[發(fā)明專(zhuān)利]一種大型復(fù)雜曲面機(jī)器人自動(dòng)化表面加工自主分片方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910781669.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110488752B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶波;王乾杰;趙興煒;龔澤宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/4065
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/4065
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種大型復(fù)雜曲面機(jī)器人自動(dòng)化表面加工過(guò)程中曲面自主分片方法，首先根據(jù)表面加工方式構(gòu)建表面加工工藝模型，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的三角片面分片最大曲率閾值；以鄰三角面片的近似曲率為依據(jù)，對(duì)三角片面進(jìn)行初步分片；然后設(shè)定區(qū)域最大矢量偏角與曲面分片存貯面積最小占比，做好二次分片準(zhǔn)備；以?xún)?yōu)化面片的平均法向矢量為基礎(chǔ)，計(jì)算其它鄰接三角面片與該平均法向矢量的偏角，將小于區(qū)域最大矢量偏角的所述鄰接三角面片連接入優(yōu)化面片，實(shí)現(xiàn)二次分片，并剔除區(qū)域面積與曲面模型面積比值不滿(mǎn)足要求的優(yōu)化面片，輸出最終曲面分片結(jié)果。本發(fā)明本的方法魯棒性好，顯著減少手動(dòng)調(diào)整需求，具有良好結(jié)果一致性和加工可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字化制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型復(fù)雜曲面機(jī)器人自動(dòng)化表面加工過(guò)程中曲面自主分片方法。

背景技術(shù)

三角網(wǎng)格模型在建模與圖形學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，可用來(lái)模擬復(fù)雜的物體表面，在對(duì)表面特征復(fù)雜的模型進(jìn)行處理的過(guò)程中，使用三角網(wǎng)格模型進(jìn)行操作可以很大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的簡(jiǎn)化，方便對(duì)模型的表面特征進(jìn)行分析處理。在針對(duì)大型復(fù)雜曲面構(gòu)件，如風(fēng)電葉片、飛機(jī)蒙皮等，進(jìn)行加工工藝規(guī)劃的過(guò)程中，需要考慮其表面特征，根據(jù)曲面信息對(duì)模型待加工表面進(jìn)行加工區(qū)域劃分。

目前針對(duì)曲面加工的加工區(qū)域劃分方法主要有兩種，一種是使用工具末端加工范圍與工件求交的截面法，但截面法在操作的過(guò)程中并未考慮工件的表面特征，在極端情況下甚至可能出現(xiàn)分片結(jié)果中存在內(nèi)陷或閉角特征，導(dǎo)致加工過(guò)程中出現(xiàn)干涉、過(guò)切等問(wèn)題；另一種是基于三角網(wǎng)格模型的特征，根據(jù)曲面三角網(wǎng)格模型中的三角面片法向矢量偏角對(duì)模型表面進(jìn)行分片，此方法可以一定程度規(guī)避截面法中存在的問(wèn)題，提取模型的表面特征，但此方法并未考慮表面加工過(guò)程中曲率對(duì)加工質(zhì)量的影響，且分片結(jié)果可能面積小、數(shù)量多，缺乏優(yōu)化步驟，仍需操作人員手動(dòng)對(duì)分片結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜上所述，針對(duì)大型復(fù)雜曲面的機(jī)器人加工自動(dòng)化規(guī)劃，尚缺少一種通用的自主的加工區(qū)域劃分方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種大型復(fù)雜曲面機(jī)器人自動(dòng)化表面加工過(guò)程中曲面自主分片方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

提供一種大型復(fù)雜曲面機(jī)器人自動(dòng)化表面加工過(guò)程中曲面自主分片方法，包括以下步驟:

Step1、根據(jù)表面加工方式構(gòu)建表面加工工藝模型，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的三角片面分片最大曲率閾值；

Step2、以曲面三角網(wǎng)格模型中的三角面片的法向矢量偏角與質(zhì)心間距計(jì)算相鄰三角面片的曲率，將小于所述最大曲率閾值的三角片面歸入一個(gè)組合面片，完成對(duì)曲面的初步分片；

Step3、根據(jù)表面加工工藝模型，設(shè)定區(qū)域最大矢量偏角與曲面分片存貯面積最小占比；

Step4、計(jì)算所述組合面片中和優(yōu)化面片的邊界三角面片鄰接的三角面片與優(yōu)化面片的平均法向矢量n_avg的偏角，將所述偏角小于區(qū)域最大矢量偏角的所述鄰接三角面片連接入優(yōu)化面片，實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面初步分片結(jié)果進(jìn)行二次分片，二次分片結(jié)束后計(jì)算所有優(yōu)化面片的區(qū)域面積與曲面模型面積比值，剔除所述比值小于曲面分片存貯面積最小占比的優(yōu)化面片，輸出最終曲面分片結(jié)果。

接上述技術(shù)方案，所述表面加工方式為表面磨削加工和表面噴涂加工，所述表面加工工藝模型分為表面磨削加工工藝模型和表面噴涂加工工藝模型。

接上述技術(shù)方案，所述表面磨削加工工藝模型的曲面分片最大曲率閾值κ_max設(shè)置依據(jù)如下，

其中，δ為打磨區(qū)域最小壓強(qiáng)與最大壓強(qiáng)的比值，d為壓痕深度，L_c為磨削加工接觸寬度。