一种叶轮加工刀具路径整体优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107065768A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710278987.7(22)申请日2017.04.25(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号申请人武汉华中数控股份有限公司(72)发明人杨建中吴界高嵩张成磊王天正(74)专利代理机构武汉东喻专利代理事务所(普通合伙)42224代理人李佑宏(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种叶轮加工刀具路径整体优化方法(57)摘要本发明公开了一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，包括如下步骤：S1：将叶轮模型和刀具模型离散三角化；S2：规划所示刀具与叶轮的接触点轨迹，并计算得到所述刀具位置点轨迹；S3：利用干涉检查判断所述刀具位置点的可达方向锥；S4：建立所述刀轴矢量的整体优化目标函数，构建有约束的单源有向图，将所述目标函数的优化求解问题转化为最短路径寻路问题；S5：利用最短路径寻路算法，对所述目标函数进行求解，得到最优刀具姿态。本发明的方法，可快速的计算刀具可达方向锥，并实现刀轴矢量的整体光顺。CN107065768ACN107065768A权利要求书1/2页1.一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将叶轮模型和刀具模型离散三角化；S2：规划所示刀具与叶轮的接触点轨迹，并计算得到所述刀具位置点轨迹；S3：利用干涉检查判断所述刀具位置点的可达方向锥；S31：刀具与叶轮的接触点为CCt，障碍物模型为S，刀具T的连续可达方向锥AC(CCt,S)为：2AC(CCt,S)＝{Vc∈S:CCt∩T＝CCt,T∩S＝Φ}其中，Vc为一个刀具姿态，Φ表示空集；S32：对高斯球面进行离散获得离散的刀具参考方向对所述每个离散的刀具参考方向进行可达性判断，所述刀具T的离散可达方向锥AC(CCt,S)为：2AC(CCt,S)＝{Vc∈S:CCt∩T＝CCt,T∩S＝Φ}S33：假设初始的刀轴矢量为Taxis，初始的刀具位置点径矢为Tpos，经过旋转变换后的刀轴矢量为T′axis，经过平移变换后的刀具位置点径矢为T′pos，则T′pos＝M(xCL,yCL,zCL)TposT′axis＝R(Z,β)R(X,α)Taxis其中，M(xCL,yCL,zCL)为刀具在绝对坐标系下的平移变换，R(Z,β)表示所述刀具绕绝对坐标系的Z轴进行旋转变换，R(X,α)表示所述刀具绕绝对坐标系的X轴进行旋转变换；S34：重复步骤S33，对每一个经过旋转平移变换的刀具进行可达方向的判断，若刀具姿态可达，则保存两个旋转角度，否则继续变换刀具姿态，得到所述刀具的可达方向锥；S4：建立所述刀轴矢量的整体优化目标函数，构建有约束的单源有向图，将所述目标函数的优化求解问题转化为最短路径寻路问题，并对单源有向图的源点进行选取；S5：利用最短路径寻路算法，对所述目标函数进行求解，得到最优刀具姿态。2.如权利要求1所述的一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，其特征在于，所述步骤S4中构建有约束的单源有向图包括如下步骤：S41：对于给定的刀具路径，当刀具从刀具与叶轮的接触点CCi运动到下一个刀具与叶轮的接触点CCi+1时，所述刀轴矢量从变换为则在绝对坐标下，从第i个刀具与叶轮的接触点到第i+1个刀具与叶轮的接触点刀轴矢量变化的度量为：S42：在绝对坐标系下，在所述刀具离散可达方向锥的基础上进行刀轴矢量的整体优化，使刀轴矢量整体光顺，所述刀轴矢量整体优化问题可以表述为如下最优化问题：S43：有向图的顶点是所述离散刀具可达方向锥的刀具方向，有向图的边表示相邻刀具与叶轮的接触点之间的刀具方向组合，所述边的权值为相邻刀具与叶轮的接触点间刀具方向的变化设定一个阈值θ，若相邻刀具与叶轮的接触点间刀具方向变化超过阈值θ，则不添加该边，即可构建所述有约束的单源有向图。2CN107065768A权利要求书2/2页3.如权利要求2所述的一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，其特征在于，所述刀轴矢量整体光顺可用沿刀具与叶轮的接触点序列的刀轴矢量变化之和来衡量：其中，n为刀具路径中的所述刀具位置点的数目。4.如权利要求1或2所述的一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，其特征在于，所述步骤S1中离散三角化包括如下步骤：S11：将所述叶轮模型的模型坐标系、加工坐标系与绝对坐标系重合，将所述刀具模型的模型坐标系建立在球心处，并与所述绝对坐标系重合；S12：将所述刀具模型进行处理，将其球头部分的球体剔除；S13：将所述叶轮模型和处理过的刀具模型三角化，导出为文本格式。5.如权利要求1或2所述的一种叶轮加工刀具路径整体优化方法，其特征在于，所述步骤S2中刀具位置