[发明专利]点云五轴无全局干涉刀轴矢量可行域计算方法

摘要

本发明公开了一种点云五轴无全局干涉刀轴矢量可行域计算方法，包括如下步骤：输入待加工的点云模型，设置加工刀具、行距、步长等信息并规划刀触点；设置可行域中前倾角的范围和间距值，计算出所有离散前倾角数值；对每个前倾角计算无全局干涉旋转角范围，先计算出近似值，再计算出理论值；获取所有前倾角的无干涉旋转角范围，组成无全局干涉刀轴矢量可行域。通过上述方式，本发明提供了点云五轴无全局干涉刀轴矢量可行域计算方法，实现了直接对点云计算出无全局干涉刀轴矢量可行域，可以高效计算出精确的可行域，并规划出无干涉加工刀轨。 1

主权项

1.一种点云五轴无全局干涉刀轴矢量可行域计算方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1、输入需要加工的点云模型和加工参数，规划刀触点轨迹，其中，输入点云模型和加工参数包括行距、步长、栅格尺寸mcell，输入刀具类型和尺寸；步骤1.1、将点云中的所有数据点根据坐标划分到立方体小栅格中，任意一点(px,py,pz)所在的栅格序列号(i,j,k)可由下式求出，步骤1.2、通过行距规划一组截平面与点云求交获得交点点集，根据步长在交点点集中筛选出刀触点；步骤2、输入可行域参数，规划离散前倾角，在C‑space中构造可行域；步骤2.1、输入可行域的前倾角α范围[αmin,αmax]，最大为[0,π/2]，输入前倾角间距值αΔ；步骤2.2、以下式计算前倾角间距最大允许值如果α_Δ大于可行域将不能真实反映实际的情况，应确保α_Δ小于等于按照间距值α_Δ将前倾角范围进行等分获得多个离散前倾角{α_i}，所有前倾角的无全局干涉旋转角范围组成可行域，其中R为刀具半径，r为圆环刀倒角半径，L为刀具长度，刀具为球头刀时R＝r，刀具为平底刀时r＝0；步骤3、对刀触点计算每个离散前倾角的无全局干涉旋转角范围；步骤3.1、以第i行第j个刀触点为例，获取所有可能与刀具发生全局干涉的包含数据点的栅格，其序列号(X_index,Y_index,Z_index)需满足下式；其中(m,n,l)为点所在栅格的序列号；步骤3.2、按照相邻关系，将干涉栅格划分为多个不相连的栅格集合步骤3.3、以为原点构建局部坐标系O_LX_LY_LZ_L，其中Z_L轴方向向量k_L为P的切平面法矢，Y_L轴方向向量j_L为切平面和截平面的交线，X_L轴方向向量i_L＝j_L×k_L，任意一点P_i在局部坐标系下的坐标的可由下式计算出，步骤3.4、以其中一个子集为例，由下式计算中每个栅格所对应的旋转角值，其最大、最小值组成了近似的全局干涉旋转角范围(ω_min,ω_max)，其中x_M、y_M为栅格中心点的局部坐标；步骤3.5、以多个离散前倾角中的任意一个前倾角α_i为例，分别对旋转角ω_min和ω_max运用下式构造刀轴和其中T为单位向量，PCO为刀轴起点；步骤3.6、运用下式计算栅格中心点M(x_M,y_M,z_M)到刀轴的垂足A(x_A,y_A,z_A)，如果则说明此栅格干涉，按此方法可计算出所有与和发生干涉的栅格，获取栅格所包含的点和步骤3.7、减小的旋转角ω_min，令ω_min＝ω_min‑π/180，并更新将中所有点代入上式替换M(x_M,y_M,z_M)，计算点到刀轴距离，如果大于R则说明点不干涉，并从中去除；同理，对则增大ω_max，令ω_max＝ω_max+π/180，并更新将代入上式，按照同样方法将不干涉点从中去除；步骤3.8、重复步骤3.7，直至再变化旋转角就使得和成为空集，获取此时的旋转角ω_min和ω_max；步骤3.9、将中任意点代入下式，可求出无全局干涉时的旋转角ω_j，依次对中所有点计算，获取它们的无全局干涉旋转角最小值ω_MIN；同理，获取中所有点无全局干涉旋转角最大值ω_MAX，(ω_MIN,ω_MAX)在[‑π,π]中的补集就是前倾角α_i的无干涉旋转角范围，步骤3.10、与相同，按照步骤3.4到步骤3.9对中所有栅格子集计算出前倾角α_i的无干涉旋转角范围，它们的交集就是αi_i的最终无干涉旋转角范围，同理，可对其它前倾角求出旋转角范围，所有离散前倾角的无干涉旋转角范围组成了刀轴矢量可行域；步骤4、所有离散前倾角的无全局干涉旋转角范围组成无干涉可行域，规划出无干涉刀轨。