具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法及系统，首先从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区；然后，利用分水岭分割算法将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系；接着，采用回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，对每个子区域内分别进行变间距双螺旋路径规划，并使得顺序相邻的子路径端点相接。本发明专利技术在进行抛光路径规划时考虑了面型特征对路径生成与刀具运动速度的影响，有利于提高刀具运动速度光顺性，减小速度的波动，进而在机床动态性能有限的情况下仍能保证刀具运动轨迹跟踪精度，有利于提高子孔径确定性抛光的加工精度。确定性抛光的加工精度。确定性抛光的加工精度。

【技术实现步骤摘要】
具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机控制光学表面成型技术的
，具体地，涉及具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，超精密光学自由曲面在许多领域都有至关重要的作用如清洁能源、微电子制造、航空航天、天文观测等。计算机控制光学表面成形技术(CCOS)是当前对光学自由曲面进行超精密抛光的主要技术，其核心在于通过计算机控制小口径抛光工具对光学自由曲面进行确定性加工。CCOS的材料去除量可以看作是刀具影响函数与沿抛光路径的驻留时间分布之间的二维卷积。CCOS可以从刀具影响函数、抛光路径及驻留时间分布三个方面进行调整，来精准控制材料去除效果，以达到确定性抛光的目的。
[0003]传统的确定性抛光路径规划方式，如光栅路径、螺旋路径等，并未考虑待去除的面型差异对抛光路径的影响，只是针对不同的待去除面型计算路径上各近似直线段抛光工具的运动速度。待去除面上高度陡变的区域会引起抛光工具运动速度的突变，在机床的动态性能不足时可能会影响目标轨迹跟踪精度，进而会在抛光的工件表面引入低频误差。
[0004]专利技术专利“子口径抛光的等高线路径规划方法”(专利号CN107520683B)提出了一种基于材料去除量等高线的抛光路径规划方式，实现中频误差和低频误差同时高效收敛，但规划的路径并不连续，不便于连续抛光加工。专利技术专利“CCOS抛光工艺全频段收敛路径规划方法”(专利号CN106863136B)提出了一种在加工速度分布矩阵上由初始路径扩充迭代得到速率平稳加工轨迹的方法，从而实现低中频误差同时收敛，但该方法基于离散规则网格分布的控制点生成路径，可能导致路径频繁出现转角，对机床动态性能有较高要求，且迭代的方式生成路径耗时较大。
[0005]因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤S1：读入根据目标去除面型与去除函数解算得到的驻留时间密度矩阵；
[0009]步骤S2：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区；
[0010]步骤S3：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系；
[0011]步骤S4：根据子区域间的邻接关系，用回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，并在每个子区域内分别进行变间距双螺旋路径规划，并调整螺旋的起点和终点位置，使得顺
序相邻的子路径端点相接；
[0012]步骤S5：将各区域子路径相连，并进行光顺处理与等间距采样；从等间距采样后的路径提取轨迹控制点坐标以及驻留点，计算各驻留点对应的驻留时间，计算各近似直线段的刀具运动速度，输出各轨迹控制点坐标以及进给速度。
[0013]优选地，所述步骤S1提及的驻留时间密度矩阵可用间距为单位长度的正方形网格驻留点阵对应的驻留时间矩阵替代。
[0014]优选地，所述步骤S2包括如下步骤：
[0015]步骤S2.1：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，输出储存所有等高线信息的字典，其中包含各等高线之间的链接关系；
[0016]步骤S2.2：借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区，输出峰区和谷区对应的外轮廓等高线点列。
[0017]优选地，所述步骤S3包括如下步骤：
[0018]步骤S3.1：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，输出标记区域分割线的二值图像；
[0019]步骤S3.2：获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系，输出包含子区域边界线点列以及邻接关系的字典。
[0020]优选地，所述步骤S4包括如下步骤：
[0021]步骤S4.1：由子区域的邻接关系构建无向连通图，在连通图上用递归回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，输出一条遍历各子区域的哈密顿通路；
[0022]步骤S4.2：获取用于生成螺旋线的嵌套环状等值线；
[0023]步骤S4.3：在嵌套环状等值线簇的相邻等值线间等参数插点，生成单螺旋轨迹，输出各子区域调整过起始点位置后的双螺旋轨迹点列。
[0024]优选地，所述步骤S5包括如下步骤：
[0025]步骤S5.1：对各子区域路径连接后，整体路径的光顺处理通过B样条拟合；对光顺处理后的路径进行等弧长采样，输出轨迹坐标点列；
[0026]步骤S5.2：选取两个轨迹坐标点的中点作为驻留点，计算驻留点对应的驻留时间，输出抛光轨迹点点列以及对应的进给速度序列。
[0027]本专利技术还提供一种具有区域适应性的光顺抛光路径规划系统，所述系统包括如下模块：
[0028]模块M1：读入根据目标去除面型与去除函数解算得到的驻留时间密度矩阵；
[0029]模块M2：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区；
[0030]模块M3：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系；
[0031]模块M4：根据子区域间的邻接关系，用回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，并在每个子区域内分别进行变间距双螺旋路径规划，并调整螺旋的起点和终点位置，使得顺序相邻的子路径端点相接；
[0032]模块M5：将各区域子路径相连，并进行光顺处理与等间距采样；从等间距采样后的路径提取轨迹控制点坐标以及驻留点，计算各驻留点对应的驻留时间，计算各近似直线段
的刀具运动速度，输出各轨迹控制点坐标以及进给速度。
[0033]优选地，所述模块M1提及的驻留时间密度矩阵可用间距为单位长度的正方形网格驻留点阵对应的驻留时间矩阵替代；
[0034]所述模块M2包括如下模块：
[0035]模块M2.1：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，输出储存所有等高线信息的字典，其中包含各等高线之间的链接关系；
[0036]模块M2.2：借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区，输出峰区和谷区对应的外轮廓等高线点列。
[0037]优选地，所述模块M3包括如下模块：
[0038]模块M3.1：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，输出标记区域分割线的二值图像；
[0039]模块M3.2：获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系，输出包含子区域边界线点列以及邻接关系的字典；
[0040]所述模块M4包括如下模块：
[0041]模块M4.1：由子区域的邻接关系构建无向连通图，在连通图上用递归回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，输出一条遍历各子区域的哈密顿通路；
[0042]模块M4.2：获取用于生成螺旋线的嵌套环状等值线；
[0043]模块M4.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：读入根据目标去除面型与去除函数解算得到的驻留时间密度矩阵；步骤S2：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区；步骤S3：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系；步骤S4：根据子区域间的邻接关系，用回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，并在每个子区域内分别进行变间距双螺旋路径规划，并调整螺旋的起点和终点位置，使得顺序相邻的子路径端点相接；步骤S5：将各区域子路径相连，并进行光顺处理与等间距采样；从等间距采样后的路径提取轨迹控制点坐标以及驻留点，计算各驻留点对应的驻留时间，计算各近似直线段的刀具运动速度，输出各轨迹控制点坐标以及进给速度。2.根据权利要求1所述的具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1提及的驻留时间密度矩阵可用间距为单位长度的正方形网格驻留点阵对应的驻留时间矩阵替代。3.根据权利要求1所述的具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S2.1：从驻留时间密度矩阵上提取等高线，并建立等高线树，输出储存所有等高线信息的字典，其中包含各等高线之间的链接关系；步骤S2.2：借助等高线树识别待去除面型的峰区和谷区，输出峰区和谷区对应的外轮廓等高线点列。4.根据权利要求1所述的具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：步骤S3.1：将整个面型划分为只含独立峰区或谷区的多个子区域，输出标记区域分割线的二值图像；步骤S3.2：获取子区域边界信息与子区域间的邻接关系，输出包含子区域边界线点列以及邻接关系的字典。5.根据权利要求1所述的具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：步骤S4.1：由子区域的邻接关系构建无向连通图，在连通图上用递归回溯法求取遍历各子区域的哈密顿通路，输出一条遍历各子区域的哈密顿通路；步骤S4.2：获取用于生成螺旋线的嵌套环状等值线；步骤S4.3：在嵌套环状等值线簇的相邻等值线间等参数插点，生成单螺旋轨迹，输出各子区域调整过起始点位置后的双螺旋轨迹点列。6.根据权利要求1所述的具有区域适应性的光顺抛光路径规划方法，其特征在于，所述步骤S5包括如下步骤：步骤S5.1：对各子区域路径连接后，整体路径的光顺处理通过B样条拟合；对光顺处理后的路径进行等弧长采样，输出轨迹坐标点列；
步骤S5.2：选取两个轨迹坐标点的中点作为驻留点，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洲龙，谭淩文，王锐，槐艳艳，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：