点到曲面距离计算的邻近三角形方法技术

一种点到曲面距离计算的邻近三角形方法，包括如下步骤：Ａ、将加工曲面离散形成三角面片，标记序号；Ｂ、设定加工走刀方向，将刀轨离散成点，以刀具刀触点为定位点定位刀具；Ｃ、将刀具曲面离散成多条曲线，将刀具曲面离散成多个离散点，列出离散点坐标值关系；Ｄ、判断点Ａ０所在三角面片的序号；Ｅ、将刀具坐标系的点转换到工件局部坐标系的点；Ｆ、以初始点为中心寻找、排列邻近三角面片顺序，计算离散点到加工曲面最短距离；Ｇ、初始点为分界点分成两部分，按顺时针方向、逆时针方向计算后续离散点Ａｉ到邻近三角面片的最短距离，根据步骤Ｄ中离散点Ａｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）在工件局部坐标系下的坐标值关系，确定离散点Ａｉ＋１的邻近三角面片，重复步骤Ｆ直至终止点计算结束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种点到曲面最 短距离计算的方法，属于曲面数控加工

技术介绍
曲面数控加工中的加工刀位计算和干涉检查计算归结为求解点到曲面最短距离 问题。加工曲面离散成点云或者平面片，将点到曲面最短距离转化为点到点或者点到平面 片的最短距离，这种算法通用性很好，不存在迭代收敛问题。简单、快速成为点到曲面最短 距离计算方法的重要发展方向。现有技术中，点到曲面最短距离计算方法有多种方法。技术一，加工曲面离散成点云，计算点到点的距离，最终获得点到曲面最短距离。穷举法计算点到所有点的距离，取其最小距离为点到曲面最短距离。改进的穷举法计算点到刀具曲面在加工曲面投影区域包含的点的距离，取其最 小距离为点到曲面最短距离。其缺点为复杂曲面数据量较大，计算工作量较大。割草法曲面所有点按法矢量方向向外侧作长线段，刀具曲面裁断长线段，残留线 段长度即为刀具曲面到加工曲面的距离。其缺点为复杂曲面数据量较大，处理过程较复杂。技术二，加工曲面离散成平面片，计算点到平面片的距离，最终获得点到曲面最短 距离。穷举法计算点到所有三角面片的距离，取其最小距离为点到曲面最短距离。改进的穷举法计算点到刀具曲面在加工曲面投影区域包含和通过的三角面片的 距离，取其最小值为点到曲面最短距离。其缺点为大量明显的不可行解区域尚未排除，搜索区域大，降低计算速度。二叉树法先将加工平面分割成两个子平面，子平面分割越来越小，直至构造成一 个二叉树模型，搜索最近的三角面片，计算离散点与最近三角面片间的最近距离。其缺点为遍历搜索二叉树模型，搜索过程较长，处理数据量大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，从而计算刀具曲 面到加工曲面最短距离，解决数控加工刀位优化计算和干涉检查计算的求最短距离问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的，包括步骤A、按给定公差要求将加工曲面离散形成一系列三角面片，按先后顺序标记三角面 片序号，存储三角面片的顶点及单位法矢量信息；B、以刀具刀心点T。为坐标原点、以刀轴单位矢量T1为ζ坐标轴建立刀具坐标系，根据加工要求设定加工走刀方向，将刀轨离散成点，并以刀具刀触点为定位点定位刀具；C、按照精度要求将刀具曲面离散成多条曲线，按照计算步长将刀具曲面离散成多 个离散点，列出刀具坐标系下离散点坐标值关系；D、以刀具定位点Atl为计算初始点，判断点Atl所在三角面片的序号； E、三角面片顶点Ptl为坐标原点、单位法矢量Iitl为ζ坐标轴、建立工件局部坐标系， 将刀具坐标系的点转换到工件局部坐标系的点，其中转换矩阵为R ；F、以初始点所在三角面片为中心寻找邻近三角面片，排列邻近三角面片顺序，计 算离散点到加工曲面最短距离；G、将所有离散点以初始点为分界点分成两部分，按顺时针方向、逆时针方向计算 后续离散点Ai到邻近三角面片的最短距离，根据步骤D中离散点AiG = 1，2，3，...)在工 件局部坐标系下的坐标值关系，确定离散点Ai+1的邻近三角面片，重复步骤F直至终止点计 算结束。本专利技术一种，其优点及功效在于由于首先 利用刀具切触点确定第一个邻近三角面片区域，并根据经线法(纬线法)离散点的坐标值 关系确定离散点对应的邻近三角面片，按照给定三角面片排列顺序计算离散点到三角面片 的距离，从而确定点到曲面的最短距离。预先确定最短距离所在的最小初始范围，并按照给 定顺序计算点到三角面片的距离，减少了计算涉及到的三角面片数量，减少了处理数据量， 缩短了搜索过程，提高了曲面离散成三角面片计算点到曲面最短距离方法的计算速度。附图说明图la、lb为刀具曲面按照经线法或纬线法离散成曲线和点示意图；图2为本专利技术中判断初始点Atl所在三角面片序号方法示意图；图3为本专利技术中邻近三角面片的选取情况示意图；图4a、4b为本专利技术中18个邻近三角面片排列序号方法示意图；图5a、5b、5c为本专利技术判断投影点是否在三角面片内部示意图；图6a、6b为本专利技术中判断离散点N个邻近三角面片序号示意图；图7为本专利技术中离散点运算过程及方向示意图；图8a、8b为本专利技术中离散点超出曲面边界终止该方向运算示意图；图9为本专利技术中计算具体实施例的流程图。具体实施例方式本专利技术的，其较佳的具体实施方式是，包括 如下步骤步骤A、曲面离散公差ε和曲面曲率半径ru、rv，计算三角面片最大离散步长 Au = 2板ε-ε2、人=2^2rve-ε2，加工曲面按u方向离散形成num_Tu个点、ν方向离散形 成num_Tv点，离散点总数为Point_all = num_TuXnum_Tv,生成三角面片总数量为Tri_ all = 2X (num_Tu-l) X (num_Tv-l)，按先后顺序排列三角面片并标记序号Tri_num，存储 每个三角面片的三个顶点P。，P1, P2及其单位法矢量IV H1, n2。步骤B、以刀具刀心点T。为坐标原点、以刀轴单位矢量T1为ζ坐标轴建立刀具坐标系SyStem_t00l，刀具坐标系SyStem_t00l下的点坐标值记为(xt，yt，zt)；根据加工要求 设定加工走刀方向，将刀轨离散，第i行刀轨第j个离散刀触点记为CiijG =0,1,2,... ;j =0，1，2，...)，以刀具刀触点Ciij为定位点定位刀具。步骤C、先将刀具曲面按经线法或纬线法离散成i(i = 0，1，2，...)条曲线，如 图la、图Ib所示，再由三角面片的三角形边长Xu、入7判断经线(纬线)的离散步长 h = u2，并将第j条经线(纬线)离散成离散点AiJi = 0,1,2, ... ；j = 0,1, 2 ...)；其中步骤C中，根据刀具曲面离散的第j条曲线条件列出离散点Ai在刀具坐标系SyStem_t00l下的坐标值关系。若刀具曲面为圆环面，环心圆半径为R，小圆半径为r，以高度δ离散成jw条纬线，点為=== 士人 句，__2r2 -h2其中广=^R2±{r2 -(jw·Sf)，θ = arccos^ 2r );以角度P离散成J_j条经线，点'COS(力 P)，- sin(力 P), OV r· CosOj、 A1= sinO ,cos(7>),0 O。用同样方法列出其他形状的刀具曲面离散点Ai在,0,0,1儿 r·—刀具坐标系SyStem_t00l下的坐标值关系。步骤D、以离散点Atl (Utl，V0)为计算初始点，先判断点Atl所在三角面片的序号 Tri_num。如图2所示，根据条件点Atl包含于三角面片Tri_num内，S卩(i/num_Tu-l)彡U0 < (i+l/num_Tu-l)、(j/num_Tv-l) ^ v0 < (j+l/num_Tv-l)计算 i，j 的值，计算直线 L 的(j + \)/(num Tv-\)~j/(num Tv-l)斜率‘ /、.}，列出直线L的代数方程式并判断t的大小 [ι + \、/[num 一 Tu-Ij-i/[num_I w -Ij步骤E、三角面片顶点Ptl为坐标原点，单位法矢量Iitl为ζ坐标轴，若中心面片的原 序号Tri_nUm% 2 = 1(奇数)则单位化矢量PtlP1为χ坐标轴，若中心面片的原序号Tri_ num% 2 = 0 (偶数)则单位化矢量P1P2为χ坐标轴，单位化矢量IitlXpt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点到曲面距离计算的邻近三角形方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：Ａ、按给定公差要求将加工曲面离散形成一系列三角面片，按先后顺序标记三角面片序号，存储三角面片的顶点及单位法矢量信息；Ｂ、以刀具刀心点Ｔ↓［ｃ］为坐标原点、以刀轴单位矢量Ｔ↓［ｌ］为ｚ坐标轴建立刀具坐标系，根据加工要求设定加工走刀方向，将刀轨离散成点，并以刀具刀触点为定位点定位刀具；Ｃ、按照精度要求将刀具曲面离散成多条曲线，按照计算步长将刀具曲面离散成多个离散点，列出刀具坐标系下离散点坐标值关系；Ｄ、以刀具定位点Ａ↓［０］为计算初始点，判断点Ａ↓［０］所在三角面片的序号；Ｅ、三角面片顶点Ｐ↓［０］为坐标原点、单位法矢量ｎ↓［０］为ｚ坐标轴、建立工件局部坐标系，将刀具坐标系的点转换到工件局部坐标系的点，其中转换矩阵为Ｒ；Ｆ、以初始点所在三角面片为中心寻找邻近三角面片，排列邻近三角面片顺序，计算离散点到加工曲面最短距离；Ｇ、将所有离散点以初始点为分界点分成两部分，按顺时针方向、逆时针方向计算后续离散点Ａ↓［ｉ］到邻近三角面片的最短距离，根据步骤Ｄ中离散点Ａ↓［ｉ］（ｉ＝１，２，３，．．．）在工件局部坐标系下的坐标值关系，确定离散点Ａ↓［ｉ＋１］的邻近三角面片，重复步骤Ｆ直至终止点计算结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志同，焉嵩，宁涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]