[發明專利]點云五軸無全局干涉刀軸矢量可行域計算方法

有效

• 申請號: 201610289091.4
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105785919B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 劉威
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 徐萍

1.一種點云五軸無全局干涉刀軸矢量可行域計算方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1、輸入需要加工的點云模型和加工參數，規劃刀觸點軌跡，其中，輸入點云模型和加工參數包括行距、步長、柵格尺寸m_cell，輸入刀具類型和尺寸；

步驟1.1、將點云中的所有數據點根據坐標劃分到立方體小柵格中，任意一點(p_x,p_y,p_z)所在的柵格序列號(i,j,k)可由下式求出，

步驟1.2、通過行距規劃一組截平面與點云求交獲得交點點集，根據步長在交點點集中篩選出刀觸點；

步驟2、輸入可行域參數，規劃離散前傾角，在C-space中構造可行域；

步驟2.1、輸入可行域的前傾角α范圍[α_min,α_max]，最大為[0,π/2]，輸入前傾角間距值α_Δ；

步驟2.2、以下式計算前傾角間距最大允許值如果α_Δ大于可行域將不能真實反映實際的情況，應確保α_Δ小于等于按照間距值α_Δ將前傾角范圍進行等分獲得多個離散前傾角{α_i}，所有前傾角的無全局干涉旋轉角范圍組成可行域，

其中R為刀具半徑，r為圓環刀倒角半徑，L為刀具長度，刀具為球頭刀時R＝r，刀具為平底刀時r＝0；

步驟3、對刀觸點計算每個離散前傾角的無全局干涉旋轉角范圍；

步驟3.1、以第i行第j個刀觸點為例，獲取所有可能與刀具發生全局干涉的包含數據點的柵格，其序列號(X_index,Y_index,Z_index)需滿足下式；

其中(m,n,l)為點所在柵格的序列號；

步驟3.2、按照相鄰關系，將干涉柵格劃分為多個不相連的柵格集合

步驟3.3、以為原點構建局部坐標系O_LX_LY_LZ_L，其中Z_L軸方向向量k_L為P的切平面法矢，Y_L軸方向向量j_L為切平面和截平面的交線，X_L軸方向向量i_L＝j_L×k_L，任意一點P_i在局部坐標系下的坐標的可由下式計算出，

步驟3.4、以其中一個子集為例，由下式計算中每個柵格所對應的旋轉角值，其最大、最小值組成了近似的全局干涉旋轉角范圍(ω_min,ω_max)，其中x_M、y_M為柵格中心點的局部坐標；

步驟3.5、以多個離散前傾角中的任意一個前傾角α_i為例，分別對旋轉角ω_min和ω_max運用下式構造刀軸和

其中T為單位向量，P_CO為刀軸起點；

步驟3.6、運用下式計算柵格中心點M(x_M,y_M,z_M)到刀軸的垂足A(x_A,y_A,z_A)，如果則說明此柵格干涉，按此方法可計算出所有與和發生干涉的柵格，獲取柵格所包含的點和

步驟3.7、減小的旋轉角ω_min，令ω_min＝ω_min-π/180，并更新將中所有點代入上式替換M(x_M,y_M,z_M)，計算點到刀軸距離，如果大于R則說明點不干涉，并從中去除；同理，對則增大ω_max，令ω_max＝ω_max+π/180，并更新將代入上式，按照同樣方法將不干涉點從中去除；

步驟3.8、重復步驟3.7，直至再變化旋轉角就使得和成為空集，獲取此時的旋轉角ω_min和ω_max；

步驟3.9、將中任意點代入下式，可求出無全局干涉時的旋轉角ω_j，依次對中所有點計算，獲取它們的無全局干涉旋轉角最小值ω_MIN；同理，獲取中所有點無全局干涉旋轉角最大值ω_MAX，(ω_MIN,ω_MAX)在[-π,π]中的補集就是前傾角α_i的無干涉旋轉角范圍，

步驟3.10、與相同，按照步驟3.4到步驟3.9對中所有柵格子集計算出前傾角α_i的無干涉旋轉角范圍，它們的交集就是αi_i的最終無干涉旋轉角范圍，同理，可對其它前傾角求出旋轉角范圍，所有離散前傾角的無干涉旋轉角范圍組成了刀軸矢量可行域；

步驟4、所有離散前傾角的無全局干涉旋轉角范圍組成無干涉可行域，規劃出無干涉刀軌。