[发明专利]一种基于测量数据的刀具轨迹直接生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造工程领域，特别涉及由测量数据进行实物反求的方法以及数控机床加工中刀具轨迹的优化方法。

背景技术

逆向工程是实现复杂产品批量生产，快速吸收国外先进技术并实现再创新、再设计的重要手段，随着测量技术和制造技术尤其是以数控机床为代表技术的快速发展，测量与制造的精度与效率不断提高，逆向工程与数控加工的集成成为复杂产品的快速制造最具潜力的方式。如何从逆向工程的原始测量数据得到数控加工中所必须的刀具轨迹成为有效实现这种集成的关键问题，传统的处理方法是：通过对测量数据进行一定的预处理，如数据精简、降噪以及分块等，重构出零件的CAD模型，然后依据CAD模型进行加工轨迹规划及后续加工。这种方法经过近几十年的发展已经较为成熟，但是也存在着比较严重的问题：根据测量数据重构零件的曲面模型是一个非常繁琐且费时的工作，具有很强的主观性，不同的操作人员针对同样的测量数据得到的结果差别可能很大，操作人员的主观失误可能导致使用精度较高的测量数据也不能得到满意的结果，而对于精度较低的测量数据，即使专业的建模人员也难以得到理想的建模结果，这就导致了传统的逆向工程难以推广应用以及更进一步的发展。对于自动化程度日益提高的制造领域来说，必须寻求一种有效的解决办法来实现逆向工程与数控技术的无缝结合。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于测量数据的刀具轨迹直接生成方法，以解决现有技术存在的问题。针对散乱的测量数据，通过对点云的偏置，结合建立的参考曲面采用有向投影的方法直接生成数控加工的刀具轨迹，避免了传统逆向工程中复杂的曲面建模过程，解决了逆向工程与数控加工集成中的关键问题，从而提高生产效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种基于测量数据的刀具轨迹直接生成方法，包括以下步骤：

步骤一，对测量数据形成的点云中的每一点沿其法向量方向进行偏置来实现点云的整体偏置；

步骤二，根据偏置后的点云的形状及大小构造参考曲面并在参考曲面上规划刀具轨迹；

步骤三，采用有向投影的方法将参考曲面上每条刀具轨迹上的采样点投影到偏置的点云上，得到对应的投影点，这些点作为初始的刀位点；

步骤四，将每一条刀具轨迹对应的初始刀位点采用分段三次Bezier曲线进行拟合；

步骤五，对步骤四中的拟合曲线采用等弧长的方式重新采样生成自适应的采样点；

步骤六，依据曲面的连续性，对步骤五中的每一个采样点利用最小二乘法进行修正，得到最终的刀位点。

本发明进一步的改进在于，所述基于测量数据的刀具轨迹直接生成方法还包括以下步骤：步骤七，将步骤六中得到的最终的刀位点信息输入到CAM软件中生成用于实际加工的数控程序。

本发明进一步的改进在于，步骤一中，偏置的距离为球头刀具的半径值，通过构造局部曲面来验证偏置点云中的自交点并进行剔除，采用球形插值的方法来填补出现的点云漏洞。

本发明进一步的改进在于，步骤二中，参考曲面为平面或圆柱面；采用垂直于参考平面或者参考曲面的回转轴的等间距平面簇与参考面相交得到刀具轨迹，采用均匀分布的方式在刀具轨迹上布置采样点。

本发明进一步的改进在于，步骤二中，非封闭的点云曲面采用平面作为参考曲面，封闭的点云曲面或者具有回转特征的点云曲面采用回转面作为参考曲面。

本发明进一步的改进在于，步骤一中所述测量数据通过非接触测量设备测量待加工件得到。

本发明进一步的改进在于，所述非接触测量设备为激光干涉仪。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明实现了由测量数据直接生成刀具轨迹的目标，从而解决了逆向工程与数控技术集成中的关键问题。通过直接偏置点的方法实现点云曲面的偏置从而避免了刀具半径补偿的问题；采用有向投影的方法，将简单参考曲面上的规则刀具轨迹点投影到点云表示的曲面上得到刀位点信息，避免了复杂曲面重构的繁琐过程，不仅使算法的通用性得到提高，而且便于实现自动化生产；通过分段三次Bezier曲线拟合以及等弧长分割的方法得到自适应的刀具轨迹，从而保证了加工过程中的稳定性；所采用的移动最小二乘法拟合使得算法对于包含噪声的数据也能取得较好的效果。

附图说明

图1是基于测量数据的自适应刀具轨迹直接生成的流程图；