一种基于NURBS的小线段加工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NURBS的小线段加工方法，涉及自动化控制技术领域，通过对小线段采用全局逼近算法进行NURBS曲线拟合，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，解决了小线段数量大而处理复杂、加工时频繁启停的问题，进而提高加工速度；将拟合的NURBS曲线采用基于S曲线的加减速算法进行速度规划，利用泰勒算法进行插补运算，对计算的进给速度进行处理，利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度来代替初始时刻的速度，减少了离散后的速度误差，平滑各轴的运动速度，提高插补精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NURBS的小线段加工方法
本专利技术涉及自动化控制控制
，尤其是一种基于NURBS的小线段加工方法。
技术介绍
数控加工的刀具轨迹大多数是自由曲线且形状复杂，传统加工方式是通过CAM软件处理得到大量微小线段轨迹点，然后调用直线圆弧指令进行加工(如一种适用于数控装置刀具的小线段的速度曲线规划方法，公开号：CN108303952A)，但是由于需要频繁启停，引起起床震动，导致加工效率低和加工质量差等问题。由于NURBS(non-uniformrationalB-spline)曲线能够精确的表示自由曲线或曲面，可极大的提高零件加工质量和效率，(如一种基于NURBS的空间自由曲线拟合方法，公开号：CN106959666A；如数控系统、具有存储功能的装置及NURBS曲线插补方法，公开号：CN109416529A)。小线段有大量的数据点，但是不对小线段进行区分，中间夹杂的有些直线段不需要进行拟合，拟合后反而会增大速度误差；而NURBS曲线插补的速度不处理直接使用可能会增大离散化后的速度误差。鉴于上述情况，急需一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于NURBS的小线段加工方法，通过对小线段采用全局逼近算法进行NURBS曲线拟合，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，解决了小线段数量大而处理复杂、加工时频繁启停的问题，进而提高加工速度；将拟合的NURBS曲线采用基于S曲线的加减速算法进行速度规划，利用泰勒算法进行插补运算，对计算的进给速度进行处理，利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度来代替初始时刻的速度，减少了离散后的速度误差，平滑各轴的运动速度，提高插补精度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于NURBS的小线段加工方法，包括如下步骤：步骤(1)获取小线段点的位置信息数据，通过特征分段，得到微小线段；步骤(2)采用全局逼近算法对步骤(1)中的所述微小线段进行NURBS曲线拟合，得NURBS曲线；步骤(3)通过曲率极大值点对所述NURBS曲线进行分段，并计算所述曲率极大值点对应的速度约束值；步骤(4)通过自适应辛普森算法求解步骤(3)中每段所述NURBS曲线的弧长，并对所述速度约束值进行前瞻验证；步骤(5)根据步骤(4)中的所述弧长和前瞻验证后的速度约束值，通过S曲线加减速规划，获得进给速度的连续曲线；利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度代替初始速度，得到单个插补周期的速度，并利用泰勒算法继续计算下一个插补点的位置，并继续下一步骤。步骤(6)判断本段曲线是否是最后一个插补段；若不是则返回步骤(5)操作下一段曲线；若是，则结束。优选的，所述步骤(1)具体为：获取小线段点位置信息数据，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，先设置相邻线段之间的角度变化最大阈值，和最大长度阈值分类，将小线段点分为两类：长直线段和待拟合的曲线，所述待拟合的曲线即为微小线段。优选的，所述步骤(2)具体为：设定微小线段数据点为Q0，Q1，…Qm，将权值ωi固定为1，使用弦长参数化方法计算数据点的参数值Pi为控制点，n为控制点数，m＞n，Ni，p(u)为p次B样条基函数，则所述NURBS曲线的表达式为：利用弦长参数化计算可得离散点的弦长d，由此可计算得到参数值由参数值可求得节点矢量ui；由最小二乘曲线逼近法使数据点在最小二乘的意义下被逼近，可求出各控制点值P，对于刀位偏差和弓高误差若不满足要求，则需要对拟合曲线进行调整；得到控制点后需先判断刀位偏差是否小于设定值，若不小于，则需要增加控制点或次数重新求取节点矢量直到满足要求，刀位偏差满足要求后需判断弓高误差是否小于设定值，若不小于，则需要插入节点矢量来减小弓高误差，最后可求得微小线段点拟合的NURBS曲线。优选的，所述步骤(3)具体为：计算参数值处的曲率k(ui)，由曲率可计算曲率极大值处的参数值，并在极大值处进行分段得到节点矢量[Uk_i，Uk_i+1]，k表示第k条NURBS曲线，i表示第k条NURBS曲线的第i段。有益效果本专利技术所提供的一种基于NURBS的小线段加工方法，通过对小线段采用全局逼近算法进行NURBS曲线拟合，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，解决了小线段数量大而处理复杂、加工时频繁启停的问题，进而提升了速度曲线的平滑性和加工速度；将拟合的NURBS曲线采用基于S曲线的加减速算法进行速度规划，利用泰勒算法进行插补运算，对计算的进给速度进行处理，利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度来代替初始时刻的速度，减少了离散后的速度误差，平滑各轴的运动速度，有效提高了插补精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术所述一种基于NURBS的小线段加工方法的流程图；图2为本专利技术所述一种基于NURBS的小线段加工方法的NURBS曲线拟合流程图；图3为本专利技术所述一种基于NURBS的小线段加工方法的NURBS曲线拟合插补仿真图；图4为本专利技术所述一种基于NURBS的小线段加工方法的速度时间仿真图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种基于NURBS的小线段加工方法，包括如下步骤：步骤(1)获取小线段点的位置信息数据，通过特征分段，得到微小线段；步骤(2)采用全局逼近算法对步骤(1)中的所述微小线段进行NURBS曲线拟合，得NURBS曲线；步骤(3)通过曲率极大值点对所述NURBS曲线进行分段，并计算所述曲率极大值点对应的速度约束值；步骤(4)通过自适应辛普森算法求解步骤(3)中每段所述NURBS曲线的弧长，并对所述速度约束值进行前瞻验证；步骤(5)通过S曲线加减速规划，获得进给速度的连续曲线；利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度代替初始速度，得到单个插补周期的速度，并利用泰勒算法继续计算下一个插补点的位置，并继续下一步骤。步骤(6)判断本段曲线是否是最后一个插补段；若不是则返回步骤(5)操作下一段曲线；若是，则结束。具体的，所述步骤(1)具体为：获取小线段点位置信息数据，将数据点中不需要NURBS拟合的数据冗余点过滤除去，进行特征分段，先设置相邻线段之间的角度变化最大阈值，和最大长度阈值分类，将小线段点分为两类：长直线段和待拟合的曲线，所述待拟合的曲线即为微小线段，本方案对于长直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NURBS的小线段加工方法，其特征在于：包括/n步骤(1)获取小线段点的位置信息数据，通过特征分段，得到微小线段；/n步骤(2)采用全局逼近算法对步骤(1)中的所述微小线段进行NURBS曲线拟合，得NURBS曲线；/n步骤(3)通过曲率极大值点对所述NURBS曲线进行分段，并计算所述曲率极大值点对应的速度约束值；/n步骤(4)通过自适应辛普森算法求解步骤(3)中每段所述NURBS曲线的弧长，并对所述速度约束值进行前瞻验证；/n步骤(5)通过S曲线加减速规划，获得进给速度的连续曲线；利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度代替初始速度，得到单个插补周期的速度，并利用泰勒算法继续计算下一个插补点的位置，并继续下一步骤。/n步骤(6)判断本段曲线是否是最后一个插补段；若不是则返回步骤(5)操作下一段曲线；若是，则结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于NURBS的小线段加工方法，其特征在于：包括
步骤(1)获取小线段点的位置信息数据，通过特征分段，得到微小线段；
步骤(2)采用全局逼近算法对步骤(1)中的所述微小线段进行NURBS曲线拟合，得NURBS曲线；
步骤(3)通过曲率极大值点对所述NURBS曲线进行分段，并计算所述曲率极大值点对应的速度约束值；
步骤(4)通过自适应辛普森算法求解步骤(3)中每段所述NURBS曲线的弧长，并对所述速度约束值进行前瞻验证；
步骤(5)通过S曲线加减速规划，获得进给速度的连续曲线；利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度代替初始速度，得到单个插补周期的速度，并利用泰勒算法继续计算下一个插补点的位置，并继续下一步骤。
步骤(6)判断本段曲线是否是最后一个插补段；若不是则返回步骤(5)操作下一段曲线；若是，则结束。


2.根据权利要求1所述一种基于NURBS的小线段加工方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：获取小线段点位置信息数据，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，先设置相邻线段之间的角度变化最大阈值，和最大长度阈值分类，将小线段点分为两类：长直线段和待拟合的曲线，所述待拟合的曲线即为微小线段。

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，陈利敏，吴然，魏旭东，崔筱玮，徐赛培，谢凯，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32