[發(fā)明專利]基于G2連續(xù)Bézier曲線的刀具軌跡壓縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310539076.7
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103631198A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢慶貞;王宇晗;朱利民;丁漢
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是將數(shù)控加工代碼中的線性刀具路徑壓縮為G2連續(xù)的Bézier曲線的方法，具體涉及基于G2連續(xù)Bézier曲線的刀具軌跡壓縮方法。

背景技術(shù)

在復(fù)雜曲面的數(shù)控加工中，首先通過CAD/CAM系統(tǒng)，依據(jù)一定的近似誤差，將待加工曲面轉(zhuǎn)化為連續(xù)的直線段，再將相應(yīng)的G01指令傳輸給CNC系統(tǒng)。這種基于眾多連續(xù)小線段描述曲線軌跡的方式存在眾多缺陷：(1)近似誤差對線段數(shù)量影響大。若精度要求高，CAD/CAM系統(tǒng)必須用大量微小的直線段逼近加工路徑，生成的NC文件比較龐大,增加了系統(tǒng)傳輸和處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)；(2)系統(tǒng)頻繁加減速降低了加工效率，產(chǎn)生的振動和沖擊也影響了加工質(zhì)量；(3)軌跡切向不連續(xù)，不平滑的加工路徑降低了表面質(zhì)量。因此，傳統(tǒng)的連續(xù)小線段插補(bǔ)模式不適用于高速高精的數(shù)控加工。

首先用參數(shù)曲線將連續(xù)微小路徑段進(jìn)行擬合，然后再插補(bǔ)運(yùn)算的方法被證明是一種非常有效的方法。為了滿足高速高精度的加工要求，由連續(xù)微小路徑段重新生成的理想路徑應(yīng)該具備以下幾個特征：約束逼近誤差使其滿足精度要求；切向和曲率連續(xù)；抑制刀路振蕩；控制曲率輪廓線，數(shù)據(jù)壓縮比高。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)了多種解決方法。一種方法是用過渡曲線銜接兩相鄰直線段（Q.Z.Bi,Y.Q.Jin,Y.H.Wan_g,L.M.Zhu,H.Din_g.An?anal_ytical?curvature-continuous?Bézier?transition?algorithm?for?high-speed?machining?of?a?linear?tool?path[J].International?Journal?of?Machine?Tools&Manufacture,57(2012)55–65）。該方法增加了數(shù)據(jù)量，增加了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。另一種方法是將一系列G01指令點(diǎn)擬合為一段光滑的NURBS（J.B.Wan_g,H.T.Yau.Real-time?NURBS?interpolator:application?to?short?linear?segments[J].The?International?Journal?of?Advanced?Manufacturin_g?Technolo_gy.41(2009)1169–1185）。但是NURBS存在一些不足：(1)遞歸算法的運(yùn)算量大，難以滿足系統(tǒng)對實時性的要求。(2)計算曲線弧長時采用的截斷Ta_ylor級數(shù)在高速高曲率的情況下會產(chǎn)生較大誤差。還有一種方法是將連續(xù)直線段轉(zhuǎn)化為3階Bézier曲線（H.T.Yau,J.B.Wan_g.Fast?Bézier?interpolator?with?real-time?look?ahead?function?for?high-accuracy?machining[J].International?Journal?of?Machine?Tools&Manufacture.47(2007)1518–1529）。但這種方法壓縮比低，且相鄰曲線間斜率和曲率不連續(xù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于G2連續(xù)Bézier曲線的刀具軌跡壓縮方法。本發(fā)明生成的加工路徑G2連續(xù)；每段Bézier曲線內(nèi)只有一個曲率極值點(diǎn)；數(shù)據(jù)壓縮率高；整個方法無迭代，實時性好；估計出的誤差和真實誤差非常接近，可以有效控制擬合精度，可以應(yīng)用于高速高精的數(shù)控加工中。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于G2連續(xù)Bézier曲線的刀具軌跡壓縮方法，包括如下步驟：

-連續(xù)小線段篩選步驟，通過所述連續(xù)小線段篩選步驟決定須要被壓縮的區(qū)域；

-擬合步驟，通過所述擬合步驟將各個區(qū)域內(nèi)的形值點(diǎn)擬合為3階Bézier曲線；

-誤差估計步驟，在所述擬合步驟執(zhí)行的同時由所述誤差估計步驟控制精度；

-過渡光順步驟，通過所述過渡光順步驟生成G2連續(xù)的光順加工路徑。

優(yōu)選地，所述連續(xù)小線段篩選步驟，具體為：

以相鄰線段之間的夾角和段長為判斷依據(jù)，將能夠被擬合為曲線的G01段定義為連續(xù)小線段，將不能被擬合進(jìn)曲線的形值點(diǎn)定義為斷點(diǎn)，斷點(diǎn)充當(dāng)Bézier曲線之間或曲線與直線段之間的連接點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述擬合步驟，具體為：