[發明專利]一種指令點糾正平滑處理方法

有效

• 申請號: 201810695507.1
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108628255B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 孫樹杰;劉俞斌;張云鵬
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種指令點糾正平滑處理方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)圓弧糾正對擬合區域中的指令點進行糾正，并將刀具路徑上的指令點劃分擬合區域，

(11)圓弧糾正具體如下：

由刀具路徑獲得經過3個連續指令點P_i-1、P_i、P_i+1的圓弧及圓弧的半徑R和圓心坐標O，然后，圓心坐標不變，半徑R減少一個加工方要求的最大輪廓誤差值E得到新圓弧，以及新圓弧與3個連續指令點對應的刀具路徑的交點Q_2i、Q_2i+1，該交點為糾正后的指令點，刪除指令點P_i，處理后的刀具路徑上的新指令點為P_i-1、Q_2i、Q_2i+1、P_i+1，獲得的新指令點使得擬合區域的指令點更加平滑；

(12)刀具路徑上的指令點劃分擬合區域，

將步驟(11)圓弧糾正后獲得的新指令點序列上的指令點依次重新命名為P_i(i＝0....n)，其中n為刀具路徑經過圓弧糾正后的指令點個數，然后，判斷新指令點序列的擬合區域，具體如下：

刀具路徑上存在三個連續指令點P_i-1、P_i、P_i+1，θ_i為P_i-1P_i與P_iP_i+1之間的夾角，R為經過P_i-1,P_i和P_i+1三個指點的圓弧的半徑，O為該圓弧的圓心，線段P_i-1P_i的長度為l_i-1，線段P_iP_i+1的長度為l_i，為∠P_i-1OP_i的一半，為∠P_iOP_i+1的一半，圓O上的弦線P_i-1P_i對應的弦高為δ_i-1，弦線P_iP_i+1對應的弦高為δ_i，弦高δ_i-1與δ_i表示加工過程中的誤差，其表達式如下所示：

其中，

E為加工方要求的最大加工輪廓誤差，

如果δ_i-1與δ_i的值小于E，

則指令點P_i-1,P_i和P_i+1為擬合區域中的指令點；

(2)對刀具路徑上擬合區域的指令點進行進一步的糾正，具體步驟如下：(21)對刀具路徑擬合區域的指令點劃分方向段，如下步驟：

P_i-1、P_i和P_i+1為刀具路徑的AB段上的三個連續指令點，向量與向量叉積的方向向量定義為稱之為刀具路徑AB的方向向量；Q_i-1、Q_i和Q_i+1為刀具路徑的BC段上的三個連續指令點，向量與向量叉積的方向向量定義為稱之為刀具路徑段BC的方向向量，

向量與向量之間的夾角為π，

則P_i-1、P_i、P_i+1和Q_i-1、Q_i、Q_i+1在同一個方向段上，

否則P_i-1、P_i、P_i+1和Q_i-1、Q_i、Q_i+1分別在兩個不同的方向段上，

方向段劃分的具體步驟如下：

M_i、M_i+1、M_i+2和M_i+3為刀具路徑上擬合區域中的任意四個連續指令點，M₁為連續刀具路徑的第一個指令點，則連續刀具路徑段分段過程的步驟如下：

1)令i＝1，

2)計算向量

3)如果則M_i+2為相鄰方向段的分割指令點，令i＝i+2，如果i＜n-3返回步驟2)，開始新一輪的分段過程，如果i≥n-3，則結束分段過程；

4)如果則M_i+2不是相鄰方向段的分割指令點，如果i＜n-3，先令i＝i+1，其中，n為連續刀具路徑上的指令點個數，然后，返回步驟2)，開始新一輪的分段過程，

如果i≥n-3，則結束分段過程；

(22)對指令點擬合，具體步驟如下：

M_i(i＝1...n)為一個方向段內的指令點，C(u)為擬合產生的曲線，其表達式如下：

C(u)＝Au³+Bu²+Cu+Du∈[0,1] (3)

系數A、B、C和D的計算步驟如下：

1)根據M₁、M₂、M₃和M₄計算M₁點處的切向量C(0)'，

A:向心參數化對點M₁、M₂、M₃和M₄進行參數化，即：

其中，u_i為指令點P_i處的參數值，l_i-1和l_j-1分別為線段和的長度，

B:假設過點M₁、M₂、M₃和M₄的三次樣條曲線為C₁(u)，表達式如下所示：

C₁(u)＝A₁u³+B₁u²+C₁u+d₁ (5)

其中，A₁、B₁、C₁和d₁的值如下所示：

C:則M₁點處的切向量表的值為：C(0)'＝C₁，

2)按照1)的相同步驟求出點M_n處的切向量C(1)'；

3)則系數A、B、C和D的表達式如下：

(23)根據系統允許的加工誤差E和擬合曲線的參數u，計算修正后的指令點，

方向段內的指令點M_mid經過三次樣條擬合糾正后的指令點為M'_mid，

M'_mid的計算步驟如下所示：

A向心參數化計算方向段內指令點的參數，其中，定義M_mid處的參數為s_mid，

B計算向量與C'(u_mid)間的夾角α，

如果α＝π/2，

M'_mid＝M_mid，糾正后的指令點M'_mid的計算過程結束，執行步驟E，

C如果α＜π/2，

確定修正后指令點對應參數所在的區間[s'_{mid_left},s'_{mid_left}]，其中，s'_{mid_left}＝s_mid，s′_{mid_right}＝1,

如果α＞π/2，確定修正后指令點對應參數所在的區間[s'_{mid_left},s'_{mid_left}]，其中，s′_{mid_left}＝0，s′_{mid_right}＝s_mid

D然后在區間[s'_{mid_left},s'_{mid_left}]上，對步驟B和步驟C遞歸計算M'_mid的位置，直到參數u使α＝π/2成立，此時參數u對應的點即為M'_mid，

E如果|M_midM'_mid|＜E成立，則M'_mid為M_mid修正后的指令點，否則指令點M_mid不可修正，E為加工方要求的最大加工輪廓誤差；

(3)NURBS曲線對擬合區域的指令點進行平滑處理，NURBS曲線控制點的具體步驟如下：

經過三次樣條糾正后的指令點為M′_i，i∈[0,....,sum]，sum+1為糾正后指令點的個數，

令P₀＝M'₀，P_n＝M′_sum，其中，P₀表示第一個控制，P_n表示第二個控制點，對M′_i向心參數化，對M′_i進行NURBS曲線擬合，擬合曲線剩余的控制點(P₁...P_n-1)如下所示：

P＝(N₁^TN₁)^-1R (7)

其中，為基函數，

P＝[P₁ … P_(n-1)]^T，

獲得的控制點(P₀...P_n)即唯一確定指令點平滑后的NURBS曲線，保證刀具路徑斜率和曲率連續。