基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法及系统，方法包括：获取加工模型边界的点云数据；将设计模型边界离散成三角面片；将加工模型与设计模型置于同一坐标系中的同一位置且方向相同；将加工模型所占据的空间以一定边长划分为单元立方；确定加工模型点云中的点分别落在哪个单元立方中；确定设计模型中的三角面可能与哪些单元立方中的点产生有效距离；计算每个单元立方中加工模型的点到设计模型的最短距离。本发明专利技术解决了过欠切检出困难、过欠切判断准确性低以及适用性低的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机数控加工领域，具体涉及基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法及系统。

技术介绍

[0002]五轴数控加工能够适应各种形状复杂零件，广泛应用于制造行业。五轴加工中，刀具和工件间能够以各种不同的相对位置、姿态进行切削，因而能够适应复杂多样的工件特征。但这也使得过欠切很难被直观地察觉。
[0003]过切指加工过程中切削过量，刀具边缘切入工件中本应该保留的部分。过切会使工件精度不合格，降低工件质量，加速刀具磨损。欠切指加工过程中实际切削金属层未达到预定加工位置，造成本该切除的部分没有被切除。欠切也会使工件精度不合格，工件加工完成后应当对其过欠切进行检查。
[0004]虽然刀路是根据设计模型表面生成的，但实际加工中，机床型号、机床控制方式、工作偏置、工件安装方式、机床结构刚度、传动误差等因素都会造成加工的偏差，从而导致过欠切的发生。对加工完的工件或仿真后的工件模型进行过欠切检测是及时调整加工偏差的有效举措。
[0005]边界表示法(B
‑
rep)是一种广泛应用的三维图形表示方法，它描述三维空间的一个边界，以将实体区域和外部区域分开，边界由封闭曲面组成。常见的三维图形格式，如IGS、STP、SAT等，均采用或兼容边界表示法。本方法使用模型边界信息计算过欠切量，具有较强的适用性。
[0006]例如公布号为CN103612185A的现有专利技术专利文献《七轴联动数控砂带磨抛机床》包括用以固定叶片零件的回转夹具和顶尖，还包括水平床身、立柱，带动立柱实现Y向直线运动的Y向运动装置，带动立柱实现Z向直线运动的Z向运动装置，用以固定顶尖并带动顶尖实现X向直线运动的X向运动装置，用以固定回转夹具并带动回转夹具实现360度回转运动的B向回转驱动装置，以及安装在水平床身上与立柱对应位置处的磨抛装置。由该现有技术的具体实现内容可知，该现有技术通过对加工接触件进行替换，并通过包括主轴电机在内的电机组对加工工具的驱动控制，避免产生过欠切的问题。又例如公布号为CN113814673A的现有专利技术专利申请文献《一种大型风扇钛合金整体叶盘焊接件几何自适应加工方法》采用几何自适应加工的技术手段，通过在机测量、叶片重构、混合编程等方式适应性加工叶身型面，解决航空发动机大型风扇钛合金整体叶盘线性摩擦焊后叶片状态不一致导致的叶片轮廓度差、接刀痕控制不合格、前后缘过欠切等问题。由前述现有技术可知，现有的过欠切检查方法，往往依赖待加工曲面的解析特性，如法线方向、曲率等，或是需要对不同的刀位点处的刀具和工件的相对位置关系分别进行过切判断。如果只考虑待加工曲面即设计模型的形状，则在实际加工中各种其它因素造成的过欠切无法检查出来；且计算机存储的三维图形往往丢失高阶解析特性，适用性不是很广。如果对每个刀位点分别判断过切，则运算量较大，对于多层切削，容易产生重复、无效判断。
[0007]综上，现有技术存在的过欠切检出困难、过欠切判断准确性低以及适用性低的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中过欠切检出困难、过欠切判断准确性低以及适用性低的技术问题。
[0009]本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法包括：
[0010]S1、获取加工模型边界的点云数据；
[0011]S2、利用点云分治策略，将设计模型边界离散成三角面片；
[0012]S3、通过基准
‑
关键点标记，将加工模型与设计模型置于同一坐标系中的同一位置，其中，在坐标系中，将加工模型与设计模型设置在一致方向；
[0013]S4、根据预设边长，将加工模型所占据的空间划分为不少于两个的单元立方，其中，每个单元立方根据其坐标确定唯一编号；
[0014]S5、找到存在加工模型的点云中的点落入的单元立方，以作为第一划分结果；
[0015]S6、找到适于与设计模型中的三角面产生有效距离的单元立方中的点，以作为第二划分结果；
[0016]S7、根据第一划分结果及第二划分结果，计算每个单元立方中，加工模型的点到设计模型的最短距离，其中，步骤S7还包括：
[0017]S71、求加工模型中的一离散点P到设计模型的一三角面ΔA0A1A2的距离；
[0018]S72、计算离散点P到三角面ΔA0A1A2所在平面的距离以及垂足Q，根据垂足Q与三角面ΔA0A1A2的相对位置确定离散点P到三角面ΔA0A1A2的距离。
[0019]本专利技术对加工后的工件或仿真后得到的工件模型进行过欠切检查，判断工件各个位置是否发生过欠切以及过欠切量。通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够根据数控加工得到的模型和设计模型，计算出加工模型的局部过欠切量。本专利技术基于过欠切检测结果及时调整加工刀路，提高了过切判断准确性，能够提高加工质量，减少废品率，减少刀具磨损。本专利技术利用数控加工得到的模型和设计模型，不仅适用于对计算机仿真加工后的模型进行过欠切检测，也适用于对实际加工的工件三维扫描成像获取的点云数据进行过欠切检测。
[0020]在更具体的技术方案中，步骤S2中，采用点云分治策略，根据数控加工过程中，局部过欠切量不大于两倍刀具半径R的特征，将距离一个离散点大于2*R的面判定为：与离散点不产生有效距离的面，并剔除该面。
[0021]本专利技术通过点云分治策略，降低点面距离计算规模，避免传统技术中需要对每个刀位点分别判断过切而导致的运算量较大的技术缺陷。同时本专利技术在多层切削的应用场景中，避免了判断重复及判断无效的问题。本专利技术在降低算法复杂度的同时，提高了过欠切判断准确性。
[0022]在更具体的技术方案中，步骤S3中，加工模型中过切的点在设计模型内部，加工模型中欠切的点在设计模型外部。
[0023]在更具体的技术方案中，步骤S3中，利用加工模型中离散点到设计模型的最短距
离，代替加工造成的局部过欠切量，其中，代替的操作包括：近似代替。
[0024]在更具体的技术方案中，步骤S4包括：预先将加工模型中的点按照空间位置划分到不少于2个的单元立方中。
[0025]在更具体的技术方案中，步骤S4包括：
[0026]S41、记加工模型的整体空间范围为：[X
min
,X
max
],[Y
min
,Y
max
],[Z
min
,Z
max
]；
[0027]S42、以边长为D划分单元立方；
[0028]S43、将坐标为(x
m
,y
m
,z
m
)的点所在的单元立方编号为：
[0029][0030]本专利技术通过将加工模型点云和设计模型面按空间划分来减少点面距离的计算次数，以实现快速的过欠切检测。
[0031]在更具体的技术方案中，步骤S6包括：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取加工模型边界的点云数据；S2、将设计模型边界离散成三角面片；S3、通过基准
‑
关键点标记，将所述加工模型与所述设计模型置于同一坐标系中的同一位置，其中，在所述坐标系中，将所述加工模型与所述设计模型设置在一致方向；S4、根据预设边长，将所述加工模型所占据的空间划分为不少于两个的单元立方，其中，每个所述单元立方根据其坐标确定唯一编号；S5、找到存在所述加工模型的点云中的点落入的所述单元立方，以作为第一划分结果；S6、找到适于与所述设计模型中的三角面产生有效距离的所述单元立方中的点，以作为第二划分结果；S7、根据所述第一划分结果及所述第二划分结果，计算每个所述单元立方中，所述加工模型的点到所述设计模型的最短距离，其中，所述步骤S7还包括：S71、求所述加工模型中的一离散点P到所述设计模型的一所述三角面ΔA0A1A2的距离；S72、计算所述离散点P到所述三角面ΔA0A1A2所在平面的距离以及垂足Q，根据所述垂足Q与所述三角面ΔA0A1A2的相对位置确定所述离散点P到所述三角面ΔA0A1A2的距离。2.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用分治策略，根据数控加工过程中，局部过欠切量不大于两倍刀具半径R的特征，将距离一个离散点大于2*R的面判定为：与所述离散点不产生有效距离的面，并剔除该所述面。3.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述加工模型中过切的点在所述设计模型内部，所述加工模型中欠切的点在所述设计模型外部。4.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用所述加工模型中离散点到所述设计模型的最短距离，代替加工造成的局部过欠切量，其中，所述代替的操作包括：近似代替。5.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S4包括：预先将所述加工模型中的点按照空间位置划分到不少于2个的所述单元立方中。6.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S4包括：S41、记所述加工模型的整体空间范围为：[X
min
，X
max
]，[Y
min
，Y
max
]，[Z
min
，Z
max
]；S42、以边长为D划分所述单元立方；S43、将坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)的点所在的所述单元立方编号为：7.根据权利要求1所述的基于点云分治的数控加工局部过欠切检查方法，其特征在于，所述步骤S6包括：S61、对所述设计模型中的每个所述三角面，获取其轴向包围盒范围[x
dmin
，x
dmax
]，
[y
dmin
，y
dmax
]，[z
dmin
，z
dmax
]；S62、将所述轴向包围盒范围向前后、左右、上下分别扩展2*R，以得到扩展包围盒；S63、计算获取与所述扩展包围盒范围重叠的所述单元立方。8.根据权利要求7所述的基于点云分治的数控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梅，严文强，胡子翔，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：