CN107479504A - 一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，该方法是对轨道车辆数控加工特征进行数据采集及处理，通过分析车体零部件DXF格式的2D图纸，自动捕捉2D图纸中的目标孔或目标点特征，输出满足后续程序编制所需要的孔、点信息位置。具体来说是针对多孔（比如铝合金车地板、边梁等零件）、多点（不锈钢车部件焊点）图纸，实现孔、点数据采集、处理，自动捕捉目标孔或点。与X、Y轴机床行驶速度交互，按照机床运行速度规划出较优的加工路径，并可视化输出DXF格式图纸文档及坐标信息TXT文档。本发明降低编程者的劳动强度，提高编程效率，降低编程过程中位置信息误输入的风险；可靠性更高，减少试制中程序调试的风险，并提高程序调试效率。

Description

一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法

技术领域

本发明涉及一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，更具体的讲，以C语言为框架，自动识别、处理轨道车辆DXF图纸中数控加工的孔、点特征位置信息。

背景技术

近年来，轨道车辆蓬勃发展，车型种类也日益繁多。在一些铝合金车体项目中，圆孔设计种类多、数量大，铆接车型尤为突出。而在不锈钢车体中，焊点遍布整个框架，过多的焊点数量，在数控加工时，极易出现错误，且不易排查。

现代工程运用中的主流数控软件，需要加入工艺放量重新进行三维建模，无法快速识别过多特征，具有输出信息格式不符的问题。总之，不能快速的全响应问题，因此，设计一种针对性强、工作量少，响应快的捕捉计算方法是非常有必要的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，公开了一种数控特征自动识别及路径规划的方法，直接根据DXF格式的二维图纸，不用建模，针对多孔、多点特征能够快速解决位置信息的采集及路径规划的问题。

为了实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，根据输入的DXF格式的文件图纸，识别目标孔、目标点，并根据机床X、Y轴运行速度计算得到加工路线。

识别特征孔时，包括以下步骤：

1)读取“DXF文件名.DXF”文件并采集各孔的X、Y坐标及各孔的半径值；

2)将采集到的各孔坐标值、孔径值由C语言的文本Char型转换为可计算的double型，并根据孔径由小到大排列保存至“DXF文件名_0.txt”文件中；

3)自“DXF文件名_0.txt”文件读取坐标信息，修正DXF视图中孔径精度，然后将各孔径值和坐标保存至“DXF文件名_1.txt”文件中；

4)比较孔径，计算并生成路径：

①输入预识别孔径进行模糊计算，以设定的预识别孔径为依据读取“DXF文件名_1.txt”文件，同尺寸孔进行编号并将孔的X、Y坐标分别保存在对应的X、Y坐标数组中；

②输入机床X、Y轴运行速度或者按比例输入X、Y轴运行速度，计算出运行时间作为比较数据。初始位置到每一个待选目标位置，分别计算X、Y两个方向的距离，并分别除以X、Y轴速度求得到达时间，取时间大者为待选目标位置比较数据；在初始位置到达若干待选目标位置的运行时间都相同的情况下，进行最短距离的比较，距离最小的待选目标位置为初始位置的下一目标位置B；初始位置到达某个待选目标位置的运行时间即为待选目标位置比较数据；

③对X、Y坐标数组进行处理，从X、Y坐标数组中删除目标位置B，其它待选目标位置在数组中逐个前移，并将目标位置B的坐标保存至路径数组；然后以目标位置B为新的起点，开始按照步骤一计算得到下一目标位置，如此往复，直至最后一个目标位置，最后将路径数组输出保存至“DXF文件名_1.txt”文件中。

5)根据DXF文件名_1.txt”文件保存的路径位置信息，绘制DXF图形。

孔识别时，X、Y坐标数组包括初始位置坐标信息以及所有孔的坐标信息，孔的坐标信息指孔圆心的坐标；所述的目标位置为目标孔。

每次得到一个目标位置后，再进行下次计算以得到下一个目标位置前，先删除该目标位置并将该目标位置的坐标保存至路径数据，进行下次计算时以该目标位置为新的起点，目标位置的保存顺序为：第一个目标位置、第二个目标位置、第三个目标位置...，且行走路径即为初始位置-第一个目标位置-第二个目标位置-第三个目标位置...。

通过预识别孔径进行模糊计算时，直径与预识别孔径相差在0.02mm范围内的孔视为同尺寸孔。

识别特征点时，包括以下步骤：

1)读取“DXF文件名.DXF”文件并采集各点的X、Y坐标；

2)将采集到的各点坐标值由C语言的文本Char型转换为可计算的double型，并保存至“DXF文件名_0.txt”文件中；

3)自“DXF文件名_0.txt”文件读取坐标信息，将各点的X、Y坐标分别保存在对应的X、Y坐标数组中；

4)计算并生成路径：

①输入机床X、Y轴运行速度或者按比例输入X、Y轴运行速度，计算出运行时间作为比较数据。初始位置到每一个待选目标位置，分别计算X、Y轴两个方向的距离，并分别除以X、Y轴速度求得到达时间，取时间大者为待选目标位置比较数据；当初始位置到达若干待选目标位置的运行时间相同，进行初始位置分别到达若干待选目标位置中最短距离的比较，距离最小的待选目标位置为初始位置的下一目标位置B；初始位置到达某个待选目标位置的运行时间即为待选目标位置比较数据；

②对X、Y坐标数组进行处理，从X、Y坐标数组中删除目标位置B，其它目标位置在数组中逐个前移，并将目标位置B的坐标保存至路径数组；然后以目标位置B为新的起点，开始按照步骤一计算得到下一目标位置，如此往复，直至最后一个目标位置，最后将路径数组输出保存至“DXF文件名_1.txt”文件中；

5)根据DXF文件名_1.txt”文件保存的路径位置信息，绘制DXF图形。

X、Y坐标数组包括初始位置坐标信息以及所有点的坐标信息，所有点为待选目标点；所述的目标位置为目标点。

每次得到一个目标点后，再进行下次计算以得到下一个目标点前，先删除该目标点并将该目标点的坐标保存至路径数据，进行下次计算时以该目标点为新的起点，目标点的保存顺序为：第一个目标点、第二个目标点、第三个目标点...，且行走路径为初始位置-第一个目标点-第二个目标点-第三个目标点...。

本发明以C语言为框架，自动识别、处理DXF格式图纸中数控加工的孔、点特征信息的方法。包括：特征抓取、路径规划及信息输出功能模块，系统结构如附图1所示。

所述的特征抓取功能是基于零部件的DXF格式图纸。为保证识别信息的准确性和运行速度，可删除部分无用特征图纸信息，尤其是进行焊点捕捉时，导入仅有焊点信息图纸即可。系统捕捉孔时，四舍五入至百分位并模糊计算孔径信息，程序代码中定义直径公差正负0.02mm内为相同孔径。

所述的路径规划功能，一般来说，数控机床各轴关节运行速度要求并不相同，因此，系统当孔、点识别后，再依据输入的各轴(即X、Y轴)的运行速度(可为比例关系，若相同调节系数可都取1)模拟计算机床的运行时间，按照既定算法规划较优的加工路径。提高路径可读性并减少规划时间，算法直接依据到达下目标点的时间信息最小即可。

所述的位置信息输出功能，位置信息的输出分为两部分，一部分为坐标信息文档输出，另一部分为图形文档输出。路径规划起点为DXF图纸零点位置(即初始位置)。在使用该系统前，可将数控系统的零点位置移至DXF图纸的(0,0)位置。

1.TXT文档作为坐标信息输出格式，输出文件路径与输入文件路径相同，文件名称为：“输入文件名_1.txt”，如附图7所示。

2.DXF文档作为图形文档显示格式，输出文件路径与输入文件路径相同，文件名称为：“输入文件名_0.dxf”。如附图7所示，路径路线使用红、绿、蓝三色循环，并按实际孔位置画圆，标记顺序号，以增加可读性。

目前AutoCAD的DXF格式已经成为一种国际通用图形文件格式，其它各类格式图纸也能快速转化成该格式，因此，使用DXF格式输入、输出可以满足需求。本发明使用C语言构架的系统，通过DXF接口，获取指定的图形信息进行计算，生成相对较优的数控加工路径并完成DXF图形及TXT文本输出。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

1.该方法针对性强，能够实现平面多孔、多点的快速识图；

2.该方法能够抓取点、圆信息，并输出坐标，可直接作为数控加工的基础数据，减少出错概率，提高工作效率；

3.该方法能够快速的计算出最优路径，减少工艺路线规划时间。

附图说明

图1：系统结构图；

图2：孔识别数据流图；

图3：机床速度(X：Y＝2：1)路径图；

图4：机床速度(X：Y＝1：1)路径图；

图5：孔识别系统操作界面；

图6：点识别系统操作界面；

图7：路径及位置信息输出示意图。

具体实施方式：

下面根据附图所示，结合实例，对本发明做进一步的说明。

如图1所示为系统结构图，点特征识别较孔特征简单，无需对孔径进行计算，识别点X、Y坐标后直接计算路径，输出结果。孔特征识别时，需要采集孔的坐标和孔的半径，然后计算路径，输出结果。

因此，以孔识别为例，具体实施方式如下，其数据流如图2所示。

第一步，通过DXF接口读取“DXF文件名.DXF”文件，采集孔的X、Y坐标(孔的坐标为孔圆心的坐标)及各孔的半径值(而点采集时仅采集X、Y坐标值)。DXF接口具体来说，就是依据DXF格式。DXF图形格式是由代码及关联值对组成，即组码和值对(代码通常称为组码，表明其后的值的类型)。系统运行中是利用组码作为判断符号的关键字，读取指定信息，例如圆的组码为：AcDbCircle\n，点为：AcDbPoint\n，线为：AcDbLine\n。

在圆、点、线用组码表示后，又用组码来表示对应的图形属性，如表1所示DXF格式，10组码为X坐标，20组码为Y坐标，40组码为孔半径等。系统采用C语言循环判断、二次嵌套的方法，读取10、20、40后的值对信息，即可将采集到的目标数据统一编号并分别存放在各自的数组中。

表1 DXF组码格式说明

第二步，将读取到的孔的坐标值、孔径值由C语言的文本Char型转为可计算的double型，并根据孔径通过冒泡排序法由小到大排列保存至“DXF文件名_0.txt”文件中。第一步捕捉孔径时为半径值，第二步保存文件时计算为直径，后续步骤也是对直径进行比较计算。

第三步，自“DXF文件名_0.txt”文件读取孔的坐标信息，四舍五入百分位，修正DXF视图中孔径精度问题(例如，6.79999修正为6.80)，然后保存至“DXF文件名_1.txt”文件中。

第四步，比较孔径，计算生成路径。如图5、6所示，分别为孔、点识别系统操作界面，保证机床运动速度、预识别孔径数据的交互。输入系统一个预识别孔径进行模糊计算，0.02mm范围内视为同尺寸孔。系统以此为依据读取“DXF文件名_1.txt”文件，同尺寸孔进行编号并保存坐标在对应的X、Y数组中(每个孔对应有X坐标数组、Y坐标数组)。点识别时，直接将点坐标位置保存在对应的X、Y数组中，之后与孔识别相同，进行路径计算。

数控加工为减少加工时间，提高设备利用率，应该对输出路径进行工艺性计算。许多数控设备各轴的运行速度不同。因此，最优路径的设计是根据输入的X、Y轴速度，计算出运行时间作为对比数据。如图3、4所示，在X、Y不同速度比下输出的路径图。例如，A位置到B位置，分解计算X、Y两个方向的距离，并分别除以各轴速度求得到达时间，取大者为该位置比较数据。在A位置到达目标位置运行时间都相同的情况下，进行最短距离的比较，距离最小即为下一目标位置。

系统以(0,0)为起点，按照上述方法，逐个计算出到达剩余位置(与X、Y坐标位置数组进行计算)所需时间，并按编号顺序保存在数组中。对比数组中的值，取出最小值所表示的编号位置为目标位置，当最短时间有多个时，取最小距离为目标位置。路径到达第二个位置以后，将X、Y坐标数组进行处理，具体是，从数组中删除第二点位置，编号后的点逐个前移，并将该点坐标保存至路径数组。然后以第二个位置点为起点开始计算第三个点，如此往复(比如得到第三个点后，再以第三个点为起点，计算得到第四个点，而孔的路径计算方法也与此类同)，直至最后一个点。最后将路径数组输出保存至“DXF文件名_1.txt”文件中。

第五步，保存路径位置信息，绘制DXF图形。如图7所示为路径及位置信息输出示意图，数字表示路径顺序号，五种颜色交替更换用以区分线路。按照数控加工所需数据格式将计算后的坐标信息保存在“DXF文件名_1.txt”文件中，并绘制对应DXF路径图“DXF文件名_0.dxf”。DXF文件中(0,0)坐标作为起点，因此在识别图形前，可根据工艺所需坐标原点，将其重合。

绘制DXF图形时，创建文件后使用文本文档输出路径信息，再将文件后缀修改为“.DXF”。如此，即可使用AutoCAD软件阅读编辑。DXF文件的读写都是在文本中进行，不过需严格按照其组码格式书写，尤其是在输出过程中，稍有错误就会造成图形信息不全而无法打开的问题。

识别特征孔时，具体操作方法包括以下步骤：

第一步，将执行文件与图纸文件放入同一文件夹下，单击“dxf_output.exe”执行文件；

第二步，输入DXF格式的目标文件名并回车,名称不区分大小写；

第三步，输入预识别孔孔径并回车，公差为正负0.02mm(公差内视为相同孔径)；

第四步，输入机床X,Y轴运行速度(比例输入亦可)；

第五步，系统计算并输出较优路径顺序孔坐标，并按照数控语言格式新建TXT文本文件保存位置信息；

第六步，系统计算并输出较优路径，新建DXF文件，彩色显示路径、顺序号信息；

第七步，Dos窗口界面自动关闭，系统运行结束。

识别特征点时，具体操作方法包括以下步骤：

第一步，将执行文件与图纸文件放入同一文件夹下，单击“dxf_output_point.exe”执行文件；

第二步，输入DXF格式的目标文件名并回车,名称不区分大小写；

第三步，输入机床X,Y轴运行速度(比例输入亦可)；

第四步，系统计算并输出较优路径顺序点坐标，并按照数控语言格式新建TXT文本文件保存位置信息；

第五步，系统计算并输出较优路径，新建DXF文件，彩色显示路径、顺序号信息；

第六步，Dos窗口界面自动关闭，系统运行结束。

该方法对轨道车辆数控加工特征进行数据采集及处理，通过分析车体零部件DXF格式的2D图纸，自动捕捉2D图纸中的目标孔或目标点特征，输出满足后续程序编制所需要的孔、点信息位置。对于铝合金车体机加工编程以及不锈钢车体点焊离线编程应用有着不错的实用效果。具体来说是针对多孔(比如铝合金车地板、边梁等零件)、多点(不锈钢车部件焊点)图纸，实现孔、点数据采集、处理，自动捕捉目标孔或点。而后，与生产线中所使用的加工设备编程信息(输入X、Y轴机床行驶速度)交互，按照机床运行速度规划出较优的加工路径，并可视化输出DXF格式图纸文档及坐标信息TXT文档。坐标信息可直接作为数控编程的基础数据，基于上述数据进行加工程序、点焊程序的编制，降低了编程者的劳动强度，提高了编程效率，降低了编程过程中位置信息误输入的风险。此外，通过此系统编制的重新可靠性更高，减少了试制中程序调试的风险，并提高了程序调试效率。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，根据输入的DXF格式的文件图纸，识别目标孔、目标点，并根据机床X、Y轴运行速度计算得到加工路线。

2.根据权利要求1所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，识别特征孔时，包括以下步骤：

1)读取“DXF文件名.DXF”文件并采集各孔的X、Y坐标及各孔的半径值；

2)将采集到的各孔坐标值、孔径值由C语言的文本Char型转换为可计算的double型，并根据孔径由小到大排列保存至“DXF文件名_0.txt”文件中；

3)自“DXF文件名_0.txt”文件读取坐标信息，修正DXF视图中孔径精度，然后将各孔径值和坐标保存至“DXF文件名_1.txt”文件中；

4)比较孔径，计算并生成路径：

①输入预识别孔径进行模糊计算，以设定的预识别孔径为依据读取“DXF文件名_1.txt”文件，同尺寸孔进行编号并将孔的X、Y坐标分别保存在对应的X、Y坐标数组中；

②输入机床X、Y轴运行速度或者按比例输入X、Y轴运行速度，计算出运行时间作为比较数据。初始位置到每一个待选目标位置，分别计算X、Y两个方向的距离，并分别除以X、Y轴速度求得到达时间，取时间大者为待选目标位置比较数据；在初始位置到达若干待选目标位置的运行时间都相同的情况下，进行最短距离的比较，距离最小的待选目标位置为初始位置的下一目标位置B；初始位置到达某个待选目标位置的运行时间即为待选目标位置比较数据；

③对X、Y坐标数组进行处理，从X、Y坐标数组中删除目标位置B，其它待选目标位置在数组中逐个前移，并将目标位置B的坐标保存至路径数组；然后以目标位置B为新的起点，开始按照步骤一计算得到下一目标位置，如此往复，直至最后一个目标位置，最后将路径数组输出保存至“DXF文件名_1.txt”文件中。

5)根据DXF文件名_1.txt”文件保存的路径位置信息，绘制DXF图形。

3.根据权利要求2所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，X、Y坐标数组包括初始位置坐标信息以及所有孔的坐标信息，孔的坐标信息指孔圆心的坐标；所述的目标位置为目标孔。

4.根据权利要求2所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，每次得到一个目标位置后，再进行下次计算以得到下一个目标位置前，先在坐标数组中删除该目标位置并将该目标位置的坐标保存至路径数据，进行下次计算时以该目标位置为新的起点，目标位置的保存顺序为：第一个目标位置、第二个目标位置、第三个目标位置...，且行走路径即为初始位置-第一个目标位置-第二个目标位置-第三个目标位置...。

5.根据权利要求2所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，通过预识别孔径进行模糊计算时，直径与预识别孔径相差在0.02mm范围内的孔视为同尺寸孔。

6.根据权利要求1所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，识别特征点时，包括以下步骤：

1)读取“DXF文件名.DXF”文件并采集各点的X、Y坐标；

2)将采集到的各点坐标值由C语言的文本Char型转换为可计算的double型，并保存至“DXF文件名_0.txt”文件中；

3)自“DXF文件名_0.txt”文件读取坐标信息，将各点的X、Y坐标分别保存在对应的X、Y坐标数组中；

4)计算并生成路径：

①输入机床X、Y轴运行速度或者按比例输入X、Y轴运行速度，计算出运行时间作为比较数据。初始位置到每一个待选目标位置，分别计算X、Y轴两个方向的距离，并分别除以X、Y轴速度求得到达时间，取时间大者为待选目标位置比较数据；当初始位置到达若干待选目标位置的运行时间相同，进行初始位置分别到达若干待选目标位置中最短距离的比较，距离最小的待选目标位置为初始位置的下一目标位置B；初始位置到达某个待选目标位置的运行时间即为待选目标位置比较数据；

②对X、Y坐标数组进行处理，从X、Y坐标数组中删除目标位置B，其它目标位置在数组中逐个前移，并将目标位置B的坐标保存至路径数组；然后以目标位置B为新的起点，开始按照步骤一计算得到下一目标位置，如此往复，直至最后一个目标位置，最后将路径数组输出保存至“DXF文件名_1.txt”文件中；

5)根据DXF文件名_1.txt”文件保存的路径位置信息，绘制DXF图形。

7.根据权利要求6所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，X、Y坐标数组包括初始位置坐标信息以及所有点的坐标信息，所有点为待选目标点；所述的目标位置为目标点。

8.根据权利要求6所述的一种数控加工特征自动识别及路径规划的方法，其特征在于，每次得到一个目标点后，再进行下次计算以得到下一个目标点前，先删除该目标点并将该目标点的坐标保存至路径数据，进行下次计算时以该目标点为新的起点，目标点的保存顺序为：第一个目标点、第二个目标点、第三个目标点...，且行走路径为初始位置-第一个目标点-第二个目标点-第三个目标点...。