多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法及系统，属于五轴测量领域，该方法包括：生成多孔自由曲面中的骨架线，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线；由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线；根据各区域内测针尖端的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹，可以实现高效的测量轨迹。

Path planning method and system for continuous scanning measurement of porous free-form surface

【技术实现步骤摘要】
多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法及系统
本专利技术属于五轴测量领域，更具体地，涉及一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法及系统。
技术介绍
五轴测量技术基于先进的测座、传感器和控制技术，测量速度和灵活性无与伦比。同时避免了传统技术自身速度和精确性不可兼得的内在缺点。它不仅提高测量效率，最大程度上缩短生产前置时间，还可以让制造商更全面地评估自己产品的质量。现阶段的五轴测量技术主要分为以下步骤：(1)曲面分区；(2)生成导向曲线；(3)生成测头旋转的运动轨迹曲线；(4)生成测针针尖的名义扫描轨迹；(5)生成测针针尖的实际扫描轨迹。现阶段运用五轴测量技术测量多孔自由曲面时的问题如下：测量策略是先按照传统的五轴测量轨迹规划的方法对整个表面作轨迹规划，之后裁剪掉每个小孔区域上的测量轨迹，如此一来扫描测量轨迹曲线就会断断续续。为了避免在测量时探针与小孔边缘相撞，探针在实际测量过程中必须通过抬起、落下操作来规避这些孔，这些操作会消耗大量的不必要的时间。因此，测量工作的连续性和稳定性受到干扰，测量效率大大降低。总而言之，孔的存在对曲面测量的连续性、稳定性及效率等方面有着极大的负面作用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法及系统，由此解决现有的五轴测量技术在应用于多孔自由曲面时，轨迹规划复杂，且不能实现高效的测量轨迹的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法，包括：(1)生成多孔自由曲面中的骨架线，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；(2)由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线，其中，测针尖端的名义扫描轨迹曲线表示测针尖端实际扫描轨迹的参考曲线；(3)根据各区域内测针尖端的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹。优选地，步骤(1)包括：(1.1)依据被测表面的边界特征对被测表面进行骨架提取操作，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；(1.2)抽象出各条骨架线的特征，以使各条骨架线的特征均成为一个带权无向图，并实现各无向图至欧拉图的转化；(1.3)求出各欧拉图的欧拉环游，得出所有骨架线的连续遍历顺序，将所有骨架线的连续遍历顺序作为导向曲线的测量顺序；(1.4)根据导向曲线的测量顺序生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线。优选地，步骤(1.4)包括：对于任一条导向曲线，对该导向曲线离散为若干点，对于该导向曲线上的每一个离散点，根据测针的长度和接触角的大小得到目标点的坐标，依次连接每个目标点得到该导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线。优选地，由得到所述目标点，其中，xci，yci，zci表示目标点ci点的坐标值，xpi，ypi，Zpi表示导向曲线上任一离散点pi点的坐标值，fx，fy，fz表示导向曲线在pi点处的切向量f，nx，ny，nz表示导向曲面上pi点处的单位法向量n，kx，ky，kz表示pi点的f、n向量的叉乘向量k，L表示测针尖端中心点到测头中心点的距离，θi表示测针尖端中心点在测量点处的前倾角，αi表示测针尖端中心点在测量点处的侧倾角。优选地，采用侧倾角线性插补确定相邻两条导向曲线所对应的测头中心点的运动轨迹曲线之间的过度。优选地，以a1/2为起始点的侧倾角，以a2/2为终止点的侧倾角，对中间点侧倾角进行线性插补，以使得相邻两条测头中心点的运动轨迹曲线之间无任何间隔，其中，a1表示在导向曲线测量顺序中测头中心点的运动轨迹曲线对应的骨架线起点处的切线与其上一条骨架线的终点处切线的夹角，a2表示在导向曲线测量顺序中测头中心点的运动轨迹曲线对应的骨架线终点处的切线与其下一条骨架线的起点处切线的夹角。优选地，在步骤(2)中，由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，包括：取测头中心点的运动轨迹曲线上的任一点为起始点，以起始点为球心探针长度为半径作球，并将该球与被测量表面求交，得到两条交线；从两条交线中，取与探针位置以及测头运动方向相匹配的交线作为测针尖端的名义扫描轨迹曲线；以预设弓高误差对测针尖端的名义扫描轨迹曲线进行离散，对每一个离散点，在该离散点的切向量与法向量的叉乘向量对应的方向上进行偏置；对每一个偏置后的点，以该点为球心，探针长度为半径作球，求取球与测头中心点的运动轨迹曲线的交点，取所有交点中距离起始点最近的点作为下一个起始点，重复以上操作，直至测针尖端的名义扫描轨迹曲线将被测量区域覆盖。优选地，在步骤(2)中，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线，包括：按预设精度将测头中心点的运动轨迹曲线上的曲线段离散为一系列点集；对每一个离散点，以该离散点为球心，探针长度为半径作球，求取该球与被测曲面的交线，其中，该交线为该离散点所对应的被测曲面上的名义扫描轨迹；寻找每一条交线上，对应于该离散点的目标点，将该离散点对应的名义扫描轨迹与对应区域的两个边界的交点及所有目标点相连得到测针尖端的实际扫描轨迹曲线。为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划系统，包括：测头中心点轨迹确定模块，用于生成多孔自由曲面中的骨架线，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；测针尖端轨迹确定模块，用于由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线，其中，测针尖端的名义扫描轨迹曲线表示测针尖端实际扫描轨迹的参考曲线；扫描测量轨迹确定模块，用于根据各区域内测针尖端的的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术首先通过骨架线生成导向曲线，再由导向曲线得到运动轨迹曲线，然后由运动轨迹曲线生成测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成测针尖端的实际扫描轨迹曲线，最后根据测针尖端的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法，其特征在于，包括：/n(1)生成多孔自由曲面中的骨架线，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；/n(2)由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线，其中，测针尖端的名义扫描轨迹曲线表示测针尖端实际扫描轨迹的参考曲线；/n(3)根据各区域内测针尖端的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔自由曲面连续式扫描测量轨迹规划方法，其特征在于，包括：
(1)生成多孔自由曲面中的骨架线，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；
(2)由测头中心点的各运动轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线，由每个区域对应的测针尖端的名义扫描轨迹曲线生成每个区域对应的测针尖端的实际扫描轨迹曲线，其中，测针尖端的名义扫描轨迹曲线表示测针尖端实际扫描轨迹的参考曲线；
(3)根据各区域内测针尖端的实际扫描轨迹曲线，采用预设测量顺序将所有区域的测针尖端的的实际扫描轨迹曲线串联起来，得到整个多孔曲面的连续式扫描测量轨迹。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：
(1.1)依据被测表面的边界特征对被测表面进行骨架提取操作，将所得的各条骨架线作为测量轨迹规划过程中的导向曲线，其中，每条骨架线均对应多孔自由曲面中的一个区域；
(1.2)抽象出各条骨架线的特征，以使各条骨架线的特征均成为一个带权无向图，并实现各无向图至欧拉图的转化；
(1.3)求出各欧拉图的欧拉环游，得出所有骨架线的连续遍历顺序，将所有骨架线的连续遍历顺序作为导向曲线的测量顺序；
(1.4)根据导向曲线的测量顺序生成与各条导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1.4)包括：
对于任一条导向曲线，对该导向曲线离散为若干点，对于该导向曲线上的每一个离散点，根据测针的长度和接触角的大小得到目标点的坐标，依次连接每个目标点得到该导向曲线对应的测头中心点的运动轨迹曲线。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由



得到所述目标点，其中，xci,yci,zci表示目标点ci点的坐标值，xpi,ypi,zpi表示导向曲线上任一离散点pi点的坐标值，fx,fy,fz表示导向曲线在pi点处的切向量f，nx,ny,nz表示导向曲面上pi点处的单位法向量n，kx,ky,kz表示pi点的f、n向量的叉乘向量k，L表示测针尖端中心点到测头中心点的距离，θi表示测针尖端中心点在测量点处的前倾角，αi表示测针尖端中心点在测量点处的侧倾角。


5.根据权利要1至4任意一项所述的方法，其特征在于，采用侧倾角线性插补确定相邻两条导向曲线所对应的测头中心点的运动轨迹曲线之间的过度。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以a1/2为起始点的侧倾角，以a2/2为终止点的侧倾角，对中间点侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏程，刘青松，韩振炜，陈吉红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42