基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其中，所述的方法包括分别获取加工工件的轮廓曲线以及数控系统中预置刀路的轮廓曲线；对所述的加工工件的轮廓曲线以及所述的预置刀路的轮廓曲线进行离散化处理，并获取对应的点列，分别通过轮廓曲线匹配算法对所述的轮廓曲线以及数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行粗匹配和精匹配，确定两个轮廓曲线相对应的偏移角度及偏移距离，以所述的偏移角度及偏移距离为依据，将所述的预置刀路进行调整，使得两个轮廓曲线相重合。采用该种方法通过2次匹配即减少了计算量，提高了匹配的速度；又保证了匹配的精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法
本专利技术涉及数控加工
，尤其涉及加工工件的轮廓曲线与数控系统中预置刀路的轮廓曲线位置匹配的
，具体是指一种基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法。
技术介绍
数控加工中经常遇到对加工工件进行定位的问题，定位方式可以通过接触式—探针进行工件表面或边界的点的获取，也有通过CCD(拍照)或测距传感器进行非接触式的边界轮廓的数据获取，但是这些获取到的数据会如下一些问题：工件轮廓复杂，并非简单的多边形；获取的数据有噪声，需要从带噪声的数据中进行数据处理，定位方式无法兼顾准确性及简便性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种定位准确性高，实施方便的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法。为了实现上述目的，本专利技术的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法如下：该基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其主要特点是，(1)分别获取加工工件的轮廓曲线以及数控系统中预置刀路的轮廓曲线；(2)分别对所述的加工工件的轮廓曲线以及所述的预置刀路的轮廓曲线进行离散化处理，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj中均包括数量相等的第一预置数量的采样点；(3)根据采集到的所述的第一点列Qi以及所述的第二点列Pj，运用轮廓曲线匹配算法，计算得到：以所述的第一点列Qi为标准点列，所述的第二点列Pj的初始偏移角度θs及初始偏移距离，并通过迭代法及最小二乘法确定所述的第一点列Qi中的采样点与所述的第二点列Pj中的采样点的对应关系，确定在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点Q1对应的采样点Pk，即对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行粗匹配；(4)再次对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线上的离散点进行采集，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列中均包括数量相等的第二预置数量的采样点，且第二预置数量大于第一预置数量；(5)对所述的加工工件的轮廓曲线和数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行精匹配，根据在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点对应的采样点Pk以及所述的初始偏移角度θs构造待选角度序列以及待选脚标序列，遍历所述的待选角度序列中的待选角度以及待选脚标序列中待选脚标所对应的采集点，并运用最小二乘法进行计算，确定：以所述的第三点列为标准点列，所述的第四点列的偏移角度及偏移距离，确定所述的第三点列中的采样点与所述的第四点列中的采样点的对应关系；(6)将所述的预置刀路旋转所述的偏移角度，并将所述的预置刀路平移所述的偏移距离，使得所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线相重合。较佳地，所述的步骤(2)具体可以包括以下步骤：(21a)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据预设的采样个数n，对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n；(22a)计算所述的预置刀路的轮廓曲线整体周长，根据预设的采样个数n，对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n。较佳地，所述的步骤(2)具体也可以包括以下步骤：(21b)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据预设的第一间隔距离，对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n；(22b)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据所述的预设的第一间隔距离，对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n。较佳地，所述的步骤(2)具体还可以包括以下步骤：(21)对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，并计算出采样得到的与所述的加工工件的轮廓曲线对应的点列的第一重心；(22)以所述的第一重心作为射线的起点，向所述的加工工件的轮廓曲线方向共作第一预置数量根射线，各个相邻射线之间形成的夹角均相等，各个所述的射线与所述的加工工件的轮廓曲线形成的交点均为所述的第一点列Qi中的采样点，上述的各个交点共同构成所述的第一点列Qi；(23)对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，并计算出采样得到的与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的点列的第二重心；(24)以所述的第二重心作为射线的起点，向所述的预置刀路的轮廓曲线方向共作第一预置数量根射线，各个相邻射线之间形成的夹角均相等，各个所述的射线与所述的预置刀路的轮廓曲线形成的交点均为所述的第二点列Pj中的采样点，上述的各个交点共同构成所述的第二点列Pj。较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：(31)令所述的第二点列Pj，通过平移和旋转后构成新的第二点列新的第二点列与所述的第一点列Qi的旋转角度与位置，在粗匹配情况下相同，所述的新的第二点列如下：其中，T为构建的旋转矩阵，B为构建的平移矩阵，为第二点列中的采样点Pj在横轴上的坐标点，为第二点列中的采样点Pj在纵轴上的坐标，所述的构建的旋转矩阵T与所述的构建的平移矩阵B具体如下所示：；(32)建立目标函数F：(33)运用迭代法将所述的第二点列Pj中的采样点逐一与所述的第一点列Qi中的初始采样点进行匹配，并采用最小二乘法对所述的目标函数F求解，找到迭代过程中求得的所有所述的目标函数F的解中最小的一个，确定代入过程中能得到最小的所述的目标函数F的解所对应的所述的第二点列Pj中的采样点Pk即为与所述的第一点列Qi中的初始的采样点Q1对应的点，即确定所述的第一点列Qi中的采样点与所述的第二点列Pj中的采样点的对应关系；并在粗匹配情况，计算得到构建的旋转矩阵T与平移矩阵B的值，确定以所述的第一点列Qi为标准点列，所述的第二点列Pj的初始偏移角度θs及初始偏移距离。更佳地，所述的构建的旋转矩阵T中：更佳地，所述的步骤(33)具体包括以下步骤：(331)选取一个所述的第二点列Pj中的采样点与所述的第一点列Qi中的初始采样点Q1进行匹配；(332)通过最小二乘法，将求所述的目标函数F的解等价于求解如下线性方程：其中：其中，为当前选取的所述的第二点列Pj中的采样点在横轴对应的位置，为当前选取的所述的第二点列Pj中的采样点在纵轴对应的位置；(333)求取当前所述的目标函数F的解，其中，当前所述的第二点列Pj中的采样点与所述的第一点列Qi中的初始采样点Q1进行匹配时，通过下述公式计算得到当前所述的初始偏移角度θ：当所述的构建的旋转矩阵T中的t2≤0时，当前所述的初始偏移角度θ如下：当所述的构建的旋转矩阵T中的t2＞0时，当前所述的初始偏移角度θ如下：(334)判断是否已将所述的第二点列Pj中所有的采样点与所述的第一点列Qi中的初始采样点Q1进行匹配；(335)若已将所述的第二点列Pj中所有的采样点与所述的第一点列Qi中的初始采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)分别获取加工工件的轮廓曲线以及数控系统中预置刀路的轮廓曲线；(2)分别对所述的加工工件的轮廓曲线以及所述的预置刀路的轮廓曲线进行离散化处理，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj中均包括数量相等的第一预置数量的采样点；(3)根据采集到的所述的第一点列Qi以及所述的第二点列Pj，运用轮廓曲线匹配算法，计算得到：以所述的第一点列Qi为标准点列，所述的第二点列Pj的初始偏移角度θs及初始偏移距离，并通过迭代法及最小二乘法确定所述的第一点列Qi中的采样点与所述的第二点列Pj中的采样点的对应关系，确定在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点Q1对应的采样点Pk，即对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行粗匹配；(4)再次对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线上的离散点进行采集，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列中均包括数量相等的第二预置数量的采样点，且第二预置数量大于第一预置数量；(5)对所述的加工工件的轮廓曲线和数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行精匹配，根据在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点对应的采样点Pk以及所述的初始偏移角度θs构造待选角度序列以及待选脚标序列，遍历所述的待选角度序列中的待选角度以及待选脚标序列中待选脚标所对应的采集点，并运用最小二乘法进行计算，确定：以所述的第三点列为标准点列，所述的第四点列的偏移角度及偏移距离，确定所述的第三点列中的采样点与所述的第四点列中的采样点的对应关系；(6)将所述的预置刀路旋转所述的偏移角度，并将所述的预置刀路平移所述的偏移距离，使得所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线相重合。...

【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)分别获取加工工件的轮廓曲线以及数控系统中预置刀路的轮廓曲线；(2)分别对所述的加工工件的轮廓曲线以及所述的预置刀路的轮廓曲线进行离散化处理，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第一点列Qi中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第二点列Pj中均包括数量相等的第一预置数量的采样点；(3)根据采集到的所述的第一点列Qi以及所述的第二点列Pj，运用轮廓曲线匹配算法，计算得到：以所述的第一点列Qi为标准点列，所述的第二点列Pj的初始偏移角度θs及初始偏移距离，并通过迭代法及最小二乘法确定所述的第一点列Qi中的采样点与所述的第二点列Pj中的采样点的对应关系，确定在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点Q1对应的采样点Pk，即对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行粗匹配；(4)再次对所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线上的离散点进行采集，均匀的采集所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列以及所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列，其中，所述的加工工件的轮廓曲线对应的第三点列中与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的第四点列中均包括数量相等的第二预置数量的采样点，且第二预置数量大于第一预置数量；(5)对所述的加工工件的轮廓曲线和数控系统中预置刀路的轮廓曲线进行精匹配，根据在所述的第二点列Pj中与所述的第一点列Qi中的初始的采样点对应的采样点Pk以及所述的初始偏移角度θs构造待选角度序列以及待选脚标序列，遍历所述的待选角度序列中的待选角度以及待选脚标序列中待选脚标所对应的采集点，并运用最小二乘法进行计算，确定：以所述的第三点列为标准点列，所述的第四点列的偏移角度及偏移距离，确定所述的第三点列中的采样点与所述的第四点列中的采样点的对应关系；(6)将所述的预置刀路旋转所述的偏移角度，并将所述的预置刀路平移所述的偏移距离，使得所述的加工工件的轮廓曲线与所述的预置刀路的轮廓曲线相重合。2.根据权利要求1所述的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：(21a)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据预设的采样个数n，对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n；(22a)计算所述的预置刀路的轮廓曲线整体周长，根据预设的采样个数n，对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n。3.根据权利要求1所述的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：(21b)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据预设的第一间隔距离，对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第一点列Qi，其中，i＝1，2，…，n；(22b)计算所述的加工工件的轮廓曲线整体周长，根据所述的预设的第一间隔距离，对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，得到所述的第二点列Pj，其中j＝1，2，…，n。4.根据权利要求1所述的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：(21)对所述的加工工件的轮廓曲线进行等间距采样，并计算出采样得到的与所述的加工工件的轮廓曲线对应的点列的第一重心；(22)以所述的第一重心作为射线的起点，向所述的加工工件的轮廓曲线方向共作第一预置数量根射线，各个相邻射线之间形成的夹角均相等，各个所述的射线与所述的加工工件的轮廓曲线形成的交点均为所述的第一点列Qi中的采样点，上述的各个交点共同构成所述的第一点列Qi；(23)对所述的预置刀路的轮廓曲线进行等间距采样，并计算出采样得到的与所述的预置刀路的轮廓曲线对应的点列的第二重心；(24)以所述的第二重心作为射线的起点，向所述的预置刀路的轮廓曲线方向共作第一预置数量根射线，各个相邻射线之间形成的夹角均相等，各个所述的射线与所述的预置刀路的轮廓曲线形成的交点均为所述的第二点列Pj中的采样点，上述的各个交点共同构成所述的第二点列Pj。5.根据权利要求1所述的基于轮廓曲线匹配算法实现数控系统工件定位匹配的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：(31)令所述的第二点列Pj，通过平移和旋转后构成新的第二点列新的第二点列与所述的第一点列Qi的旋转角度与位置，在粗匹配情况下相同，所述的新的第二点列如下：其中，T为构建的旋转矩阵，B为构建的平移矩阵，为第二点列中的采样点Pj在横轴上的坐标点，为第二点列中的采样点Pj在纵轴上的坐标，所述的构建的旋转矩阵T与所述的构建的平移矩阵B具体如下所示：(32)建立目标函数F：(33)运用迭代法将所述的第二点列Pj中的采样点逐一与所述的第一点列Qi中的初始采样点进行匹配，并采用最小二乘法对所述的目标函数F求解，找到迭代过程中求得的所有所述的目标函数F的解中最小的一个，确定代入过程中能得到最小的所述的目标函数F的解所对应的所述的第二点列Pj中的采样点Pk即为与所述的第一点列Qi中的初始的采样点Q1对应的点，即确定所述的第一点列Qi中的采样点与所述的第二点列Pj中的采样点的对应关系；并在粗匹配情况，计算得到构建的旋转矩阵T与平移矩阵B的值，确定以所述的第一点列Qi为标准点列，所述的第二点列Pj的初始偏移角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉财，易珺，李清涛，薛爱军，
申请(专利权)人：上海维宏电子科技股份有限公司，上海维宏智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31