一种面向复杂曲面加工的轨迹生成方法及其轨迹生成系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103064343A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103064343103064343A(43)申请公布日2013.04.24(21)申请号201210555278.6(22)申请日2012.12.19(71)申请人华南理工大学地址510641广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人黎润伟李琳邹焱飚(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人蔡茂略(51)Int.Cl.G05B19/4097(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图5页附图5页(54)发明名称一种面向复杂曲面加工的轨迹生成方法及其轨迹生成系统(57)摘要本发明公开了一种面向复杂曲面加工的轨迹生成方法及其轨迹生成系统，该方法是：选择所要加工的复杂曲面并生成STL文件；确定分层方向和分层厚度；对三角面片进行分组；通过增量法求取交点；找出每个切片交点集合中在垂直于分层方向上的坐标最小值点，搜索同一个三角面片的另外一个交点并连接，如此下去，直到得到每个切平面的轮廓，并最终得到加工路径轨迹。该系统包括工业PC机、运动控制器、伺服驱动器和工业机器人本体，工业PC机将三维待加工零件生成离散的控制点集后传递到运动控制器，运动控制器对其进行插补计算，输出脉冲串到伺服驱动器，以力矩控制模式驱动工业机器人本体进行协调运动。本发明具有运算量少、计算时间短、计算效率高的优点。CN103064343ACN10364ACN103064343A权利要求书1/2页1.一种面向复杂曲面加工的轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）根据待加工零件CAD/CAM图形特征，选择所要加工的复杂曲面并生成STL文件；（2）确定分层方向和分层厚度；（3）根据STL模型里的三角面片在分层方向上的跨度进行分组；（4）根据三角面片每条边与多个切平面相切，推导出三角面片的每一条边上与切平面的交点之间的增量公式，通过增量法求取交点；（5）利用三角面片的连续性，找出每个切片交点集合中在垂直于分层方向上的坐标最小值点，然后进行搜索，如果找到同一个三角面片的另外一个交点则连接，如此下去，直到得到每个切平面的轮廓；最终得到复杂曲面的加工路径轨迹。2.根据权利要求1所述的面向复杂曲面加工的轨迹生成方法，其特征在于，所述步骤（3）中，对三角面片进行分组的具体步骤是：设STL模型三角面片在分层方向上的最大和最小坐标值分别为Zmax和Zmin，分层厚度为ΔZ，把模型中所有三角面片分层n组并标上序号，其中，假设第一个切片的高度为Z[1]；某个三角面片在分层方向上的最大和最小坐标值分别为Zax和Zin；则与这个三角面片的切平面序号介于i和j之间，如下所示：i=(Zin-Z[1])/ΔZ；j=(Zax-Z[1])/ΔZ；而对于Zin=Zax的三角面片，即与切平面平行的三角面片，则舍弃，从而根据三角面片所属的切平面确定每一个每一组三角面片的个数。3.根据权利要求1所述的面向复杂曲面加工的轨迹生成方法，其特征在于，所述步骤（4）中，通过增量法求取交点的具体步骤是：设STL模型的一个三角面片为ΔABC，其中三个顶点的坐标分别为A(x1,y1,z1)，B(x2,y2,z2)，C(x3,y3,z3)；相邻切平面的坐标值分别为z[i]和z[i+1]；分层厚度为ΔZ；则：z[i+1]-z[i]＝ΔZ；由斜率公式：而同一直线上任取两点所得的斜率相等，在把三角面片投影到XOZ平面上可得：同理，把三角面片投影到YOZ平面上可得：2CN103064343A权利要求书2/2页推出：x[i+1]=x[i]+Δx；y[i+1]=y[i]+Δy；其中：4.根据权利要求1所述的面向复杂曲面加工的轨迹生成方法，其特征在于，所述步骤（5）对每层切片的交点组集合进行处理得到轮廓线的具体步骤是：把每个三角面片与对应的切平面相交的两个交点放在一组，即每组含有两个交点；在垂直于分层方向对交点集合中的交点进行排序，得到每个切平面交点集合中坐标值最小的交点，找出此交点所在同一个三角面片的另一个交点，并连接成线段；再根据三角面片的连续性，对新找到的此交点进行搜索找到它所在的另一个三角面片，找出此交点所在同一个三角面片的另一个交点，并连接成线段；如此下去，凡是已经连成线段的两个交点则从交点集合剔除；如果此交点所在的边不存在相邻三角形则跳过，并对剩余的交点组集合进行一轮冒泡排序找出在垂直于分层方向的坐标值最小的交点，如此下去，得到每一层切片的轮廓线；最终得到复杂曲面的加工路径轨迹。5.一种采用权利要求1-4任一项所述面向复杂曲面加工的轨迹生成方法的轨迹生成系统，其特征在于，包括工业PC机、运动控制器、伺服驱动器和工业机器人本体，所述工业PC机利用权利要求