- 基于二值化图像转GCode的双向扫描实现
- 什么是双向扫描
- 双向扫描代码示例
基于二值化图像转GCode的双向扫描实现
什么是双向扫描
在激光雕刻中，双向扫描（Bidirectional Scanning）是一种雕刻技术，其中激光头在雕刻过程中沿两个方向来回移动。这种移动方式与单向扫描相反，它允许激光头在刻蚀图像表面时在水平方向上来回移动。
具体而言，双向扫描的过程通常包括以下步骤：
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横向移动（X轴）： 激光头沿X轴方向移动到图像的一侧。
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纵向移动（Y轴）： 激光头沿Y轴方向开始逐行移动，刻蚀图像表面。与单向扫描不同的是，激光头在每一行上都会先沿一个方向移动，然后返回到起始位置。
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反向横向移动： 一旦一行完成，激光头返回到图像的另一侧，准备进行下一行的刻蚀。
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循环重复： 重复以上步骤，直到整个图像都被刻蚀完成。
相比于单向扫描，双向扫描的优势在于激光头在返回时不会处于空闲状态，因为它可以在水平方向上进行反向移动。这可以提高雕刻速度，尤其在对生产效率有要求的情况下，双向扫描是一个更为常见的选择。
选择使用单向还是双向扫描通常取决于激光雕刻机型、雕刻需求以及对生产效率的具体要求。
双向扫描代码示例
#include <optional>
#include <string>
#include <print>
#include <format>
#include <vector>
#include <fstream>
#include <ranges>
struct G0 {
std::optional<float> x, y;
std::optional<int> s;
std::string toString() {
std::string command = "G0";
if(x.has_value()) {
command += std::format(" X{:.3f}", x.value());
}
if(y.has_value()) {
command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());
}
if(s.has_value()) {
command += std::format(" S{:d}", s.value());
}
return command;
}
explicit operator std::string() const {
std::string command = "G0";
if(x.has_value()) {
command += std::format(" X{:.3f}", x.value());
}
if(y.has_value()) {
command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());
}
if(s.has_value()) {
command += std::format(" S{:d}", s.value());
}
return command;
}
};
struct G1 {
std::optional<float> x, y;
std::optional<int> s;
std::string toString() {
std::string command = "G1";
if(x.has_value()) {
command += std::format(" X{:.3f}", x.value());
}
if(y.has_value()) {
command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());
}
if(s.has_value()) {
command += std::format(" S{:d}", s.value());
}
return command;
}
explicit operator std::string() const {
std::string command = "G1";
if(x.has_value()) {
command += std::format(" X{:.3f}", x.value());
}
if(y.has_value()) {
command += std::format(" Y{:.3f}", y.value());
}
if(s.has_value()) {
command += std::format(" S{:d}", s.value());
}
return command;
}
};
inline bool ExportGCode(const std::string &fileName, std::vector<std::string> &&gcode) {
std::fstream file;
file.open(fileName, std::ios_base::out | std::ios_base::trunc);
if(!file.is_open()) {
return false;
}
for(auto &&v: gcode | std::views::transform([](auto item) { return item += "\n"; })) {
file.write(v.c_str(), v.length());
}
return true;
}
int main() {
constexpr int imageWidth = 10;
constexpr int imageHeight = 10;
// clang-format off
// 假设图像数据，0表示非激光刻蚀部分，1表示进行激光刻蚀的区域
constexpr int image[imageWidth][imageHeight] = {
{0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0}, // G0 G1 G1 G1 G0 G1 G1 G1 G0 G0
{1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0},
{1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1},
{0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0},
{1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1},
{0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0},
{1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},
{1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0},
{0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1},
{1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}
};
// clang-format on
std::vector<std::string> command;
for(int y = 0; y < imageHeight; ++y) {
bool isEven = !(y & 1);
int start = isEven ? 0 : imageWidth - 1;
int end = isEven ? imageWidth : -1;
int step = isEven ? 1 : -1;
command.emplace_back(G0 {std::nullopt, y, 0});
for(int x = start; x != end; x += step) {
if(auto const value = image[y][x];value) {
command.emplace_back(G1 {x, std::nullopt, 1000}); // 最大激光功率 S=1000
} else {
command.emplace_back(G0 {x, std::nullopt, 0});
}
}
}
// 导出GCode
ExportGCode("gcode.nc",std::move(command));
std::println("Export data to gcode.nc");
return 0;
}
上述示例展示了一个10x10的二维图像数据，其中0表示非激光刻蚀部分，1表示进行激光刻蚀的区域。通过遍历图像数据，代码生成了相应的G代码指令序列，用于描述激光头在工件表面的运动路径。
