申请/专利权人：中国科学院大学

申请日：2024-01-15

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117891207A

主分类号：G05B19/19

分类号：G05B19/19;G05B19/4097

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.03#实质审查的生效;2024.04.16#公开

摘要：本说明书实施例公开了一种针对逆向工程的数控刀路生成方法，本申请技术方案提出了专门针对逆向工程加工的“一刀流”数控刀路生成，通过引入新的样条工具：G‑nurbs来拟合工件，在提升工件表面光滑度的同时，精确表示C0连续尖锐特征。通过建立曲面片之间的加权图并计算得到其最小生成树，给出单终起点的连通费马螺旋线，从而实现高精高效的“一刀流”数控刀具路径的生成。

主权项：1.一种针对逆向工程的数控刀路生成方法，其特征在于，所述方法包括：获取输入数据以及初始控制点网格，具体包括：使用三维激光扫描仪对目标实体零件进行扫描，得到所述目标实体零件的点云数据，基于所述点云数据生成对应的三角网格和四边形网格，其中，所述目标实体零件为待进行批量生产的零件，对所述三角网格进行去噪处理得到去噪处理后的三角网格；使用G-nurbs曲面对所述去噪处理后的三角网格进行曲面拟合，具体包括：使用所述四边形网格作为初始控制点网格，对所述四边形网格进行整体细分，使用SDM方法对网格优化，缩小拟合误差；修改平方距离方法SDM的局部二次逼近来迭代优化控制点的坐标，借用曲率引导T-样条曲面拟合的策略，结合曲率和点拟合误差来构建新的能量函数，在公式1的基础上，针对定义在R6空间中输入三角网格顶点Pi与拟合曲面的距离误差distPi,Su,v，额外乘上一个法曲率引导系数κi： 其中，符号κi表示顶点Pi在三角网格上的离散绝对曲率，定义为两个主曲率的绝对值之和，符号κmax与κmin分别表示三角网格顶点上的最大、最小离散绝对曲率；使用离散曲率来识别三角形网格上属于尖锐特征的顶点，之后，对于这些尖锐特征上的顶点，调整SDM方法中脚点的计算，将尖锐特征顶点的脚点限制在控制点网格用于表示尖锐特征的四边形面片边界上；对拟合后的G-nurbs控制点网格进行最优曲面分片，为了在加工过程中有效保留所述目标实体零件的尖锐特征，期望加工刀头沿着平行于尖锐特征的方向行进，而不是沿着与尖锐特征交叉的方向，将四边形网格进行分片处理，使得尖锐特征位于分片曲面的边界处，之后，在每个曲面片上生成具有平行轮廓的刀具路径，下面介绍使用最小生成树的分片算法，并给出一个新的定义：定义一：一个四边形网格面片Ei被称为是尖锐高度场SHF，当且仅当满足以下条件：1）.Ei整体上是四边形的；2）.Ei不存在奇异点；3）.尖锐特征位于其网格边界；目标是将控制点网格分割成若干个SHF，同时使用图论的方法控制分片数量： 其中，符号Ei是从给定网格分割生成的SHF；对网格进行分片后，需要在每一个SHF上生成满足高精加工的刀具路径，在定义一中，条件1和条件2便于后续的各SHF重参数化，从而确定所述目标实体零件曲面的精确一阶和二阶微分信息；条件3是为了在后续加工过程中保留所述目标实体零件本身的尖锐几何特征，具体分片算法包含以下三个步骤：1）.使用K-means聚类算法去除网格中的工件底座；2）.根据奇异点和尖锐特征的位置关系构建网格的加权连通图，计算其最小生成树，确定奇异点的最优连接关系；3）.根据特定优先级确定裁剪边，将网格划分为若干个SHF；3）.曲面片之间的最优连接关系；选择求解连通加权图的最小生成树MST来确定曲面片之间的最优连接关系；对于分片后的结果，令各曲面片为加权图的顶点，根据其邻接关系建立加权图的边；根据实际加工习惯，要避开凹角加工以防止过切或不必要的刀具碰撞；因此，如果两个曲面片之间相邻的边界存在凹角，为其对应的连通图的边赋予数值大于第一预定阈值的权重，为了在实际加工时不破坏所述目标实体零件的几何特征，为邻接的尖锐边赋予数值大于第二预定阈值的权重，以避免刀路与尖锐特征发生交叉；针对曲面片之间的连通图定义如下边权重： 其中，Ξ是属于该条加权图连接边的四边形面片边界的集合；lengthi是四边形面片的边界长度；θi为边界相邻两个四边形面片的法向量夹角，以使得曲面片在平坦的，长度较长的相邻边界上建立连接关系，之后，使用Kruskal贪心算法求解其MST；为各个曲面片生成满足残高约束的路径网格，G-nurbs在每个四边形面片上定义了一个Bézier曲面，拥有一个单独的[0,1]2参数域，由于分片结果满足整体上是四边形的条件，因此利用各个四边形面片边界的长度信息将曲面片重参数化成一个整体[0,1]2域，之后依据残高约束对各曲面片生成路径参数线网格；在边界处，根据凹凸性质定义不同的偏移量：在凹边处，为了防止过切，定义偏移量为球头刀的半径；在平坦边以及凸边处，定义基于残高上限的二分之1的偏移量；将MST具象化，基于深度优先搜索的策略，依次遍历各个叶子节点，最终回到根节点，构建“一刀流”路径；提取各个曲面片的最外层轮廓线，依据同样的遍历方式，将各个轮廓线连接成一条曲线，从而构建刀具路径的总体骨架；基于螺旋线的曲面内部填充，具体包括：为了满足“一刀流”约束，引入费马螺旋线FS去填充各曲面片内部区域，强制规定各个FS的终起点位于参数域的左上方，基于轮廓线的形状，构建FS的策略可以分为三类情况，对于所述三类情况中的任一情况，将各条轮廓线在左上角断开，并与邻接的下一条内部轮廓线相连，建立螺旋线，之后，由内向外，在螺旋线左上角点处断开，与下一圈曲线相连，完成最终的双螺旋型FS构建。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学院大学 一种针对逆向工程的数控刀路生成方法

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