一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法技术

本发明专利技术属于一种跟随轮廓轨迹规划方法，为解决现有异形孔激光加工方法中的异形孔加工轨迹不能满足异形孔整体精度需求的技术问题，提供一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，基于孔口覆盖面与孔壁曲线等异形孔的基本信息，通过获取孔轴方向的截面线及曲线组偏置方法，规划了与异形孔轮廓一致的加工轨迹，从几何层面满足了异形孔加工精度的要求。并通过不同的偏置距离计算方法，给出了可自由规划的轮廓轨迹分布方式，以适应激光单次加工后孔底几何形貌的分布位置，满足了异形孔激光加工的精度需求，最后通过对代表激光轨迹的曲线组进行离散点计算，获得完整的跟随轮廓轨迹。获得完整的跟随轮廓轨迹。获得完整的跟随轮廓轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法


[0001]本专利技术属于一种跟随轮廓轨迹规划方法，具体涉及一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]异形孔广泛存在于涡轮叶片、火焰筒等零件中，具有形状复杂、孔径小等特点，无法通过机械加工或电火花加工等方式实现高精度、高质量加工。激光加工作为目前最为先进的加工技术之一，可以通过灵活的光束轨迹控制满足异形孔的加工需求。对于异形孔，目前的加工方法是沿孔轴向计算异形孔的截面线，并以该截面线为边界规划光束的直线运动轨迹。但是，该方法还存在很多问题，光束的直线运动轨迹在层与层之间会造成误差累积，同时，由于缺少异形孔孔口处的边界曲面，规划的直线轨迹的起始位置不精确，加之光束运动时的加减速等状态对光束位置的影响，使得刻蚀截面边缘参差不齐，严重影响了异形孔的加工精度。而且，激光在单次扫描刻蚀后，孔底几何形貌凹凸不平，在不改变轨迹形式的情况下，会加剧孔底的加工误差，影响异形孔的刻蚀精度。因此，现有的异形孔加工轨迹并不能满足异形孔的整体精度需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决现有异形孔激光加工方法中的异形孔加工轨迹不能满足异形孔整体精度需求的技术问题，提供一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0006]S1，根据异形孔孔口周围的曲面，重构孔口的覆盖面；
[0007]S2，沿孔轴向，计算多个孔深度处的壁面截面线和孔口的覆盖面的截面线C
cover
；在不同孔深度处，若存在截面线C
cover
，则将该深度处的壁面截面线与截面线C
cover
，共同作为该位置的截面线C
section
；否则，将该深度处的壁面截面线作为该位置的截面线C
section
；
[0008]S3，计算截面线C
secyion
的重心点，并结合重心点得到截面线C
section
偏置的最大参考值d
r
；
[0009]S4，结合最大参考值d
r
，计算截面线C
section
的最大偏置距离，确定截面线C
section
的向内偏置范围；
[0010]S5，根据偏置类型，确定所述偏置范围内的所有偏置距离；
[0011]S6，按照步骤S5得到的偏置距离对截面线C
section
进行偏置，得到曲线组C
source
，根据曲线组C
source
中任意z
‑
1条曲线的首点和尾点情况，调整偏置后z
‑
1条曲线的方向，使所有曲线的参数方向一致，得到处理后的曲线组C
sorted
；z为曲线组C
source
中曲线数量；
[0012]S7，确定处理后的曲线组C
sorted
的起始位置，并对曲线组C
sorted
中所有曲线进行离散，将得到的离散点作为对应孔深度处的跟随轮廓轨迹；
[0013]S8，根据各孔深度处的跟随轮廓轨迹，得到异形孔完整的跟随轮廓轨迹。
[0014]进一步地，步骤S3具体为：
[0015]S3.1，利用等弧长算法，计算截面线C
section
的所有离散点，并计算所有离散点的平均值，即为截面线C
section
的重心点；
[0016]S3.2，计算重心点距离截面线C
section
的所有离散点的距离，将距离的最大值作为截面线C
section
偏置的最大参考值d
r
。
[0017]进一步地，步骤S4具体为：利用二分法迭代计算，其中，偏置区间为[d
b
,d
e
]，且d
b
的初值为0，d
e
的初值为最大参考值d
r
；每次迭代时二分法中的偏置距离d
c
＝(d
b
+d
r
)/2，并将截面线按照偏置距离d
c
进行向内偏置，若能够生成偏置后曲线，则用d
c
代替d
b
，否则，用d
c
代替d
e
，直至|d
b
‑
d
e
|≤ε，ε为预设的迭代精度，结束迭代，当前的d
b
为截面线C
section
的最大偏置距离d
max
，则截面线C
section
的偏向内置范围为当前的[0,d
max
]。
[0018]进一步地，步骤S5中，所述偏置类型包括等间距偏置、等比例偏置、等面积偏置、动态离散偏置、动态连续偏置。
[0019]进一步地，步骤S5中：
[0020]当偏置类型为等间距偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
为：
[0021]d
i
＝(i
‑
1)
·
l
[0022]其中，i为大于等于1的整数，i＝1，2
…
N，N偏置范围内封闭曲线的圈数，l为相邻偏置距离的间距；
[0023]当偏置类型为等比例偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
为：
[0024][0025]其中，l
b
为初始间距，k为相邻偏置距离的比例；
[0026]当偏置类型为等面积偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
通过以下方法得到：
[0027]Sa.1，利用等弧长算法，计算偏置范围内各封闭曲线的所有离散点，并计算所有离散点的平均值，即为封闭曲线的重心点；
[0028]Sa.2，将各封闭曲线按照等弧长离散为多个点，计算各相邻点与重心点组成的三角形面积并求和，得到封闭曲线的近似包围面积；
[0029]Sa.3，计算截面线C
section
偏置前的面积S0，通过下式得到第i圈封闭曲线的理论包围面积S
i
：
[0030]S
i
＝(N
‑
i+1)
·
S0/N
[0031]Sa.4，利用二分法迭代计算，其中，偏置区间为[d
b
,d
e
]，且d
b
的初值为0，d
e
的初值为最大偏置距离d
max
；每次迭代时二分法中的偏置距离d
c
＝(d
b
+d
e
)/2，将截面线按照偏置距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据异形孔孔口周围的曲面，重构孔口的覆盖面；S2，沿孔轴向，计算多个孔深度处的壁面截面线和孔口的覆盖面的截面线C
cover
；在不同孔深度处，若存在截面线C
cover
，则将该深度处的壁面截面线与截面线C
cover
，共同作为该位置的截面线C
section
；否则，将该深度处的壁面截面线作为该位置的截面线C
section
；S3，计算截面线C
section
的重心点，并结合重心点得到截面线C
section
偏置的最大参考值d
r
；S4，结合最大参考值d
r
，计算截面线C
section
的最大偏置距离，确定截面线C
section
的向内偏置范围；S5，根据偏置类型，确定所述偏置范围内的所有偏置距离；S6，按照步骤S5得到的偏置距离对截面线C
section
进行偏置，得到曲线组C
source
，根据曲线组C
source
中任意z
‑
1条曲线的首点和尾点情况，调整偏置后z
‑
1条曲线的方向，使所有曲线的参数方向一致，得到处理后的曲线组C
sorted
；z为曲线组C
source
中曲线数量；S7，确定处理后的曲线组C
sorted
的起始位置，并对曲线组C
sorted
中所有曲线进行离散，将得到的离散点作为对应孔深度处的跟随轮廓轨迹；S8，根据各孔深度处的跟随轮廓轨迹，得到异形孔完整的跟随轮廓轨迹。2.根据权利要求1所述一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特征在于，步骤S3具体为：S3.1，利用等弧长算法，计算截面线C
sectiom
的所有离散点，并计算所有离散点的平均值，即为截面线C
section
的重心点；S3.2，计算重心点距离截面线C
section
的所有离散点的距离，将距离的最大值作为截面线C
section
偏置的最大参考值d
b
。3.根据权利要求2所述一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特征在于，步骤S4具体为：利用二分法迭代计算，其中，偏置区间为[d
b
,d
e
]，且d
b
的初值为0，d
e
的初值为最大参考值d
r
；每次迭代时二分法中的偏置距离d
c
＝(d
b
+d
e
)/2，并将截面线按照偏置距离d
c
进行向内偏置，若能够生成偏置后曲线，则用d
c
代替d
b
，否则，用d
c
代替d
e
，直至|d
b
‑
d
e
|≤ε，ε为预设的迭代精度，结束迭代，当前的d
b
为截面线C
section
的最大偏置距离d
max
，则截面线C
section
的偏向内置范围为当前的[0,d
max
]。4.根据权利要求3所述一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特征在于：步骤S5中，所述偏置类型包括等间距偏置、等比例偏置、等面积偏置、动态离散偏置、动态连续偏置。5.根据权利要求4所述一种异形孔激光加工的跟随轮廓轨迹规划方法，其特征在于，步骤S5中：当偏置类型为等间距偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
为：d
i
＝(i
‑
1)
·
l其中，i为大于等于1的整数，i＝1，2
…
N，N为偏置范围内封闭曲线的圈数，l为相邻偏置距离的间距；当偏置类型为等比例偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
为：
其中，l
b
为初始间距，k为相邻偏置距离的比例；当偏置类型为等面积偏置，偏置范围内的所有偏置距离d
i
通过以下方法得到：Sa.1，利用等弧长算法，计算偏置范围内各封闭曲线的所有离散点，并计算所有离散点的平均值，即为封闭曲线的重心点；Sa.2，将各封闭曲线按照等弧长离散为多个点，计算各相邻点与重心点组成的三角形面积并求和，得到封闭曲线的近似包围面积；Sa.3，计算截面线C
section
偏置前的面积S0，通过下式得到第i圈封闭曲线的理论包围面积S
i
：S
i
＝(N
‑
i+1)
·
S0/NSa.4，利用二分法迭代计算，其中，偏置区间为[d
b
,d
e
]，且d
b
的初值为0，d
e
的初值为最大偏置距离d
max
；每次迭代时二分法中的偏置距离d
c
＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯尧华，王晶，赵卫，赵华龙，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：