激光cam加工的圆弧直线拟合方法、系统、设备及存储介质

文档序号:1875001 发布日期:2021-11-23 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 激光cam加工的圆弧直线拟合方法、系统、设备及存储介质 (Circular arc straight line fitting method, system, equipment and storage medium for laser CAM processing ) 是由 钟菲 封雨鑫 高云峰 于 2020-05-19 设计创作,主要内容包括:本发明适用于自动化控制技术领域,公开了一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法、系统、设备及存储介质。该方法包括步骤:基于原始图形轨迹获取样条点序列;基于样条点序列,判断三个相邻的样条点所构成的轨迹类型;基于三个相邻的样条点所构成的第一图形轨迹,判断下一样条点是否与第一图形轨迹共线或共圆;若下一样条点与第一图形轨迹共线或共圆,将下一样条点更新为第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与第一图形轨迹共线或共圆;若下一样条点与第一图形轨迹非共线或共圆,则以三个相邻的样条点中最后一个样条点为第一图形轨迹的终点,将下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。本发明可减少加工轨迹数目,提高加工效率。(The invention is suitable for the technical field of automatic control, and discloses a method, a system, equipment and a storage medium for fitting a circular arc straight line in laser CAM processing. The method comprises the following steps: acquiring a spline point sequence based on the original graph track; judging the track type formed by three adjacent spline points based on the spline point sequence; judging whether the next spline point is collinear or collinear with or is in a circle with the first graph track based on the first graph track formed by the three adjacent spline points; if the next spline point is collinear or collinear with the first graph track, updating the next spline point to be the terminal point of the first graph track, and continuously judging whether the adjacent spline point is collinear or collinear with the first graph track; and if the next spline point is not collinear or collinear with the first graph track, taking the last spline point in the three adjacent spline points as the terminal point of the first graph track, and taking the next spline point as the starting point of the next section of new graph track. The invention can reduce the number of processing tracks and improve the processing efficiency.)

激光CAM加工的圆弧直线拟合方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域,尤其涉及一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

在CAM(computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)生成NC(NumericalControl,数字控制)程序的过程中,对于简单的图形目前多采用折线段进行拟合。但对于复杂图形,如存在圆弧或非圆弧的曲线,用直线直接去拟合这样的曲线只能大致描述曲线的方向,并不能客观地反映曲线的特征,而且拟合精度也不高,特别是在曲线局部曲率较大时,该部分折线段较多而短,加工时容易造成机床切割频繁地启动和停止,严重影响切割精度和切割效率。

在CAM处理中,对图形轮廓进行直线圆弧混合逼近,可以离散化数控系统加工点,减少加工轨迹,提高加工效率。采用最小二乘法曲线拟合的算法可以得到逼近原始轮廓的最佳圆弧曲线,但原始轮廓的起终点很难落在拟合的圆弧曲线上。这种现象将会导致机床在加工存在断点的多条连续曲线时,识别完第一条圆弧后,无法查找到下一段轨迹的起点,影响加工精度,停止加工,从而影响机床加工效率。

发明内容

本发明提供一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法、系统、计算机设备及可读存储介质,旨在解决现有技术中加工效率低的问题。

本发明是这样实现的,一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法,包括步骤:

获取待加工图形的原始图形轨迹;

基于所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,基于所述B样条曲线获取样条点序列;

基于所述样条点序列坐标,依次选择三个相邻的样条点,判断所述三个相邻的样条点所构成的轨迹类型;

基于所述三个相邻的样条点所构成的第一图形轨迹,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;

若下一样条点与所述第一图形轨迹共线或共圆,将所述下一样条点更新为所述第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;

若下一样条点与所述第一图形轨迹非共线或共圆,则以所述三个相邻的样条点中最后一个样条点为所述第一图形轨迹的终点,将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。

优选的,所述基于所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,基于所述B样条曲线获取样条点序列的步骤具体包括:

通过弦长参数化法确定B样条曲线的节点矢量u;

将节点矢量u代入k次B样条的基函数,根据所述原始图形轨迹的控制顶点和k次B样条的基函数确定B样条曲线;

根据B样条曲线的控制点间距获取样条曲线上的样条点序列。

优选的,所述判断所述三个相邻的样条点所构成的轨迹类型的步骤具体包括:

基于向量矢量积的方式判断所述三个相邻的样条点是否构成一条直线或一段圆弧。

优选的,所述基于向量矢量积的方式判断所述三个相邻的样条点是否构成一条直线或一段圆弧的步骤具体包括:

以所述三个相邻的样条点中间的一个样条点为顶点,计算其到其他相邻两个样条点的向量的乘积;

若所述乘积等于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一条直线;

若所述乘积大于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一段圆弧。

所述判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线的过程包括:

基于向量矢量积的方式判断所述第一图形轨迹最后两个相邻的样条点与所述下一样条点是否构成一条直线。

优选的,所述判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共圆的过程包括:

基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述精度约束范围内;

若在所述精度约束范围内,则与所述第一图形轨迹共圆。

优选的,所述基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述精度约束范围内的步骤具体包括:

采用垂直平分求交点的方法,计算出所述第一图形轨迹的半径和圆心坐标;

根据所述半径和圆心坐标,计算下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差;

比较所述弓高误差与预设精度的约束范围;

若所述弓高误差小于等于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差在所述精度约束范围内。

本发明同时还提供一种激光CAM加工的圆弧直线拟合系统,包括:

原始图形轨迹获取模块,用于获取待加工图形的原始图形轨迹;

样条点序列获取模块,用于将所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,并基于所述B样条曲线获取样条点序列;

轨迹类型判断模块,用于基于所述样条点序列坐标,依次选择三个相邻的样条点,判断所述三个相邻的样条点所构成的轨迹类型;

轨迹连续判断模块,用于基于所述三个相邻的样条点所构成的第一图形轨迹,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;

轨迹更新模块,用于若下一样条点与所述第一图形轨迹共线或共圆,将所述下一样条点更新为所述第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;若下一样条点与所述第一图形轨迹非共线或共圆,则以所述三个相邻的样条点中最后一个样条点为所述第一图形轨迹的终点、将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。

本发明同时还提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的激光CAM加工的圆弧直线拟合方法的步骤。

本发明同时还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述的激光CAM加工的圆弧直线拟合方法的步骤。

本发明所达到的有益效果,本发明通过对样条点序列进行依次判断是否属于同一图形轨迹,使得每段图形轨迹的起始点和终点都在拟合后的图形轨迹上,进而减少加工的轨迹数目,提高加工效率。

附图说明

图1是本发明实施例圆弧直线拟合方法的流程示意图;

图2是图1中S2的流程示意图;

图3是图1中S3的流程示意图;

图4是图1中S4中判断共圆的流程示意图;

图5是图4中S41的流程示意图;

图6是本发明实施例圆弧直线拟合系统的模块示意图;

图7是本发明实施例提供的基于圆弧直线拟合方法的应用实施方式流程示意图;

图8是本发明实施例提供的计算机设备基本框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明提供一种CAM加工的圆弧直线拟合方法,用于在激光CAM加工中对图形轨迹数据进行直线圆弧拟合处理,并基于此生成NC程序,交给数控系统加工,从而保证在精度可控的情况下,减少机床切割轨迹数量,提高加工效率。

参见图1所示,图1是本发明实施例提供的一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法,具体包括如下步骤:

S1,获取待加工图形的原始图形轨迹。

具体的,通过获取待加工图形的图像或图片等,加工图形可以通过摄像机拍摄或模型扫描得到,其中,加工图形可以是球形、圆柱形、弧形等,具体的待加工图形根据当前需要进行选择。根据得到的待加工图形的形状来得到原始图形的轨迹,通过原始图形轨迹来进行加工。而原始图像形轨迹数据的获取主要是完成曲线数据的采集工作,因为激光CAM(Computer Aided Manufacturing)系统导入的图形轨迹均为样条曲线,CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动,它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。

S2,基于所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,基于所述B样条曲线获取样条点序列。

其中,k次B样条曲线可以是近似拟合和插值拟合,所谓近似拟合就是不过特征点,而插值拟合就是通过特征点,但是插值拟合需要经过反算得到控制点再拟合出过特征点的B样条曲线方程。近似拟合对于闭合轮廓,最后一段可以取前两个点作为辅助,这种近似拟合曲线光滑,但是就是不过特征点,需要过点反求控制点再拟合。而插值拟合较为复杂,B样条将一些细节描述的很好,很多细节之处都贴近原轮廓,但是有一些不足之处,可以看到对直线拟合效果不是很好。对于非闭合或者只是一段曲线拟合,还有一种曲线是很好的,例如,三次样条插值拟合,拟合效果跟原曲线非常贴近,不过过程中需要用到追赶法,而追赶法需要满足一个条件,对于闭合曲线三次样条插值是不满足这个条件的。

样条点序列是在曲线上按角度大小顺序排列的点或位置,便于获取点的位置。例如,可以是在一个圆上选取0°、45°、90°、270°上的点,做成一个序列表等,使得在圆上获取样条点方便,效率高。

可选的,所述原始图形轨迹拟合还可以是经过起点和终点约束条件下的最小二成法拟合、双圆弧拟合等。

具体的,基于上述的原始图形轨迹来进行拟合,通过拟合可以得到k次B样条曲线,基于所述B样条曲线获取样条点序列,这样能够准确获取样条点序列,效率高。

S3,基于所述样条点序列,依次选择三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2),判断所述三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2)所构成的轨迹类型。

具体的,基于上述样条序列,通过依次选择三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2),并根据三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2)判断其所所构成的轨迹类型。其中,轨迹类型可以是直线、圆弧等,首先,我们要获取待加工图形的轨迹点,即每个图形轨迹都会对应一个轨迹点集(可以用二维数组,结构体等实现),将这些轨迹点连接成线,就可以绘制出如上的轨迹曲线。

然后,我们要求每条轨迹曲线间的距离。我们就可以求得所有曲线间的距离,并可以得到一个距离矩阵。接着我们就需要来分析这个距离矩阵,并加上预先设定的阈值,一起作为曲线分类的判别条件。

例如,通过曲线A到其余曲线的距离,然后找到了这些距离中的最小值,并将其与阈值进行比较,如果比阈值大,则将曲线A自己单独归为一类;若比阈值小,则将曲线A与相距那条的曲线归为一类。这样我们就可以成功的将这些轨迹曲线进行分类,从而得到不同的轨迹类型。这样能够提高样条点的获取,从而提高加工效率。

S4,基于所述三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2)所构成的第一图形轨迹和对应的轨迹类型,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆。

具体的,通过基于所述三个相邻的样条点(pi,pi+1,pi+2)所构成的第一图形轨迹,通过将第一图形轨迹分到对应的轨迹类型中,如,直线轨迹等,通过在对应的直线轨迹内判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆。这样先通过轨迹类型判断第一图形轨迹对应直线轨迹或圆弧轨迹后,再通过判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆,判断效率高。

S5a,若下一样条点与所述第一图形轨迹共线或共圆,将所述下一样条点更新为所述第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆。

具体的,若下一样条点与所述第一图形轨迹共线或共圆,这样将所述下一样条点更新为所述第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆,一直到所有坐标点考察结束。

S5b,若下一样条点与所述第一图形轨迹非共线或共圆,则以所述三个相邻的样条点中最后一个样条点为所述第一图形轨迹的终点,将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。

若样条点序列中所有的样条点均判断完毕,则向数控系统写入轨迹数据并进行激光切割。

具体的,本发明实施例通过对样条点序列进行依次判断是否属于同一图形轨迹,使得每段图形轨迹的起始点和终点都在拟合后的图形轨迹上,进而减少加工的轨迹数目,提高加工效率。

参见图2所示,图2是图1中S2的流程示意图,具体包括如下步骤:

本实施例中,所述步骤S2中,所述基于所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,基于所述B样条曲线获取样条点序列的步骤具体包括:

S21,通过弦长参数化法确定B样条曲线的节点矢量u。

具体的,B样条是自由曲线的一种,其表达式如下:

上式中,di为轮廓曲线的控制顶点。Ni,k(u)为k次B样条的基函数。在本发明中,节点矢量u值的确定主要采用弦长参数化法,具体公式如下:

通过以上方法,可以确定B样条曲线p(u)。B样条曲线p(u)的控制点间距来获取样条曲线上的样条点序列。

上式中,k为B样条的次数,相当于阶数减1,di为轮廓曲线的控制顶点,dj为轮廓曲线的控制端点,s是B样条的第k+1次。

S22,将节点矢量u代入B样条的基函数,根据原始图形轨迹的控制顶点和k次B样条的基函数确定B样条曲线。

S23,根据B样条曲线的控制点间距获取样条曲线上的样条点序列。

其中,拟合点坐标的求取过程是:通过样条的控制点坐标与p(u)的乘积之和来求得的,具体公式如下:

上式中,(fxi,fyi)和(cxi,cyi)(其中,i=0,1,2,…,n)分别表示拟合点坐标和控制点坐标,控制点(cxi,cyi)是输入样条曲线表达点。(fxi,fyi)是样条曲线上的点,用于后期样条进行直线圆弧拟合的拟合点,其中,p(u)是和u的计算如上述步骤S21,Ni,k(u)采用的是德布尔递推公式,具体公式如下:

具体的,为了获取足够多的样条点序列和增加拟合精度devM对后期圆弧直线的拟合。在本发明实施例中,圆弧直线拟合的样条点序列是通过对p(u)使用德布尔递推公式将节点矢量u值代入基函数Ni,k(u)中来获取的。节点矢量u值是通过在0-1之间等间距获取Δl而计算出来的。其中,Δl数学表达式如下:

上式中,Δl是等间距变量,α是调和因子,在激光CAM中一般设置α=10,主要是为了保证样条坐标点之间的距离在精度控制的范围以内,减少后期曲线拟合误差,当然,调和因子可根据加工需求进行适当的调整,其中,上述devM是预设的拟合精度。

本实施例中,所述步骤S3中,判断所述三个相邻的样条点pi,pi+1,pi+2所构成的轨迹类型是基于向量矢量积的方式判断所述三个相邻的样条点是否构成一条直线或一段圆弧。

参见图3所示,图3是图1中S3的流程示意图;具体包括如下步骤:

本实施例中,所述基于向量矢量积的方式判断所述三个相邻的样条点是否构成一条直线或一段圆弧的步骤具体包括:

S31,以所述三个相邻的样条点中间的一个样条点为顶点,计算其到其他相邻两个样条点的向量的乘积。

S32,若所述乘积等于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一条直线。

S33,若所述乘积大于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一段圆弧。

具体的,在获取样条点序列之后进行的,为了实现直线圆弧的拟合,需要搜索其连续的样条点,判断出符合圆弧拟合条件的点序列,并对其进行相应拟合操作。在本发明中,采用向量矢量积的方式判断连续点是否可以构成一段圆弧。例如,选取连续的三个样条点pi,pi+1,pi+2,以pi+1为顶点,那么向量的矢量公式为:

如果则这三个连续的样条点共线,从而可以判断出这三个样条点构成为直线轨迹。

如果则这三个连续点可以构成一个圆弧,采用垂直平分求交点的方法,计算出拟合圆弧的半径R和圆心坐标(x0,y0)。

其中,在上述公式中,是一个求绝对值的函数,是向量和向量之间的夹角,所以大于等于0。

在本实施例中,所述步骤S4中,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线的过程包括:基于向量矢量积的方式判断所述第一图形轨迹最后两个相邻的样条点与所述下一样条点是否构成一条直线。

具体的,以三个样条点pi+1,pi+2,pi+3构成的直线为第一图形轨迹,而下一相邻的样条点为pi+3,此时,判断连续的三个样条点pi+1,pi+2,pi+3是否构成共线,其判断方法也如上面对三个样条点pi,pi+1,pi+2的判断方式相同,如果,三个样条点pi+1,pi+2,pi+3判断为共线,则将样条点pi+3更新为第一图形轨迹的终点,依次类推,继续判断与pi+3相邻的下一样条点是否与第一图形轨迹共线,若不是,则以样条点pi+3作为下一段新的图形轨迹的起点。

参见图4所示,图4是图1中S4中判断共圆的流程示意图;具体包括如下步骤:

在本实施例中,所述步骤S4中,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共圆的过程包括:

S41,基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述预设的精度约束范围内。

S42,若在所述预设的精度约束范围内,则与所述第一图形轨迹共圆。

具体的,获取到所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差,基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述预设的精度约束范围内。如果该弓高误差在所述预设的精度约束范围内,则与所述第一图形轨迹共圆。

在本实施例中,S43,若不在所述预设的精度约束范围内,则与所述第一图形轨迹不共圆。

参见图5所示,图5是图4中S41的流程示意图,具体包括如下步骤:

在本实施例中,所述基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述精度约束范围内的步骤具体包括:

S411,采用垂直平分求交点的方法,计算出所述第一图形轨迹的半径和圆心坐标。

其中,垂直平分求交点的方法是一种通过垂直平分来求相交点的方法,经过某一条线段的中点,并且垂直与该条线段的直线,就是这个线段的垂直平分线。

具体的,通过采用垂直平分求交点的方法,可以计算出所述第一图形轨迹的半径和圆心坐标。这样使得第一图形轨迹的半径和圆心坐标计算准确,方便。

S412,根据所述半径和圆心坐标,计算下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差。

具体的,根据上述步骤S411得到的所述半径和圆心坐标,得到下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差。

S413,比较所述弓高误差与预设精度的约束范围。

S414,若所述弓高误差小于等于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差在所述精度约束范围内。

S415,若所述弓高误差大于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差超过所述精度约束范围。

具体的,通过比较所述弓高误差与预设精度的约束范围,来确定所述弓高误差是否在所述精度约束范围内。若所述弓高误差小于等于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差在所述精度约束范围内,则样条点在圆弧轨迹上。

进一步的,若所述弓高误差大于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差不在所述精度约束范围内。从而得到下一个样条点不在上一段的圆弧上,并将其作为上一样条点的圆弧轨迹的终点,将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。

具体实施例时,在精度devM的约束下,已确认由样条点pi,pi+1,pi+2构成的第一图形轨迹为圆弧轨迹的情况下,考察下一个样条点是否在已知圆弧时(共圆),本发明实施例主要考察了Pi+3点到已知圆弧的弓高误差其数学模型为:

上述公式中,xi+3和yi+3为Pi+3的坐标,x0和y0为圆弧圆心坐标,如果说明弓高误差超过限定精度,那么Pi+3不在上一段圆弧轨迹上,并将其作为Pi+2作为上一段圆弧轨迹的终点,和下一段新轨迹的起点,并采用上述方法继续考察下一个坐标点。如果说明弓高误差在精度控制以内,Pi+3在拟合的第一图形轨迹(即圆弧轨迹)上。此时,将Pi+3更新为第一图形轨迹的终点,继续考察下一个样条点。若下一个样条点与所述第一图形轨迹不在同一端圆弧轨迹上,那么就将Pi+3作为下一段新图形轨迹的起点。

进一步说明,首先三个点确定一个圆,判断下一个点是否在圆上,以待考察的下一个点作为圆弧的终点,其中,起点以前面的圆弧起点作为起点,以三个点的第二点为已知点,通过将起点、已知点、新终点可以确定一个新的圆弧,通过考察得到的四个点,通过计算新终点到圆心的距离,如果这个新终点到圆心的距离与三个点到圆心的半径之差在上述的弓高误差以内,则可以确定这四个点在同一圆弧轨迹上,所以可以这种方法来考察下一个点共圆。相当于起点不变,终点往后移动一个样条点或者多个点,如果这个新终点到圆心的距离与三个点到圆心的半径之差在上述的弓高误差以内,则可以确定这四个点在同一圆弧轨迹上。

本发明实施例通过精度可控的圆弧直线拟合方法,可以保证加工轨迹的起点和终点落在拟合圆弧上,同时减少加工轨迹数目,提高加工效率。

如图6所示,本发明实施例同时提供一种激光CAM加工的圆弧直线拟合系统,包括:

原始图形轨迹获取模块M1,用于获取待加工图形的原始图形轨迹;

样条点序列获取模块M2,用于将所述原始图形轨迹进行拟合获得k次B样条曲线,并基于所述B样条曲线获取样条点序列;

轨迹类型判断模块M3,用于基于所述样条点序列坐标,依次选择三个相邻的样条点,判断所述三个相邻的样条点所构成的轨迹类型;

轨迹连续判断模块M4,用于基于所述三个相邻的样条点所构成的第一图形轨迹,判断下一样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;

轨迹更新模块M5,用于若下一样条点与所述第一图形轨迹共线或共圆,将所述下一样条点更新为所述第一图形轨迹的终点,继续判断之后相邻的样条点是否与所述第一图形轨迹共线或共圆;若下一样条点与所述第一图形轨迹非共线或共圆,则以所述三个相邻的样条点中最后一个样条点为所述第一图形轨迹的终点,将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点。

本系统通过对样条点序列进行依次判断是否属于同一图形轨迹,使得每段图形轨迹的起始点和终点都在拟合后的图形轨迹上,进而减少加工的轨迹数目,提高加工效率。同时通过在激光CAM加工中对图形轨迹数据进行直线圆弧拟合处理,并基于此生成NC程序,交给数控系统加工,从而能够保证在加工精度可控,安全性高。

在本实施例中,所述样条点序列获取模块包括:

弦长参数化单元,用于通过弦长参数化法确定B样条曲线的节点矢量u;

第一确定单元,用于将节点矢量u代入B样条的基函数,根据轮廓曲线的控制顶点和B样条的基函数确定B样条曲线;

获取单元,用于根据B样条曲线的控制点间距获取样条曲线上的样条点序列。

在本实施例中,所述轨迹类型判断模块包括:

第一向量矢量积单元,用于判断所述三个相邻的样条点是否构成一条直线或一段圆弧。

在本实施例中,第一向量矢量积单元包括:

第一向量矢量积子单元,用于所述三个相邻的样条点中间的一个样条点为顶点,计算其到其他相邻两个样条点的向量的乘积。

第二确定单元,用于若所述乘积等于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一条直线。

第三确定单元,用于若所述乘积大于零,则确定所述三个相邻的样条点构成一段圆弧。

在本实施例中,所述轨迹连续判断模块包括:

第二向量矢量积单元,用于判断所述第一图形轨迹最后两个相邻的样条点与所述下一样条点是否构成一条直线。

在本实施例中,所述轨迹连续判断模块包括:

弓高误差判断单元,用于基于预设的精度约束,判断所述下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差是否在所述预设的精度约束范围内。

弓高误差确定单元,用于若在所述预设的精度约束范围内,则与所述第一图形轨迹共圆。

在本实施例中,弓高误差判断单元包括:

第一计算单元,用于采用垂直平分求交点的方法,计算出所述第一图形轨迹的半径和圆心坐标。

第二计算单元,用于根据所述半径和圆心坐标,计算下一样条点到所述第一图形轨迹的弓高误差。

比较单元,用于比较所述弓高误差与预设精度的约束范围。

弓高误差判断子单元,用于若所述弓高误差小于等于预设精度的约束范围,则确定所述弓高误差在所述精度约束范围内。

如图7所述,基于上述实施例,本发明实施例还给出了一具体的应用实施例,包括如下步骤:

T1,获取轨迹数据(原始图形轨迹数据);

T2,弦长参数化法确定样条曲线的节点矢量;

T3,根据控制点间距获取样条曲线上的坐标点(即样条点);

T4,遍历坐标点,依次选择3个相邻的坐标点,

T5,判断3个相邻的坐标点是否共线;

T6a,若共线,则更新直线轨迹的终点;其中,在获取样条点序列之后进行的,为了实现直线圆弧的拟合,需要搜索其连续的样条点,判断出符合圆弧拟合条件的点序列,并对其进行相应拟合操作。在本发明中,采用向量矢量积的方式判断连续点是否可以构成一段圆弧。例如,选取连续的三个样条点pi,pi+1,pi+2,以pi+1为顶点,那么向量的矢量公式为:

如果则这三个连续的样条点共线,从而可以判断出这三个样条点构成为直线轨迹。根据直线圆弧拟合的方法进行直线终点轨迹更新。比如,由于上述三个样条点已经共线以形成直线轨迹,利用起点和终点连接成直线,在更新下一个样条点是否与直线共线时,给定一个点到直线的预设距离,通过计算该样条点与该直线之间的距离是否在该预设距离内,若在该预设距离内,则将该样条点作为直线终点轨迹更新。

其中,在上述公式中,是一个求绝对值的函数,是向量和向量之间的夹角,所以大于等于0。

T7a,判断是否超过坐标点数限制;其中,所述坐标点数限制,指的是外部只要有一段曲线,那段曲线上可以提供很多的点,然后这个曲线按照上述的算法,去进行推导,可以得到多个点,当推导到样条点序列的最后一个点的时候,当这个点序列已经结束后,则指出前面的点都在一个曲线上,判断这个点已经到终点,此时,不需要进行下一个样条点考察,将确定点导入数控系统中加工。

T8a,若超过,则向数控系统写入轨迹数据并进行激光切割,若没有则返回步骤T4;

T6b,若非共线,则保存上一段直线轨迹,采用垂直平分法计算圆弧的半径及圆心坐标;因为数控系统主要加工直线和圆弧,而本函数是绝对值函数,因此,若非共线,则由于下一样条点与所述第一图形轨迹非共线或共圆,则以所述三个相邻的样条点中最后一个样条点为所述第一图形轨迹的终点,将所述下一样条点作为下一段新图形轨迹的起点,通过使用新起点后获取三个连续点可以构成一个圆弧,采用垂直平分求交点的方法,计算出拟合圆弧的半径R和圆心坐标(x0,y0)。则此多个样条点共圆弧。

T7b,判断是否超过坐标点数限制;

T8b,若超过,则向数控系统写入轨迹数据并进行激光切割,若没有则进入步骤T9,因为数控系统主要加工直线和圆弧,因此,轨迹数据主要是直线轨迹数据和圆弧轨迹数据,直线轨迹可以给定一个起点和终点,通过连接起点和终点形成直线轨迹。圆弧轨迹可以给定一个起点、终点,在加上它们之间的偏执点,通过将起点、终点和偏执点使用曲线连接。通过将直线轨迹数据和圆弧轨迹数据表达成数控系统能够加工的数据(编程数据)进行加工。

T9,选择下一个相邻的坐标点,计算该点到已知圆弧圆心的距离(弓高);

T10,判断弓高是否超过控制精度;

T11c,若超过,则保存圆弧轨迹,考察下一段轨迹;

T11d,若未超过,则更新圆弧轨迹的终点,考察下一坐标点。

为解决上述技术问题,本申请实施例还提供计算机设备。具体请参阅图8,图8为本实施例计算机设备基本结构框图。

所述计算机设备100包括通过系统总线相互通信连接存储器101、处理器102、网络接口103。需要指出的是,图中仅示出了具有组件101-103的计算机设备100,但是应理解的是,并不要求实施所有示出的组件,可以替代的实施更多或者更少的组件。其中,本技术领域技术人员可以理解,这里的计算机设备是一种能够按照事先设定或存储的指令,自动进行数值计算和/或信息处理的设备,其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor,DSP)、嵌入式设备等。

所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。

所述存储器101至少包括一种类型的可读存储介质,所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如,SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中,所述存储器101可以是所述计算机设备100的内部存储单元,例如该计算机设备100的硬盘或内存。在另一些实施例中,所述存储器101也可以是所述计算机设备100的外部存储设备,例如该计算机设备100上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。当然,所述存储器101还可以既包括所述计算机设备100的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中,所述存储器101通常用于存储安装于所述计算机设备100的操作系统和各类应用软件,例如一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法的程序代码等。此外,所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

所述处理器102在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器102通常用于控制所述计算机设备100的总体操作。本实施例中,所述处理器102用于运行所述存储器101中存储的程序代码或者处理数据,例如运行所述一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法的程序代码。

所述网络接口103可包括无线网络接口或有线网络接口,该网络接口103通常用于在所述计算机设备100与其他电子设备之间建立通信连接。

本申请还提供了另一种实施方式,即提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有一种激光CAM加工的圆弧直线拟合程序,所述一种激光CAM加工的圆弧直线拟合程序可被至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器执行如上述的一种激光CAM加工的圆弧直线拟合方法的步骤。

通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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