[发明专利]一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法

权利要求书

1.一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、选取参数增量Δu、Δv，将NURBS参数曲面S(u，v)离散成三维曲面点云P_i(x，y，z)，并分别计算各个离散点位置的法向矢量n_i＝(n_x，n_y，n_z)、高斯曲率H_i、平均曲率K_i，并构建曲面几何特征点八维样本空间F_i＝(x，y，z，n_x，n_y，n_z，H，K)；

S2、首先采用减法聚类算法获得点云分块数量N和初始聚类中心c_i，其中，i＝1，2，…，N，然后采用模糊C均值聚类算法优化初始聚类中心的位置，并获得精确的曲面三维点云分块(x，y，z)和精确的聚类中心；

S3、根据曲面三维点云分块(x，y，z)对应的二维uv参数分块，提取二维uv参数点云边界，并根据优化得到简化的边界多边形；

S4、先根据离散的三维曲面点云P_i(x，y，z)，连接每相邻的四个点构建四边形小面片，再计算通过聚类中心的水平面Z＝c与各个四边形小面片的四条边的交点，然后将两交点连接形成线段，并将同一水平面Z＝c上所有的线段按照首尾相连依次排序，构成通过聚类中心的等高线；

S5、根据等高线与边界多边形的交点数量，将等高线分解为多段，将在边界多边形内部的作为种子轨迹，在边界多边形之外的部分移除；

S6、根据曲面横焊姿态下采用的焊接参数和曲面局部倾角，计算任意倾角横焊位姿搭接间距；

S7、以步骤S5中获得的种子轨迹为基线，以步骤S6中获得的任意倾角横焊位姿搭接间距作为偏置距离，计算基线上各点对应的偏置点，作为下一条轨迹的关键点，重复执行，直至覆盖各个曲面三维点云分块(x，y，z)。

2.根据权利要求1所述的一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于：步骤S2中，点云分块数量N通过决定系数δ控制，其中0＜δ＜1。

3.根据权利要求1所述的一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于：

步骤S3中，采用Alpha Shapes算法提取二维uv参数边界多边形；

在二维uv参数平面内，每相邻的四个点构成一个方格，方格存在于三个相邻边界多边形之间，为三个边界多边形共享，即四个顶点分别属于三个边界多边形，称之为三通格，其方格中心点称之为三通点；方格存在于四个相邻边界多边形之间，为四个边界多边形共享，即四个顶点分别属于四个边界多边形，称之为四通格，其方格中心称之为四通点；位于二维uv参数平面四个角上的方格顶点称之为角顶点，位于二维uv参数平面边界上且为两边界多边形所共有称之为边缘点；

依次连接曲面三维点云分块(x，y，z)中的三通点、四通点、角顶点、边缘点，获得简化的边界多边形。

4.根据权利要求1所述的一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于：

步骤S4中，水平面Z＝c与线段{(X₁，Y₁，Z₁)，(X₂，Y₂，Z₂)}的交点通过式(1)计算：

式(1)中，X_c为交点的X坐标值；Y_c为交点的Y坐标值；λ为系数。

5.根据权利要求1所述的一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于：步骤S5中，先将种子轨迹映射至二维uv参数平面，再通过NURBS曲线进行拟合，然后通过等弓高误差方法离散，获得满足离散精度ε＝0.01要求的离散点，以该离散点序列作为当前种子轨迹。

6.根据权利要求1所述的一种复杂曲面全局横焊位姿随形电弧增材轨迹规划方法，其特征在于：步骤S5中，在二维uv参数平面内，计算等高线与边界多边形的相交情况，当存在端点在边界多边形内部时，延长端点线段至与边界相交。