[发明专利]基于费马螺旋线的自由曲面球头刀具路径规划方法和系统

摘要

本发明公开了一种基于费马螺旋线的自由曲面球头刀具路径规划方法和系统，所述方法包括以下步骤：接收连通的自由曲面，计算距离标量场，所述距离标量场满足均匀残留高度约束；提取所述距离标量场中的等值线，生成连通费马螺旋线；在最大残留高度约束下，对生成的连通费马螺旋线进行平滑处理。本发明基于费马螺旋线，对于任意拓扑连通的自由曲面，生成连续不断且平滑、区域边界相关、残留高度分布均匀的球头刀精加工路径，能够在满足加工质量的前提下显著提升加工效率。

主权项

1.一种基于费马螺旋线的自由曲面球头刀具路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：接收连通的自由曲面，计算距离标量场，所述距离标量场满足均匀残留高度约束；提取所述距离标量场中的等值线，生成连通费马螺旋线；在最大残留高度约束下，对生成的连通费马螺旋线进行平滑处理；所述计算距离标量场具体包括：生成初始距离场；根据初始距离场计算残留高度相关的更新场；将更新场作为非均质描述，重新计算距离场；判断重新计算的距离场与前一次计算的距离场之间的变化量是否满足一定阈值，若不满足，再次计算更新场和距离场；所述计算残留高度相关的更新场具体包括：从初始距离场提取多个采样点，对于每个采样点，计算其梯度方向和方向曲率；根据所述方向曲率、预设的残留高度以及刀具参数，计算各采样点处的刀具路径间距，得到更新场；所述计算各采样点处的刀具路径间距公式如下：其中，h为输入的最大残留高度，R_cutter为球头刀刀头半径，G(p，Π)为通过点p垂直于路径Π的方向曲率，g(p，Π)为曲面采样点p在最大残留高度h约束下，通过刀具路径Π的路径间距；所述将更新场作为非均质描述，重新计算距离场具体包括：其中，A为描述三角面片面积的对角矩阵，A^‑1L_c定义了拉普拉斯矩阵，L_c描述了三角网格点邻接关系的对角矩阵，δ_γ为初始热量分布，H融合了更新场信息，具体方法为对于L_c的每一项乘以网格边顶点对应的路径间距g(p，Π)的平均值；所述提取所述距离标量场中的等值线，生成连通费马螺旋线具体包括：从残留高度相关的距离场中抽取等值线；采用斜线连接相邻等值线生成连通费马螺旋线；所述对生成的连通费马螺旋线进行平滑处理具体包括：在连通自由曲面上进行均匀采样；基于连通费马螺旋线各处的曲率动态选取路径采样点；计算每个曲面采样点到路径采样点距离，获取距离小于该曲面采样点处理想路径间距的曲面采样点，记为引力中心点；采用拉普拉斯平滑法对路径采样点进行迭代更新；所述拉普拉斯平滑法如下：其中，T_Smooth描述当前点x_i与其前后相邻点x_i‑1和x_i+1的差异，T_Attraction描述引力中心点对路径采样点的吸引作用力；T_Repulsion描述相邻路径上的采样点对路径采样点的排斥作用力；λ₁，λ₂，λ₃为各项权重，λ₁+λ₂+λ₃＝1.0。