一种遍历连续抛光表面的随机路径生成方法技术

本发明专利技术公开了一种遍历连续抛光表面的随机路径生成方法，首先对加工表面的面形进行建模，并将影响路径密度的路径间距输入到控制界面中，加工表面可以是连续的平面、球面、非球面、离轴非球面和自由曲面，并且该表面中可以包含一个或多个子孔径。根据输入的信息，对加工表面进行网格划分并将节点看成矩阵中的元素，从而可以采用矩阵运算的方法对加工表面进行数值化分析处理。生成路径具有遍历所有表面、无交叉发生的特点，该特点在后期路径与驻留函数的合成中具有很大的优势。本发明专利技术的优点在于能够很容易的生成与加工表面相适应的随机路径，从而可以有效去除加工残留的重复性信息。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，首先对加工表面的面形进行建模，并将影响路径密度的路径间距输入到控制界面中，加工表面可以是连续的平面、球面、非球面、离轴非球面和自由曲面，并且该表面中可以包含一个或多个子孔径。根据输入的信息，对加工表面进行网格划分并将节点看成矩阵中的元素，从而可以采用矩阵运算的方法对加工表面进行数值化分析处理。生成路径具有遍历所有表面、无交叉发生的特点，该特点在后期路径与驻留函数的合成中具有很大的优势。本专利技术的优点在于能够很容易的生成与加工表面相适应的随机路径，从而可以有效去除加工残留的重复性信息。【专利说明】
本专利技术涉及智能控制、自动加工、精密加工等
，特别是。
技术介绍
在现有的机械加工中，对于简单的加工表面，比如平面、球面、柱面，通常采用栅格路径或者螺旋路径的走刀方式来实现加工面形的形成。在以往的加工中，特别是对于精密、超精密加工而言，已经认识到周期性的走刀方式，在加工表面会留下周期性残留误差。为了克服这一缺陷，对于具有回转轴的加工表面或球面，通常的做法是工件绕自己的对称中心轴进行转动，加工工具在工件表面执行加工的同时进行自转，从而在工件表面形成利萨茹(Lissajous)曲线。显然，不管是对于传统表面加工还是现代化的自动加工，随机性甚至伪随机性对于提高加工表面质量都很重要。但是，对于非球面、离轴面、自由表面等复杂表面，现有的方法并不能应用。非球面，即与球面有偏离的表面，近二三十年来在光学系统中得到越来越广泛的应用。这首先是由于近代科学与技术的发展，要求光学系统的应用向可见光波段的两端，即红外与紫外延伸，而透红外及紫外光的材料制造较困难，品种又少，其中尺寸大的更难解决，在极紫外(XUV)波段则根本没有投射材料。若不采用反射光学系统并依靠非球面来消像差，则无法克服这些困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供，有效克服传统加工路径在表面留下重复性信息的缺陷。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:，该方法为:，其特征在于，该方法为: 1)使用MATLAB中的GUI模块创建加工面形定义界面，根据加工面形定义界面显示的加工面形表达公式图片，输入确定加工面形所需要的参数，MATLAB根据所述参数生成加工面形的数学模型； 2)利用加工用的抛光头和加工中用到的工艺参数对加工对象进行试加工试验，对抛光头在加工对象表面上残留的抛光痕迹进行检测，从而获得当前加工条件下的材料去除函数； 3)使用MATLAB中的GUI模块创建路径设置界面，根据上述步骤2)得到的去除函数及加工面形确定抛光路径间距，并将该路径间距数据输入到路径设置界面上的输入控件内； 4)对加工面形进行四边形网格划分，所述四边形网格边长与步骤3)中确定的路径间距相同；对加工面形上网格划分所生成的节点按空间位置编排成表面二维网格，将表面二维网格上的节点看成矩阵中的元素，得到映射矩阵，所述映射矩阵包含表面二维网格上的所有节点，将所述映射矩阵上与加工面形上四边形网格节点对应的元素设置为零，其余的元素设置为其它的特定值； 5)利用MATLAB自带的生成随机数的功能生成随机因子； 6)求解一级引导路径:将映射平面矩阵上某一元素确定为起始点，然后根据上述步骤5)生成的随机因子判断路径走向:映射平面矩阵上被路径经过的元素给一特定的编号，从而记录下路径轨迹，映射平面矩阵中，路径轨迹每选择一个元素都分配一个方向判断矩阵，判断路径走向，防止路径的交叉；当映射平面矩阵中的元素未被全部遍历而路径端点出现无走向可选的情况时，则沿已走路径轨迹回滚到该路径端点的前一端点，再次判断路径走向，直到回滚到有走向可选的元素，一直到映射矩阵中的所有元素分配到相应的轨迹编号，得到一条一级引导路径； 7)对一级引导路径进行评价=MATLAB运算箱根据一级引导路径无交叉、无重叠的原贝U，根据平面路径的交叉判断准则自动检测引导路径是否有交叉缺陷。8)生成二级包围路径:根据沿一级引导路径单侧走向就可以包围一级引导路径的原则，利用MATLAB生成包围一级引导路径的一笔画无交叉路径。本专利技术中，加工面形可以是连续的平面、球面、非球面、离轴非球面和自由曲面，并且加工面形中可以包含一个或多个子孔径。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为:通过在表面加工中采用本专利技术的随机路径可以有效地避免加工表面加工残留重复性信息。本专利技术的随机路径可以应用到任何连续加工表面的情况下，而且依据步骤3和步骤4中的介绍可以知道路径的密度可以改变，每次运行程序都将生成完全不同的随机路径，由于该路径从不会发生交叉，从而可以和驻留时间结合起来一起执行纠正抛光，根据映射平面矩阵上一笔画无交叉路径生成的编号自动生成随机路径的数控代码，再以数控方式控制抛光头的抛光路径，并依该路径进行抛光加工，有效地避免了传统加工路径在表面留下重复性信息的缺陷。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术一实施例路径生成系统规划结构图； 图2为本专利技术一实施例为加工面形定义输入界面； 图3为本专利技术一实施例路径设置窗口 ； 图4为本专利技术一实施例圆形一级引导路径； 图5为本专利技术一实施例不同路径密度的一笔画随机路径；图5 (a)为一种路径密度的一笔画随机路径图；图5 (b)为另一种路径密度的一笔画随机路径图； 图6为本专利技术一实施例不同抛光表面形状的随机路径；图6 (a)为随机路径一种抛光表面形状的随机路径；图6 (b)为另一种抛光表面形状的随机路径； 图7为表面微光形貌的轮廓图； 图8为栅格路径的轨迹示意图； 图9为随机路径的轨迹示意图； 图10为采用栅格路径对表面进行加工后的表面微观形貌； 图11为采用随机路径对表面进行加工后的表面微观形貌； 图12为不同加工路径生成表面的表面粗糙度值分布图一； 图13为不同加工路径生成表面的表面粗糙度值分布图二 ； 图14为米用表面轮廓仪提取到的表面微观轮廓形貌图一； 图15为采用表面轮廓仪提取到的表面微观轮廓形貌图二 ； 图16为表面微观轮廓PSD分析后的结果图。【具体实施方式】本专利技术方法的具体步骤如下: 1)使用MATLAB中的GUI模块创建加工面形定义界面(见图2)，在加工面形定义界面中会显示加工球面面形或非球面面形的通用数学表达式，并在加工面形定义界面中设置了表达式中各参数的输入框控件。在实际应用中，根据需要加工对象面形的数学表达式，在加工面形定义界面的输入框中输入确定面形的参数。点击Generation-Profile,MATLAB运算箱会根据输入参数生成加工表面数学模型:加工表面数学模型可以是加工目标面形或者是经过补偿处理后的表面面形； 2)在实际应用中，首先采用加工用的抛光头和实际加工中用到的工艺参数对加工对象进行试加工试验，对抛光头在加工对象表面上残留的抛光痕迹进行检测，从而获得当前加工条件下的材料去除函数； 3)使用MATLAB中的GUI模块创建路径设置界面(见图3)，根据抛光所使用抛光头生成的去除函数及加工表面面形确定抛光路径间距，并将抛光路径间距数据输入到路径设置界面上的输入控件内。点击RUN，输入控件中的输入参数和步骤I中生成的加工面形数学模型会一起进入MATLAB运算箱中进行随机路径的生成运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遍历连续抛光表面的随机路径生成方法，其特征在于，该方法为：1）使用MATLAB中的GUI模块创建加工面形定义界面，根据加工面形定义界面显示的加工面形表达公式图片，输入确定加工面形所需要的参数，MATLAB根据所述参数生成加工面形的数学模型；2）利用加工用的抛光头和加工中用到的工艺参数对加工对象进行试加工试验，对抛光头在加工对象表面上残留的抛光痕迹进行检测，从而获得当前加工条件下的材料去除函数；3）使用MATLAB中的GUI模块创建路径设置界面，根据上述步骤2）得到的去除函数及加工面形确定抛光路径间距；4）对加工面形进行四边形网格划分，所述四边形网格边长与步骤3）中确定的路径间距相同；对加工面形上网格划分所生成的节点按空间位置编排成表面二维网格，将表面二维网格上的节点看成矩阵中的元素，得到映射矩阵，所述映射矩阵包含表面二维网格上的所有节点，将所述映射矩阵上与加工面形上四边形网格节点对应的元素设置为零，其余的元素设置为其它的特定值；5）利用MATLAB生成随机因子；6）求解一级引导路径：自动将映射平面矩阵上某一元素确定为起始点，然后根据上述步骤5）生成的随机因子判断路径走向：映射平面矩阵上被路径经过的元素给一特定的编号，从而记录下路径轨迹，映射平面矩阵中，路径轨迹每选择一个元素都分配一个方向判断矩阵，判断路径走向，防止路径的交叉；当映射平面矩阵中的元素未被全部遍历而路径端点出现无走向可选的情况时，则沿已走路径轨迹回滚到该路径端点的前一端点，再次判断路径走向，直到回滚到有走向可选的元素，一直到映射矩阵中的所有元素分配到相应的轨迹编号，得到一条一级引导路径；7）对一级引导路径进行评价：MATLAB根据路径不交叉、不重叠的原则，检测上述所有一级引导路径是否有交叉缺陷；8）生成二级包围路径：根据沿一级引导路径单侧走向就可以包围一级引导路径的原则，利用MATLAB生成包围一级引导路径的一笔画无交叉路径。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金滩，郭宗福，李平，尚振涛，易军，吴耀，谢桂芝，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43