的尺寸，可以选择缓冲器920的厚度以使激光器710与出射孔对准。 [0135] 可以例如在安装激光器之前或之后确定光束路径。然后可以基于光束相对于壳体或出口孔的确定角度和偏移来选择缓冲器920。可以预先将缓冲器920制造成已知的尺寸，然后可以选择最能够校正角度和偏移的缓冲器920。备选地，缓冲器920可以被定制以提供所需的校正，或者可以堆叠缓冲器，或者可以通过诸如机械加工或3D打印的方法制造缓冲器。可以向用户提供关于任何预期或测量的不对准的信息，并且可以预先选择合适的缓冲器920以在安装时校正不对准。 [0136] 图10是根据当前主题的一些实施方式由缓冲器1020，1030与壳体910的中心偏移的激光器710的俯视截面图。图11是根据当前主题的一些实施方式的使激光与未对准的壳体中的孔1010对准的缓冲器1120，1130的顶视截面图。可以有多组缓冲器，每组都设置为壳体内的激光器710设置中心位置。如上所述，激光器710可以居中在出射孔1010上，然而激光器710也可以通过使用预定厚度的缓冲器来偏移或成角度。例如，如图10所示，右垂直缓冲器820比左垂直缓冲器830厚，导致激光从壳体的中心平移。类似地，如图11所示，两个不同大小的缓冲器组1120，1130用于相对于壳体910具有不同的中心点。当激光器与缓冲器910一起定位时，激光器710相对于壳体910成角度。 [0137] 激光竖直对准系统 [0138] 图10是根据当前主题的一些实施方式的角度可调的转向系统的前剖视图。虽然上述特征涉及X和Y方向上的对准，但是下面描述的特征处理了对准激光束的垂直角度(或在Z方向上)的方法。将激光器的输出与激光头部160对准的另一种方法是调整转向系统720的垂直角度A。在一个实施方式中，转向系统720可以安装到或者搁置在可旋转支架1210上。在一些实施方式中，可旋转支架1210可以用枢轴或铰链连接到CNC机器100。在其他实施方式中，可以有固定的连接点，例如具有焊缝、紧固件或连接部分。还可以具有致动器1220，致动器1220可以用来使转向系统720的一部分以使转向系统720中的转向光学元件530转动的方式移动。在图10的例子中，这通过是螺钉的致动器1220显示，当转动时，螺钉使可旋转支架的角度变化。在另一个示例中，致动器可以被供电或计算机控制。如图所示，这是可旋转支架1210的刚性旋转。然而，对于固定在一个位置的可旋转支架1210，致动器1220可导致可旋转支架1210的一部分机械变形，导致基本上相同的旋转效应。在一些实施方案中，中性或静止角可以是使得出射的激光束不平行于入射的激光束的角度。在该实施方式中，可以调节致动器1220直到实现期望的对准。最初，角度A可以是例如约5，4，3，2，1，0，-1，-2，-3，-4或-5度。在某些情况下，0角度可能不是最佳的。例如，如果激光头部160的入射窗口高于从光束出射的激光，则角度A可以被调整到大于0的值，以允许激光束穿过入口窗口的中心。 [0139] 图13是与当前主题的一些实施方式相一致的悬臂式角度可调节的转向系统的前剖视图。类似于以上图11的实施方式，悬臂可以包括角形托架1310，转向系统720搁置或安装在其上。示出了在悬臂的水平臂和垂直臂之间延伸的螺钉1320可以被转动以引起水平臂的偏转。偏转导致光束710的角度在垂直方向上移动，允许激光束与头部160垂直对准。与以上类似，角形托架1310的内角可以是90度，或者可以具有可以用螺钉1320校正的偏移。在一些实施方式中，偏移可以是大约5，4，3，2，1，0，-1，-2，-3，-4或-5度。在其他实施方式中，其他内角可以是60度，45度，30度等。在任何实施方式中，螺钉可以用于校正托架1310的角度所需的初始的小调整。 [0140] 图14是与当前主题的一些实施方式相一致的第二悬臂式角度可调节的转向系统的透视图。可以使用多个螺钉1420，使得托架在沿着Y轴在所有点处均匀地偏转。或者，托架的拐角可以沿着Y轴(由拐角区域1410示出)选择性地弱化或加强，使得由螺钉1420施加在单个点处的力可导致横跨托架的相等的垂直偏转。 [0141] 头部位置检测 [0142] 传统上，使用各种系统来检测机器位置。电机，可以在电机、在轴上和/或在机械开关上具有编码器，其检测机器何时处于极限位置，或者将头部位置的软件的内部估计“复位”到正确的已知状态。 [0143] 在当前主题的一些实施方式中，这些方法可以由相机系统来代替。诸如盖相机110的顶置相机可以在视觉上定位头部160或系统的其他部分。安装在头部160上的相机120可以高精度地检测头部160何时被移动到特定位置，例如在打印在家庭位置上的目标上。 [0144] 头部移动检测 [0145] 具有广角视角的相机可以确定头部160的位置、速度、加速度和其他运动参数。安装在头部160上的相机120可以通过观察材料140在其所获得的图像中的明显运动来获得上述参数。可以针对此优化特定目的的相机，例如，可以为头部160改变光学鼠标上的图像传感器的用途，该头部160提供被优化成计算位移的专用硬件。安装在盖130或其他位置上的相机110可以利用头部160的视图直接监视头部160。 [0146] 校准切割以特征化材料 [0147] 当材料140被引入CNC机器时，其可以具有未知的物理性质。因此，可能不知道哪些设置对于加工是最佳的。这些设置可以包括例如CNC铣床或车床的旋转速度、喷水器的水力、或者激光切割机的激光功率和速度。 [0148] 利用相机，可以在材料140上进行校准通过，以确定所需任务的适当设置。在一个实施方案中，为了确定用激光切割机进行切割的最小功率，可以进行增加功率的切割，直到材料140被穿透。在用户想要标记但不穿透表面的情况下，可以测量较低功率的切割。相机还可以捕获在不同的功率级别、速度等上进行的切割将看上去如何。例如，当激光以最大速度以20％功率激活时，浅色胶合板可能会稍微变暗。增加到30％的功率可能会使其稍微更暗。但是在40％的功率下，胶合板的顶层胶合板层可以被刺穿，露出下面的层，这可以是完全不同的颜色-较浅或较暗。使用相机，可以确定材料140的所得视觉外观。来自给定处理步骤的确定的材料140的响应可以自动地或由用户并入运动计划中。 [0149] 材料厚度测定–一般 [0150] 可以使用各种方法来确定待切割或雕刻的材料140的厚度。一种方法可以是确定材料140的顶部表面的高度，并将该高度与材料140的底部表面的已知位置进行比较。通常，尽管不是必需的，材料140的底部表面与顶部材料床150的表面重合，其可以是已知高度。然后材料140的顶表面的高度与材料140的底表面的高度之间的差可以被确定为材料140的厚度。在另一个实施方式中，用于确定材料140的厚度的方法可以通过测量具有已知厚度的材料140来校准。例如，具有1cm厚度的物体可以放置在材料床150上。数据可以通过相机获取，数据可以与物体的已知厚度相关联。在另一实施方式中，相机可以确定材料140所在的表面的高度。例如，如果在最上面的材料140和材料床150之间存在其它材料140的部分，则相机可以在材料140被插入之前测量最上面的表面的高度，或者测量未被材料140模糊的位置中最上面的表面的高度。 [0151] 在一个实施方式中，可以在材料140的表面上测量不同点处的高度，例如在网格图案中，以具有材料140的曲率的特征。一旦在材料140上的许多点处的高度是已知的(并且因此表面曲率)，可以产生指令，使得一个或多个致动器可以跟随材料140的曲线。例如，切割激光器可以保持聚焦，相机可以保持对焦，3D打印机头可以保持与材料基座的恒定分离，或者CNC铣头可以保持与材料140恒定的距离。 [0152] 一旦表面和透镜(或CNC机器100中的任何其他参考点)之间的距离是已知的，则可以在机加工时结合这一点来精确地控制头部160(和头部160内部的光学器件)的高度。 [0153] 本文描述的对比度检测、相位检测或任何其它测距技术也可以在其他机器上实现，例如CNC铣机，其中该距离确定头部160的位置以定位铣头。以这种方式，运动计划可以包括例如对比度检测、自动对焦等，以对材料140的位置和/或头部160相对于材料140的位置进行实时分析。 [0154] 材料保持 [0155] 虽然知道材料140的表面的位置是重要的，并且表面位置(或高度)可以是最容易测量的，但材料140的厚度也是重要的。如果材料140可以被压平，例如抵靠材料床150，则材料140的顶部的高度减去材料床150的高度等于厚度。为此，将材料140牢固地保持在支撑件上的方法可以与用于测量材料140的厚度的任何方法组合。这可以有助于以下情况，其中材料140可能具有弯曲或成弓形的自然倾向或其中材料140可以是轻质的并且在其下方具有气泡。 [0156] 在一个实施方式中，可以存在至少一个柱塞，其可以将材料140牢固地保持抵靠支撑件。柱塞可以靠近切割点，或者可以在材料140上的另一位置或多个位置。而且，柱塞本身的位置可以提供对材料140厚度的任何光学确定的交叉检查，例如如果柱塞的表面的高度相对于材料床150的表面是已知的。 [0157] 在另一实施方式中，材料床150可以是具有多个孔的真空工作台，该孔穿过表面延伸到真空系统。真空系统可以通过孔在材料140下面产生负压，然后通过材料140的任一侧上的压力差将所述材料向下压靠在真空台上。 [0158] 可能存在材料140不能被压靠在材料床150上的情况，例如弯曲的金属片，石头等。如果已知材料140具有恒定的厚度，则厚度可以由材料140上的任何位置处的测量确定。如果材料140在或多个点处接触参考表面，则材料140的表面上的最低点的确定可以由CNC机器100解释并与材料床150的高度比较以确定材料140的厚度。在材料140厚度在多个位置出被测量而不是在表面最低的位置处被测量的情况下，可以从测量的多个点产生地图。从现有点计算的斜率可用于识别局部最小值的可能区域，这可能转而会被采样以进行更准确的测量。 [0159] 通过立体视觉的材料厚度确定 [0160] 用于确定材料140的表面特征的高度或位置的一种方法可以是对材料140进行立体观察，以便来确定材料140的深度分布，使用多个相机或来自同一相机(在每次暴露之间移动)的多个图像以确定距离。在一个实施方式中，立体测量可以由一个或多个盖相机和/或头部相机执行。也可以为位于CNC机器100内的专用于该目的的附加相机。这里，用于产生立体图像所需的多个图像可以由图像分析程序解释，以便基于在不同的角度波或的图像之间的差异，确定在材料140上成像的特征的深度。为了确定材料的表面的高度，从两个分离的相机捕获图像，并且隔离并考虑材料表面上的一个或多个特征。以与人类双目视觉使用的确定距离的方式相同的方式，观察到的特征在两个相机图像之间移动的量指示其距离，并且因此指示材料的高度。 [0161] 在一些实施方式中，可以创建包括定位头部160的运动计划，从而使要测量的独特特征在位于头部160上的相机的视野内。然后，相机可以获取特征的图像。可以创建第二运动计划(或单个运动计划中的第二步)以将头部160移动固定的量。在头部160移动之后，该特征应该在相机的视野内。然后可以通过相机捕获包含该特征的第二张图像。在每个图像中，识别特征。然后，图像分析程序可以相对于相机的移动量来测量每个图像中特征移动了多少。基于相对明显的移动，可以确定特征的高度。一般来说，特征越靠近相机(即特征的高度)，特征就越显得被移动。 [0162] 通过干涉测量的材料厚度确定 [0163] 获得与材料140的表面的距离的另一种方法可以是将包括成像激光器和成像检测器以在材料140的表面上执行干涉测量。这里，来自成像激光器的光可以用于反射离开材料140的表面，然后被引导到检测器。来自成像激光器的光也可以被引导到参考镜，然后也被引导到检测器。可以检测和计数在检测器处的干涉条纹的变化数量，以便确定到材料140的表面的距离。在一个实施方式中，来自头部160的激光输出，例如用于切割的激光输出，也可以是用作成像激光。或者，成像激光器不一定是必定是激光，它可以是已知波长的任何光源，例如原子灯、带通滤光光源等。 [0164] 通过对比度检测的材料厚度确定 [0165] 在另一实施方式中，当摄取每个图像时，通过确定具有最大对比度的图像，利用具有已知焦平面的相机的多个图像的算法可以使用焦平面中的变化来确定与材料140的表面的距离。在该实施方式中，材料140的图像可以由头部相机120、盖相机110或具有调节其焦点的能力的系统中的任何其它相机摄取，无论是通过改变其位置或透镜的位置。分析可以包括改变一个或多个透镜的位置，直到由头部相机120摄取的材料140的图像具有最大对比度。当检测到这种情况时，相机的焦平面与从透镜到材料140的表面的距离相同，因此材料140的表面的高度是已知的。 [0166] 在一些实施方式中，透镜可以被移动到第一位置，例如在相机中或头部160中的其范围的顶部。然后可以在该第一位置获取图像。可以例如通过对图像进行傅里叶变换并且测量以图像中的快速变化为特征的高频分量的幅度来量化对比度。然后，透镜可以被移动到第二位置，例如在相机范围内的下部。在每次移动之后可以量化对比度，同时在导致确定的对比度增加的方向上移动透镜。当位于对比度最大的位置时，镜头焦点对准。 [0167] 通过相位检测确定材料厚度 [0168] 在一个实施方式中，可以使用相位检测来确定从透镜到材料140的距离。在该实施方式中，从材料140摄取的图像被划分为对应于光穿过透镜的至少两个不同部分的至少两该部分，所述至少两个不同部分对称地布置以在透镜距离材料140处于其焦距时对相同位置进行成像。然后可以比较每个部分的强度或其它图像特征。可以调节透镜的位置，直到通过透镜的每个部分成像的部分基本相同。当这被完成时，透镜的焦距是材料与透镜的距离。 [0169] 通过飞行时间确定材料厚度 [0170] 在一个实施方式中，可以使用飞行时间技术来确定从源到CNC机器100中的物体的距离。例如，可以存在发射脉冲或其它已知的光的波形的光源。检测器可以检测从表面反射离开的光。通过测量发射和检测之间的时间并知道源与检测器之间的路径，可以确定源(或检测器)与物体之间的距离。可以使用声源来执行类似的过程。飞行时间可以通过检测器根据信号的上升沿或下降沿、干扰模式、信号衰减等进行测量。 [0171] 通过成像点位置/形状确定材料厚度 [0172] 图15是示出了根据当前主题的一些实施方式，通过盖相机110对由测距光源1510产生的材料140上的光斑进行成像来确定材料140的厚度的图。在一个实施方式中，来自测距光源1510的例如来自激光二极管或具有密集光束的LED的良好准直的光束可以以一定角度指向材料140。如图15的左窗格所示，较厚的材料140(厚度为T1)将在与测距光源1510的距离D1处更早地拦截光束，导致交叉点对于更靠近测距光源610的盖相机110可见。如图15的右窗格所示，较薄的材料140(厚度T2)将允许光束行进得更远，因此光束将看起来在测距光源1510更远处(距离D2)与材料140相交。因此，材料140上的亮点的位置可以与材料140的厚度成正比。在其他实施方式中，测距光源1510可以是除了盖相机110或CNC机器100中的相机的任何组合以外的相机。 [0173] 在另一实施方式中，测距光源1510可以具有可测量的发散。如果材料140是厚的，则材料140的表面上的斑点将看起来很小。如果材料140较薄，那么光斑将会变得更大，因为光在与材料相交之前会发散得更多。可以使用基于已知发散角度和测量的表面上的斑点的尺寸的三角函数的计算来确定材料140的厚度。 [0174] 在相关实施方式中，可以使测距相机的焦距尽可能小。如果光束点靠近相机，它将被聚焦，因此看起来更小；如果它很远，它将是模糊的，因此更大和更暗。该技术可以与发散技术相结合，使得斑点尺寸的增加更容易被检测。 [0175] 通过成像激光光斑大小确定材料厚度 [0176] 图16是示出了根据当前主题的一些实施方式通过对激光光斑尺寸成像来确定材料厚度的图。为了提供精确的切割，激光应该聚焦在材料140的表面上。如果激光器不在焦点上，则切口可以比预期的更大，并且切口可能具有不同于所需的深度。在一个实施方式中，如果头部160中的透镜570指定用于激光的特定焦点，则可以通过相机观察表面上的激光光斑来测量最小光斑尺寸1610。相反，如果材料140的距离不等于透镜570的焦距，则光斑尺寸1620将更大。通过测量光斑尺寸，可以调整头部160中的透镜570，直到激光光斑尺寸处于最小值，或其它已知尺寸，其对应于处于透镜570的焦距处的材料140的表面。在一些实施方式中，可以自动地和/或连续地进行该调整，以便在材料140的表面处提供恒定的功率密度。结果，即使材料140的厚度改变，也可以提供一致的切割。另外，如果观察到的光斑尺寸和预期光斑尺寸之间存在差异，则透镜570的“已知”焦距不准确或者表面高度的确定是不准确的。这些不一致性的指示可以提供给用户或由CNC机器100记录。用于此的激光可以是主切割激光器或次级激光器(通常是较低功率的激光器，其频率可以是用相机更容易地看到，例如氦氖激光器)。如果次级激光器处于相机可以登记的频率，则直接观察光斑尺寸，或通过观看由次级激光产生的变色、雕刻或切割的尺寸间接观察光斑尺寸。 [0177] 在一个实施方式中，切割激光器可用于通过在激光器操作时将头部160移动穿过材料140来画出线(在图16中由实心水平形状示出)。当激光器移动时，聚焦透镜570在其行进通过其全部运动范围时获取图像。当运动完成时，分析线路的相机图像，并确定最窄的部分。在创建线的最窄部分的时刻的透镜位置对应于光束被聚焦处的点的时刻以及在透镜570和材料之间的距离等于透镜的焦距的时刻定位透镜，允许激光被聚焦和为其他目的确定距离，例如报告厚度(从材料表面的高度测量)到用户。 [0178] 直接检查材料厚度 [0179] 在另一实施方式中，材料140可以通过相机以相对于材料表面的低角度成像。该角度可以是例如0度(平行于表面)，小于5度，小于10度等。该“侧立”视图允许直接确定材料的高度。这里，可以获取材料的图像。材料140的高度或厚度与图像中材料的像素数量有关。在一些实施方式中，可以首先执行相机与材料的边缘之间的距离测量。基于从相机到被成像的边缘的距离，可以在像素中的高度和材料高度之间执行转换。 [0180] 头部相机的位置 [0181] 诸如头部相机120的高分辨率相机通常位于偏离头部160的光束或其他输出的路径的位置。例如，头部相机120可以在切割路径前、侧或后。在切割之前成像可以允许采集待切割的材料140的图像。在切割之前拍摄的这些图像可以提供碎屑、烟雾、材料140缺陷、距离等的更新表征。类似地，在切割点处成像可以允许图像数据的实时反馈，其可以用来动态地更新运动计划或提供关于头部160的切割或操作的进展的诊断数据。最后，在切割完成之后对区域进行成像可以提供关于紧跟处理之后的输出体积中的条件的图像数据。切割后的进一步成像可以在例如风扇已经从切割区域去除碎屑或烟雾之后诊断条件。在一个实施方案中，例如对于激光切割机，头部相机120可与激光输出对准。例如，在图11中，头部相机120可以在镜子360上方(假设镜子360通过其表面传送一些光)，并且来自头部相机120的中心成像线可以通过透镜370和窗口380直接看到切口中。 [0182] 还可以使用更复杂的移动解决方案。相机可以安装在多轴臂、摇摄/倾斜头部160、其自己的X-Y门架或任何其他移动配置上。采取相反的方法，可以围绕头部160放置一组预设摄像机，其中仅最靠近感兴趣区域的摄像机被激活或利用。 [0183] 高分辨率切割图像 [0184] 图17是示出根据当前主题的一些实施方式的对由CNC机器100制成的切口的细节成像的相机的图。如先前关于图3所述，可以具有提供CNC机器100、材料140等的部分的高分辨率图像的相机。这种相机的一个示例可以是头部相机120，其可以用于提供切口和接近切口的区域的高分辨率图像。尽管前面的讨论集中在高分辨率相机上，其辅助有通常作为整体影响CNC机器100的操作的特征，但下面的讨论通常涉及通过切口的详细成像所能够实现的特征。再次，虽然关于激光切割机描述了这些特征，但是许多特征可以类似地应用于3-D打印机、喷墨打印机、刮刀等。 [0185] 在图17中示出了穿切(through-cut)的一个例子。在这里，存在一个切割，其完全延伸穿过材料140，并且在该示例中，在围绕切口的区域中还存在碎屑。相机(在这种情况下，头部相机120)可以对输出体积330(切口)和外围体积340(碎屑)进行成像。由于头部相机120比其他相机更靠近切口，所以切口和碎屑的细节可以用于更精确的图像识别技术。 [0186] 高分辨率相机图像的实施方式 [0187] 在任何时候，并且在切割之前，高分辨率图像可以实现例如头部160的位置和运动的检测、CNC机器100的校准、测量到材料140表面的距离、跟踪通过相机成像的标记、切口测量、双侧或贯通切割的配准标记的识别以及改变切割深度。此外，在任何时候，但特别是在切割过程中，可以执行切割验证，可以检测到输出错误，检查异常CNC机器100行为和补偿滞后。以下将详细讨论这些功能。 [0188] 贯通切割 [0189] 图18是示出根据当前主题的一些实施方式的对过大材料1810上的配准标记1820成像的盖相机110的图。在一个实施方式中，可以在一个或多个方向上延伸超过外壳的过大材料710可以插入到CNC机器100中。这可以允许在过大材料710上切割一个大的图案，一次一部分。例如，CNC机器100可以切割一端，然后指示用户移动过大材料710，然后切割下一部分，等等。CNC机器100可以向用户指示移动过大材料1810有多远，和/或使用指示器来指示何时过大材料1810太远或位于正确的位置。 [0190] CNC机器100可以包括贯通狭槽(pass-through slot)1830，其允许过大材料1810被馈送通过CNC机器100进行处理。贯通狭槽1830可以与材料床150基本上对准以保持过大材料1810。例如，贯通狭槽1830的底部可以与材料床150的顶部处于相同的高度，使得过大材料1810在其被馈送到CNC机器100中时不会倾斜。贯通狭槽1830可以与机动化的或电动的辊、胎面等集成。如果机动化，则辊可以与运动计划协调以在规定的时间和速率下推进过大材料1810。如果存在机动化进给部分，则激光器可以省略部分或全部Y轴行程，并且仅依靠进给机构使激光相对于Y轴上的材料移动。材料进料还可以允许过大材料1810在X和Y两者上运动，例如以保持对准。可选地，头部160可以独立于过大材料1810移动，或者头部160可以利用通过材料进给而移动的过大材料1810静止。当材料进入贯通狭槽时，相机可跟踪材料140以验证过大材料1810位置或以其他方式监测材料进给期间的进展。当过大材料1810相对于激光器、切割工具或其它处理头部160移动时，相机(例如盖相机)可用于保持对准。 [0191] 过大或其他的材料的定位可以由用户指定，或者自动地与相机和图像识别系统一起指定。在一些实施方式中，这可以通过在计算机屏幕上生成的材料140的图像来执行。用户可以通过指示拐角、选择或跟踪边界等来与图像交互。可以通过触摸屏界面、鼠标点击选择映射到素材参考点的屏幕上的位置等进行交互。在另一实施方式中，软件可以通过从材料的图像数据中识别任意角度的拐角，例如大约90、75、60、45或30度来确定拐角。标准形状(例如多边形、圆形、椭圆形)的识别也可以与本文所述的贯通切割特征相关联或在CNC机器100执行的任何其它处理期间。在任何实施方式中，来自头部相机120和盖相机110的图像可以进行组合以找到材料140的任何边缘或拐角。例如，盖相机110可以粗略地找到位置，并且头部相机120可以提供更高分辨率的图像以用于更精确估计。可以在任何时候切割基准标记以在获取或重新获取材料140的位置时提供参考点。例如，可以在材料140的废料区域中切割基准标记。这些基准标记可以打印在可以在切割之前提供的胶粘纸上，然后在切割过程期间成像以提供配准。可选地，可以在胶粘纸的大部分或材料140的表面上重复基准或其他配准图案。用于其他目的的标记(例如用于材料识别的条形码)也可以用作基准。 [0192] 在一些实施方案中，跟踪材料140或者在移位之后重新获取切割或者材料140进给可以通过相机在材料140上定位参考特征来实现。参考特征可以包括例如诸如木纹的材料的特征、是组装过程的一部分或者使用专用于配准的激光制成的在先的切口、放置在材料140上用作临时参考点的可移动的背面粘合的纸等。为了识别运动和材料通过贯通狭槽的旋转，相机可以识别存在于材料上的标记(例如木材中的纹理结构)、材料中的自然边缘(例如拐角)、施加到的材料上的标记(例如绘制的基准标记)、用于其他目的的材料上的标记(例如识别条形码)和/或由机器本身产生的标记(例如来自先前加工通过的切割线)。相机可以在加工过程中对参考特征进行成像，并根据参考特征的移动、旋转等调整运动计划。一个例子可以是将具有十字的贴纸放在一块材料140上。如果在加工过程中，图像识别程序确定十字旋转10度，则可以重新计算运动计划，以包括对于10度旋转的补偿，以便正确完成切割。这些特征也可用于加工过大材料1810。 [0193] 在一些实施方案中，因为CNC机器100可以是激光切割机，所以进入或离开CNC机器100的材料可以提供用于光逸出的开口。为了使用者的安全，并且也为了减少了CNC机器100内外的污染物的传送，CNC机器100上可能有一个或多个光幕。光幕可以允许材料进入或离开CNC机器，同时在CNC机器100内部的激光进入和离开的位置之间保持屏障。光幕可以是例如安装有弹簧或者在垂直或水平轨条上的刚性翼片。光幕还可以包括柔性材料，其可以弯曲以允许进入或退出。可以有光幕的嵌套层以进一步保护。 [0194] 双面切割 [0195] 图18是示出了与当前主题的一些实施方式相一致的对材料140的特征成像以实现双面切割的图。图19是示出了根据当前主题的一些实施方式相一致的参考材料140的成像特征以完成双面切割的图。 [0196] 材料越厚，切割它所需的功率越多。例如，40瓦的激光器可以刺穿1/4”的枫木，但不会更厚。通过翻转材料140，可以在每侧切割厚度的1/4”，这意味着可以处理高达1/2”厚的材料140。双面切割的挑战是对准：切割必须精确对准，使得它们结合以完全穿透材料140。 [0197] 可以有利地使用图像识别来改善这种过程，例如通过指示用户沿着已知的轴线翻转材料140，然后再次找到拐角以对准随后的切割。相机可以检测材料140的不同特征，如不规则边缘、穿过材料140的切口、拐角、边缘等，并且当材料140反转时观察这些特征。虽然关于双面切割进行了描述，但是这些特征也可用于双面雕刻。例如，在材料140两侧的期望位置和/或取向上具有雕刻图案。 [0198] 双面切割可用于或独立于上述贯通特征。这里，在材料140的一侧(如图18所示)上执行切割1810，然后用户或自动化系统接收到翻转材料140的指令或提示。一旦翻转，相机可以以与上述关于贯通切割相似的方式重新获取参考特征、拐角、配准标记、切割点等。如图19所示，一旦参考了材料140，CNC机器100就可以执行指令，以在材料140的另一侧上的合适位置完成切口1910。 [0199] 检测双面或贯通切割的特征或用于材料重新定位 [0200] 相机可以获取可以与例如双面切割或贯通切割一起使用的材料的一个或多个特征(例如配准标记、基准标记、先前进行的切割或其他可见的材料变化)的图像(其可以是高分辨率图像)。使用存在于CNC机器的内部空间内的一个或多个相机的这些特征的成像可用于更新材料的位置。换句话说，CNC机器100可以在故意或无意地移动之后获取或重新获取材料140的位置和取向(例如由于CNC机器被撞击，用户到达内部空间并意外地碰撞材料等)。特征(其可以但不限于如上所述的配准标记)可以是通过传送以下项目而执行切割或者雕刻或者对材料导致的其他变化：电磁辐射(例如经由CNC机器100的可移动头部)、由用户做出的标记、由CNC及其100制造的配准标记、由CNC机器制造的或者以其他方式出现在材料上的基准标记、材料的一个或多个拐角、材料的一个或多个边缘、材料中的一个或多个孔等。虽然可以通过CNC机器100中的任何相机获得特征图像，但是在一些实施方式中，它们可以首先由广角和较低分辨率相机(例如安装到盖或其他可打开屏障上的相机)获取，以定位其近似位置，然后再通过较窄视角的可移动相机(例如，头部相机120或可在内部空间(例如，机器人手臂等上)内移动的一些其他相机)来确定。高分辨率成像可以具有以下优点：配准标记可以比可被较低分辨率或较远距离的相机检测的那些配准标记小。 [0201] 在当前主题的一些实施方式中，材料的成像可以包括超过一个被捕获的图像。例如，第一图像可以被一个或多个相机捕获，并且基于从第一图像获得的信息，控制器或处理器可以确定需要第二个图像来正确地表征材料及其位置等。 [0202] 在更具体的实现中，第二图像中的第一图像可以由两个不同的相机捕获：第一相机和第二相机。在该示例中，第一相机可以是宽视角相机，例如安装在CNC机器的壳体上和/或在CNC机器的可打开的屏障中的相机。基于来自由该第一相机产生的图像的信息，控制器或处理器可以引导可移动的第二相机捕获附加图像，可能是从较近的视角。在其中第二相机是安装在CNC机器的可移动头部上的相机的示例中，控制器或处理器可以使可移动头部移动到由第一相机首次成像的特征附近或之上的区域。当安装到可移动头部的相机可以具有更高的分辨率，或者至少可以被定位成更靠近特征时，第二图像可以包括关于特征的更详细的信息，从而允许更精确地确定可移动头部的正确对准以传送额外的电磁能量以进一步改变材料。 [0203] 并行切割和厚度测量 [0204] 本文所描述的用于测量表面150的高度的任何技术可以在切割或雕刻材料140之前或同时执行。例如，发现激光器的距离可以被定向在切割位置处或接近切割位置，以确定切割点处的材料140的厚度。最初在CNC机器100中使用的大多数材料140是平坦的或具有暴露于激光器的平坦表面。然而，如果材料140不平坦或已被部分雕刻并且在表面上具有变化深度的特征，则在执行切割时测量局部厚度可以导致更精确的切割。作为另一个示例，具有内部应力的材料140在切割时可以向上弹起，或者切割件可以从翘曲材料140向下倾斜，改变进行精确切割所需的焦距。在测量点和预期雕刻深度之间有已知的偏移，运动计划可以考虑被雕刻的测量高度，并相应地调整激光输出。可以通过例如移动头部、移动头部中的部件或移动材料140来实现对输出的改变。头部虽然通常限于平行于材料140的平面，但是在一些实施方式中可以垂直移动。头部中的部件也可以移动，例如移动透镜以改变透镜的焦点与材料140之间的距离。材料140还可以通过例如材料进给、材料140的平移或旋转、利用机器人臂操纵材料140等来移动。 [0205] 在另一个实施方式中，还可以在雕刻或切割之后进行厚度的测量，其可用于诊断激光操作中的误差、材料140在切割之前未知的不规则性等。测量可以通过在先前已经被切割或雕刻的位置中获得材料140的厚度测量来执行。虽然在切割之前和/或之后进行厚度测量可能是有利的，但是可以在任何时间获得厚度测量。一旦获得，可以将测量值与运动计划进行比较，以便确定所选择的速度和功率参数是否导致去除期望量的材料140或者在下一次在材料140上通过之前调整运动计划。 [0206] 可变切割深度 [0207] 因为头部160和材料140之间的距离通常是固定的，所以存在可以制造不同深度的切割的有限数量的方式。改变切割深度的三种方法可以是例如(i)改变激光功率，(ii)降低激光器移动的速度，(iii)改变激光的焦距，以及(iv)这些的组合。 [0208] 通过改变激光功率，对于在特定位置处的给定停留时间，切割的深度可以变化。例如，为了简单的近似，如果激光功率加倍，则在给定的时间段内，切割期间可以预期烧蚀材料140的两倍。可能存在使这种简单近似复杂化的因素(例如碎屑、材料140等)。一个复杂因素是随着距离超过焦点功率密度下降，因为较深的材料140远离透镜，并且从而脱焦。 [0209] 激光器的焦距也可以变化，以便在具有变化的高度的表面上提供恒定的或已知的功率密度。可以通过调整头部160内的聚焦光学元件来改变激光器的焦距，以提供由运动计划指定的切割。此外，如上所述，相机可以监视激光器(主切割激光器或次级切割激光器)的光斑尺寸以保持指定的焦距以进行最精确的切割。备选地，相机可以在切割期间监视光斑尺寸作为切割深度的量度。例如，如果知道在焦距处，切割具有一定的深度，那么相机可以监视光斑尺寸以检测光斑尺寸在给定焦距的情况下达到预期尺寸。一旦光斑尺寸是预期尺寸，则就已知切割是部分地由焦距限定的深度。 [0210] 因为激光功率和焦距通常是激光器操作中的独立参数，所以它们可以一起变化以加宽CNC机器100的操作空间。在没有反馈的简单方法中，可以通过将激光聚焦在材料140的表面上使第一次通过雕刻到1mm的深度。然后，可以进行第二次通过，去除另外的1mm，此时将透镜在材料140的新顶部表面处更低地聚焦1mm聚焦。在具有反馈的迭代方法中，可以具有头部160的多次通过，并且在每次通过之后，切割的深度可以由相机测量。然后，CNC机器100可以使用测量的材料变化来计算下一次通过使用的功率变化和焦距设置的组合。可以针对材料类型140、切割时间、激光功率限制等来优化计算。在一个实施方式中，激光的平均功率输出可以被设置为低于预定值。可以改变激光的占空比以提供激光的开或关的交替周期。在一个实施方案中，可以改变激光的占空比以实现期望的平均功率输出。 [0211] 切割验证 [0212] 光学系统可以对切割成像，并将图像与从具有已知材料140性质的材料140上制成的切割预期的图像进行比较。然后可以使用比较来确定激光功率(或其他切割参数)。该比较可以基于图像特征(雕刻的亮度/暗度)、本应该是雕刻的贯通切割等。可以通过切割具有特定形状的图案、对切割成像并将它与预期的图像进行比较来确认对准。可以更新运动计划以校正任何差异，并且可以向需要维护CNC机器100的用户或其他连接的计算系统发送警报。此外，可以使用校准切割来对准光学系统的一个或多个元件。例如，制作预定尺寸的切割图案并调整一个或多个光学元件以确认光学元件的视场符合切割图案。 [0213] 可以基于材料140的成像特征，将切割图案指定为进入材料140的成像部分。指定可以通过用户输入或根据预定义的指令进行。例如，相机可以确定存在于CNC机器100中的一种或多种材料上的分开的材料140s、颜色、纹理等。运动计划可以基于成像特征将切割图案与特定材料140或材料140的一部分相关联。一旦关联，就可以在材料140的识别部分上执行切割图案。这可以允许例如用户指定特定切割仅在材料140的某些颜色部分等上进行。 [0214] 切口测量 [0215] 切割或铣削CNC机器在它们切割时去除一些材料140。被去除的材料140的宽度称为切口。CNC铣床有取决于所用钻头的切口。激光器具有非常小的切口，大约为0.01英寸，但精确的切口取决于激光管、材料140、速度、功率设置、环境以及其他因素。切口的宽度也从切割的顶部变化到底部，因为大多数切割是具有朝向激光的较宽边缘的V形。 [0216] 理解切口的尺寸对于产生精确接合件是至关重要的。例如，要产生标签和插槽，必须将插槽的大小减小到切口数量的一半，并且标签增加相同的数量。备选地，一个可以不变，另一个可以同样多地修改两次。 [0217] 切口可以是不对称的，水平的切口比垂直的切口更宽或更窄。它也可以在切割过程中改变，例如，如果木头中有疙瘩。 [0218] 使用相机来测量切口可以允许产生适当地配合的配合部件，从而能够更容易地构造最终部件并创建否则将不切实际或需要二次紧固件保持在一起的3D结构。 [0219] 为了辅助切口测量，可以使用若干技术。如上所述，相机可以直接在切口上操纵。可以用光照从下方照射切口，目的在于例如使来自材料140下方的光照或者定向光照(例如，在正被测量的位置处指向材料140的下侧的会聚光或者激光)漫射。也可以从下方用相机来测量切口，查看材料140的下侧。当激光穿过材料140时，可以在材料140上方使用补充光照来帮助使其明显起来，或者从激光射出与烟雾颗粒相互作用的光也可以用作照明。 [0220] 在切口测量的一个重要的特殊情况中，相机可以检测材料140未完全切割，并且某些材料140保持-零切口测量。在这种情况下，激光器可以重新访问该区域以确保其完全切割，并且激光功率增加以供将来切割以进行补偿。 [0221] 作为一般技术，可以重新访问区域以修改切口。如果切口变化，则可以在后续路径中移除少量附加材料140以确保其一致。在相关技术中，可以调节光束的焦点以去除切口的下部，从而减小特征化的V形。 [0222] 多色雕刻 [0223] 图21是示出改变切割深度以在多层材料2110中产生颜色图案的图。在一个实施方式中，可以将不同颜色的材料分层并切割到预定深度以暴露特定颜色。例如，可以存在与CMYK颜色模型对应的层，其中层是青色、洋红色、黄色和黑色。通过改变功率、激光曝光的持续时间和聚焦，可以将小切割或者甚至只是光斑制成与多层中的一层对应的规定深度。切割的深度和密度可以在材料140上提供表示任何颜色组合的图案。另外，相机(例如头部相机120)可以监视曝光的颜色，以便验证切割是否处于由运动计划指定的深度。在图17所示的例子中，存在黄色层2120、青色层2130、洋红色层2140和黑色层2150。示出了两个切口，一个露出青色表面，一个露出洋红色表面。可以进行切割以形成点阵图案，以产生在远处看来是连续的颜色混合。可以进行其他切割/雕刻以曝光特定深度的颜色。也可以执行逆过程，其中切割继续直到某一颜色暴露，此时停止切割。这可以提供一种切割到规定深度的方法，但没有事先知道达到规定深度的切割参数(功率、持续时间等)。 [0224] 图22是示出与当前主题的实施方式相一致的方法的特征的处理流程图。在2210，可以经由计算机数控机器的可移动头部输送足以引起至少部分地包含在计算机数控机器的内部空间内的材料的第一变化的电磁能。在2220，使用存在于内部空间内的至少一个摄像机对材料的特征成像，以更新材料的位置，并且在2230，将可移动头部对准以输送足以引起材料的第二变化的电磁能，使得第二变化位于与第一次变化一致的材料上，并具有材料的期望的最终外观。 [0225] 本文描述的主题的一个或多个方面或特征可以实现在数字电子电路、集成电路、特别设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件和/或其组合中。这些各种方面或特征可以包括在一个或多个计算机程序中实现，所述计算机程序可以在可编程系统上执行和/或解释，可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用或通用目的，可编程处理器耦接为从存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备接收数据和指令和向它们发送数据和指令。可编程系统或计算系统可以包括客户端和服务器。一般来说，客户端和服务器彼此远离，并且通常通过通信网络交互。通过运行在各个计算机并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而形成的客户端和服务器的关系。 [0226] 这些计算机程序(也可以称为程序、软件、软件应用、应用、部件或者代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级程序化语言、面向对象编程语言、函数式编程语言、逻辑编程语言和/或以汇编/机器语言来实现。如本文所使用的，术语“机器可读介质”指任何计算机程序制品、装置和/或设备，例如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑器件(PLD)，其用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据，包括将机器指令作为机器可读信号接收的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可以非临时地存储这些机器指令，例如非临时性固态存储器或磁盘硬驱动器或者任何等价存储介质那样。机器可读介质可以替代地或额外地以临时的方式存储这些机器指令，例如处理器缓存或与一个或多个物理处理器核心相关的其他随机存取存储器。 [0227] 为了提供与用户的交互，本文描述的主题的一个或多个方面或特征可以在具有显示设备和键盘和指针设备的计算机上实现，显示设备例如用于为用户显示信息的阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监视器，键盘和指针设备例如鼠标或轨迹球，用户可以通过其为计算机提供输入。其他类型的设备也可以用于提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感知反馈，例如视觉反馈、音频反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以以任何形式被接收，包括但不限于声音、说话或触觉输入。其他可能的输入设备包括但不限于：触摸屏或者其他触觉灵敏的设备，例如单点或多点电阻式或电容式触控板、声音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指向器、数字图像捕获设备以及相关的解释软件及类似设备。 [0228] 在上述说明书以及权利要求中，诸如“至少一个”或“一个或多个”的词组后面可以跟随元件或特征的连接词列表。术语“和/或”也可以出现在两个或多个元件或特征的列表中。除非与其使用的上下文暗示地或明确地矛盾，这种词组用于指独立列出的元件或特征中的任意一个，或者引述的元件或特征中的任意一个与其他引述的元件或特征中的任何一个组合。例如，词组“A和B中的至少一个”，“A和B中的一个或多个”以及“A和/或B”均指“单指A、单指B或A和B一起”。类似地解释也适用于包括三个或更多个项的列表。例如，词组“A、B和C中的至少一个”，“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”均指“单指A、单指B、单指C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或者A和B和C一起”。上文和权利要求中的术语“基于”的使用旨在指“至少部分基于”，从而未引述的特征或元件也是可允许的。 [0229] 根据期望的配置，本文描述的主题可以在系统、装置、方法和/或物品中实施。前述说明书中列出的实施方式不代表与本文描述的主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与描述的主题相关的方面一致的一些实例。尽管上文详细描述了一些变化，但其他改进或添加是可能的。具体地，除了本文列出的特征和变化，可以提供其他特征和/或变化。例如，上文描述的实施方式可以涉及公开的特征的各种组合和子组合和/或上文公开的若干其他特征的组合和子组合。此外，附图中描绘的和/或本文描述的逻辑流程不一定需要所示出的特定顺序或者连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以落入下述权利要求书的范围内。 |
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