[發明專利]基于曲率極大值優化的刀具軌跡光順方法和系統

在審

• 申請號: 202211474786.1
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN115857432A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 黃諾帝;華力;張楊;朱利民
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種基于曲率極大值優化的刀具軌跡光順方法和系統，包括：步驟1：計算組成刀具軌跡的離散點的離散曲率，根據離散曲率把原軌跡劃分為多條子軌跡；步驟2：優化子軌跡上的離散點位置，降低子軌跡的離散曲率極大值，得到優化后的新離散點；步驟3：對新離散點進行弦長參數化，求取其對應參數，并從中提取特征點，確定節點矢量，構造初始三次B樣條擬合曲線；步驟4：計算新離散點的擬合誤差，迭代增加、更新B樣條曲線的控制點，直到生成滿足公差要求的B樣條擬合曲線。本發明在保證離散點擬合精度的前提下，降低了B樣條擬合曲線的曲率極大值。

技術領域

本發明涉及刀具軌跡光順技術領域，具體地，涉及一種基于曲率極大值優化的刀具軌跡光順方法和系統。

背景技術

在數控加工中，大多數的刀具軌跡由大量線性路徑段組成，直接運行會導致在線性段交點處產生速度和加速度的波動甚至突變，降低加工效率和質量。目前主流的解決方法是在公差范圍內生成處處連續且光順的參數曲線加工路徑來取代原線性路徑，其中B樣條曲線在各種參數曲線中被應用得最為廣泛。因此其對于提高數控加工的加工質量和效率具有顯著意義，而選擇合適的B樣條光順方法對于提高B樣條加工路徑的質量更是至關重要。

目前有關刀具軌跡的B樣條光順方法可以局部光順和全局光順兩大類。局部光順方法主要在線性段拐角處插入滿足公差要求的B樣條曲線以光順尖角。該方法執行簡便，計算量小，但是光順后的加工路徑混合有線性段和B樣條曲線段，為數控系統的插補帶來難題。另外局部光順方法對微米尺度的尖銳拐角的光順效果不佳。全局光順方法利用一條B樣條曲線取代多段線性路徑，可進一步分為插值法和擬合法。其中利用插值法生成的B樣條曲線控制點數量與軌跡離散點數量相同，且會精確通過每一個離散點；擬合法允許用更少的控制點數生成B樣條曲線，并控制離散點到B樣條曲線的距離滿足公差。插值法和擬合法均關注軌跡離散點的擬合精度，忽略了點之間B樣條曲線的幾何信息，例如曲率分布、曲線到直線段的弓高誤差等等。然而B樣條曲線的曲率信息將直接影響數控系統對于B樣條刀具路徑的速度規劃與插補，并最終在加工效率與加工質量上得到反映，不應被忽視。

專利文獻CN114675601A(申請號為202210316526.5)公開了一種基于優勢點的線性刀軌的B樣條擬合方法，其先選取能體現軌跡幾何特征的優勢點，基于最小二乘擬合得到B樣條曲線，再通過增加優勢點修正B樣條曲線，使其滿足誤差要求。專利文獻CN114545863A(申請號為202210221917.9)公開了一種基于B樣條曲線擬合的數控加工的軌跡平滑方法，其根據軌跡離散點的曲率信息選擇特征點，并用三次B樣條曲線對特征點進行插值，通過增加插值點可以提高B樣條曲線的精度。上述兩種方法均側重于降低軌跡離散點的擬合誤差，未對B樣條曲線的曲率進行優化。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于曲率極大值優化的刀具軌跡光順方法和系統。

根據本發明提供的基于曲率極大值優化的刀具軌跡光順方法，包括：

步驟1：計算組成刀具軌跡的離散點的離散曲率，根據離散曲率把原軌跡劃分為多條子軌跡；

步驟2：優化子軌跡上的離散點位置，降低子軌跡的離散曲率極大值，得到優化后的新離散點；

步驟3：對新離散點進行弦長參數化，求取其對應參數，并從中提取特征點，確定節點矢量，構造初始三次B樣條擬合曲線；

步驟4：計算新離散點的擬合誤差，迭代增加、更新B樣條曲線的控制點，直到生成滿足公差要求的B樣條擬合曲線。

優選的，所述步驟1包括：

利用二階差商估計二階微商的方法求取離散點的離散曲率，設刀具軌跡上兩條相鄰線性段Q_j-1Q_j和Q_jQ_j+1包含三個離散點Q_j-1、Q_j、Q_j+1，則點Q_j的離散曲率為：