一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法技术

本发明专利技术公开了一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，通过获取离散刀位点，从中提取出主特征点并代替原始刀位点进行逼近拟合，求解初始控制点获得初始的NURBS拟合曲线；其次，获取点线拟合误差，基于NURBS曲线的局部支撑性和点线拟合误差阈值，自适应选择刀位点加入主特征点集，重新拟合曲线并不断重复直至满足点线拟合精度要求；最后以连续微线段到拟合曲线的最大轮廓距离为轮廓误差，并基于轮廓约束在刀位点中自适应选取或构造辅助点，加入主特征点集中进行迭代拟合，直至NURBS曲线平滑且满足轮廓约束。本发明专利技术采用三次NURBS曲线拟合连续的微线段刀具轨迹，使得刀具轨迹更加平滑，压缩数据量，并严格控制拟合曲线轮廓精度。并严格控制拟合曲线轮廓精度。并严格控制拟合曲线轮廓精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法


[0001]本专利技术涉及机械制造工程技术中的数控
，特别涉及一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法。

技术介绍

[0002]随着制造业的快速发展，复杂曲面零件被广泛应用于航空航天、汽车和模具等工业产品生产制造中。数控加工过程中，CAM系统通常将这些复杂曲面离散成大量的连续微直线段作为刀具轨迹以逼近曲面，之后再进行加工。
[0003]在复杂曲面零件的数控加工过程中，大多数计算机辅助制造软件生成的刀具轨迹由连续小线段路径构成。由于小线段刀具轨迹的一阶不连续性，要求进给速度在相邻线段的连接处降为零。这将导致相关轴的频繁加减速，不仅影响加工效率，而且容易激发机床的高频振动，损害表面质量。因此，通过几何和运动光顺实现对小线段刀具轨迹的光顺具有重要意义。
[0004]这种加工方式不仅能够便捷准确的对复杂曲面进行描述，而且易于插补，在一定程度上能满足对加工精度的要求，因而被广泛应用于数控系统中。但其也有明显的不足，例如：刀位点多，程序量大，加减速频繁，降低加工效率，引起机床振动，降低加工质量等等，这些也成为阻碍高速高精加工的关键因素。而NURBS插补凭借其代码传输量小，加工速度快，加工精度高等优点，已成为现代数控加工的发展趋势。因此对微线段的刀具轨迹进行全局光顺处理，即用NURBS曲线拟合刀具轨迹，使其达到理想的光顺效果，对减少加速度和速度波动和提高复杂曲面的加工质量具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法。
[0006]根据本专利技术第一方面，本专利技术请求保护一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，其特征在于，包括步骤：
[0007]S101，提取刀具轨迹的多个主特征点，构造主特征点集；
[0008]S201，基于最小二乘法求解初始控制点，获得NURBS拟合曲线；
[0009]S301，判断NURBS拟合曲线是否满足点线拟合误差要求，当满足时执行步骤S401，当不满足时，执行步骤S501；
[0010]S401，基于轮廓约束的方法对所述NURBS拟合曲线是否满足轮廓约束要求，当满足时结束光顺过程，当不满足时，执行步骤S601；
[0011]S501，基于点线误差完成自适应拟合，自适应选择刀位点加入所述主特征点集，重新拟合所述NURBS拟合曲线，继续执行步骤S301；
[0012]S601，基于轮廓约束在刀位点中自适应选取或构造辅助点，加入所述主特征点集中进行迭代拟合，继续执行步骤S401。
[0013]进一步的，所述步骤S101，包括：
[0014]S102，通过CAD或CAM软件获取刀具轨迹的离散刀位点；
[0015]S103，从所述离散刀位点中提取出反曲点、曲率极值点和长度突变点作为主特征点；
[0016]S104，将所述主特征点代替原始刀位点作为主特征点集。
[0017]进一步的，所述步骤S201，包括：
[0018]S202，依据所述主特征点集进行逼近拟合；
[0019]S203，基于最小二乘法求解初始控制点，获得NURBS拟合曲线。
[0020]进一步的，所述步骤S301，包括：
[0021]S302，获取所述离散刀位点到所述NURBS拟合曲线的距离，采用为点线拟合误差阈值；
[0022]S303，判断所述NURBS拟合曲线是否满足所述点线拟合误差阈值的要求，当满足时执行步骤S401，当不满足时，执行步骤S501。
[0023]进一步的，所述步骤S401，包括：
[0024]S402，设置轮廓误差阈值，计算所述NURBS拟合曲线相对于连续微直线段的拟合轮廓误差，若所述NURBS拟合曲线存在区域相对于连续微直线段的拟合轮廓误差不大于轮廓误差阈值，则所述NURBS拟合曲线满足轮廓约束要求，否则认定为不满足轮廓约束要求。
[0025]进一步的，所述步骤S501，包括：
[0026]S502，基于NURBS局部支撑性，通过主特征点将所述NURBS拟合曲线划分为多个子区间；
[0027]S503，从大于所述点线拟合误差阈值且未标记的点中选取出点线误差最大的第一误差点，将其加入所述主特征点集中，对应参数也加入拟合参数集；
[0028]S504，将第一误差点所在区间及其左右k+1个区间进行标记，本次迭代将无法选取标记区间内的点加入所述主特征点集；
[0029]S505，对剩下的区间重复进行S503和S504操作，直到所有区间被标记，最后得到新的主特征点集，重新进行拟合，不断迭代直至所述NURBS曲线满足点线拟合误差要求。
[0030]进一步的，所述步骤S601，包括：
[0031]S602，找出所述NURBS曲线中最大轮廓误差对应的NURBS曲线微线段；
[0032]S603，判断所述NURBS曲线微线段的两端点是否都在所述主特征点集中，若都在，则构造辅助点，若不都在，选取其中一个为辅助点，再利用NURBS曲线的局部支撑性，继续自适应的构建或添加辅助点，并将其加入主特征集中，对应参数加入拟合参数集，重新进行拟合得到一条新的拟合曲线，最后不断循环迭代直至满足轮廓约束。
[0033]本专利技术公开了一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，通过获取离散刀位点，从中提取出主特征点并代替原始刀位点进行逼近拟合，求解初始控制点获得初始的NURBS拟合曲线；其次，获取点线拟合误差，基于NURBS曲线的局部支撑性和点线拟合误差阈值，自适应选择刀位点加入主特征点集，重新拟合曲线并不断重复直至满足点线拟合精度要求；最后以连续微线段到拟合曲线的最大轮廓距离为轮廓误差，并基于轮廓约束在刀位点中自适应选取或构造辅助点，加入主特征点集中进行迭代拟合，直至NURBS曲线平滑且满足轮廓约束。本专利技术采用三次NURBS曲线拟合连续的微线段刀具轨迹，使得刀具轨迹更加平滑，压
缩数据量，并严格控制拟合曲线轮廓精度。
附图说明
[0034]图1为本专利技术所请求保护的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法的工作流程图；
[0035]图2为本专利技术所请求保护的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法的反曲点提取示意图；
[0036]图3为本专利技术所请求保护的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法的点线拟合误差求解示意图；
[0037]图4为本专利技术所请求保护的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法的轮廓误差求解示意图；
[0038]图5为本专利技术所请求保护的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法的辅助点构造示意图。
具体实施方式
[0039]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。可以理解，本申请所使用的的术语“第一”、“第二”等可在本文本中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另外一个元件区分。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，其特征在于，包括步骤：S101，提取刀具轨迹的多个主特征点，构造主特征点集；S201，基于最小二乘法求解初始控制点，获得NURBS拟合曲线；S301，判断NURBS拟合曲线是否满足点线拟合误差要求，当满足时执行步骤S401，当不满足时，执行步骤S501；S401，基于轮廓约束的方法对所述NURBS拟合曲线是否满足轮廓约束要求，当满足时结束光顺过程，当不满足时，执行步骤S601；S501，基于点线误差完成自适应拟合，自适应选择刀位点加入所述主特征点集，重新拟合所述NURBS拟合曲线，继续执行步骤S301；S601，基于轮廓约束在刀位点中自适应选取或构造辅助点，加入所述主特征点集中进行迭代拟合，继续执行步骤S401。2.如权利要求1所述的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，其特征在于，所述步骤S101，包括：S102，通过CAD或CAM软件获取刀具轨迹的离散刀位点；S103，从所述离散刀位点中提取出反曲点、曲率极值点和长度突变点作为主特征点；S104，将所述主特征点代替原始刀位点作为主特征点集。3.如权利要求2所述的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，其特征在于，所述步骤S201，包括：S202，依据所述主特征点集进行逼近拟合；S203，基于最小二乘法求解初始控制点，获得NURBS拟合曲线。4.如权利要求2所述的一种基于轮廓约束的微线段全局光顺方法，其特征在于，所述步骤S301，包括：S302，获取所述离散刀位点到所述NURBS拟合曲线的距离，采用为点线拟合误差阈值；S303，判断所述NURBS拟合曲线是否满足所述点线拟合误差阈值的要求，当满足时执行步骤S401，当不满足时，执行步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王太勇，王昆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：