[發明專利]一種基于NURBS的小線段加工方法

在審

• 申請號: 202010877016.6
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112015142A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 張輝;陳利敏;吳然;魏旭東;崔筱瑋;徐賽培;謝凱
• 申請（專利權）人: 無錫信捷電氣股份有限公司
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 趙芳蕾

本發明公開了一種基于NURBS的小線段加工方法，涉及自動化控制技術領域，通過對小線段采用全局逼近算法進行NURBS曲線擬合，將數據點中的冗余點過濾除去，進行特征分段，解決了小線段數量大而處理復雜、加工時頻繁啟停的問題，進而提高加工速度；將擬合的NURBS曲線采用基于S曲線的加減速算法進行速度規劃，利用泰勒算法進行插補運算，對計算的進給速度進行處理，利用每個插補周期內中間時刻所對應的速度來代替初始時刻的速度，減少了離散后的速度誤差，平滑各軸的運動速度，提高插補精度。

技術領域

本發明涉及自動化控制控制技術領域，尤其是一種基于NURBS的小線段加工方法。

背景技術

數控加工的刀具軌跡大多數是自由曲線且形狀復雜，傳統加工方式是通過CAM軟件處理得到大量微小線段軌跡點，然后調用直線圓弧指令進行加工(如一種適用于數控裝置刀具的小線段的速度曲線規劃方法，公開號：CN108303952A)，但是由于需要頻繁啟停，引起起床震動，導致加工效率低和加工質量差等問題。由于NURBS(non-uniform rational B-spline)曲線能夠精確的表示自由曲線或曲面，可極大的提高零件加工質量和效率，(如一種基于NURBS的空間自由曲線擬合方法，公開號：CN106959666A；如數控系統、具有存儲功能的裝置及NURBS曲線插補方法，公開號：CN109416529A)。小線段有大量的數據點，但是不對小線段進行區分，中間夾雜的有些直線段不需要進行擬合，擬合后反而會增大速度誤差；而NURBS曲線插補的速度不處理直接使用可能會增大離散化后的速度誤差。

鑒于上述情況，急需一種新的技術方案來解決上述問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種基于NURBS的小線段加工方法，通過對小線段采用全局逼近算法進行NURBS曲線擬合，將數據點中的冗余點過濾除去，進行特征分段，解決了小線段數量大而處理復雜、加工時頻繁啟停的問題，進而提高加工速度；將擬合的NURBS曲線采用基于S曲線的加減速算法進行速度規劃，利用泰勒算法進行插補運算，對計算的進給速度進行處理，利用每個插補周期內中間時刻所對應的速度來代替初始時刻的速度，減少了離散后的速度誤差，平滑各軸的運動速度，提高插補精度。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種基于NURBS的小線段加工方法，包括如下步驟：

步驟(1)獲取小線段點的位置信息數據，通過特征分段，得到微小線段；

步驟(2)采用全局逼近算法對步驟(1)中的所述微小線段進行NURBS曲線擬合，得NURBS曲線；

步驟(3)通過曲率極大值點對所述NURBS曲線進行分段，并計算所述曲率極大值點對應的速度約束值；

步驟(4)通過自適應辛普森算法求解步驟(3)中每段所述NURBS曲線的弧長，并對所述速度約束值進行前瞻驗證；

步驟(5)根據步驟(4)中的所述弧長和前瞻驗證后的速度約束值，通過S曲線加減速規劃，獲得進給速度的連續曲線；利用每個插補周期內中間時刻所對應的速度代替初始速度，得到單個插補周期的速度，并利用泰勒算法繼續計算下一個插補點的位置，并繼續下一步驟。

步驟(6)判斷本段曲線是否是最后一個插補段；若不是則返回步驟(5)操作下一段曲線；若是，則結束。

優選的，所述步驟(1)具體為：獲取小線段點位置信息數據，將數據點中的冗余點過濾除去，進行特征分段，先設置相鄰線段之間的角度變化最大閾值，和最大長度閾值分類，將小線段點分為兩類：長直線段和待擬合的曲線，所述待擬合的曲線即為微小線段。