CN108663990A - 一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机辅助制造领域，并公开了一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，包括以下步骤：1)根据输入的待加工工件STL模型，建立其两级体素模化型；2)将三角网格模型中冗余点、冗余边信息去除，建立三角网格之间的拓扑关系；3)通过种子三角网格找出所穿过体素的算法；4)根据种子三角形在某一体素内搜寻其拓扑邻域A；5)对生成的基本加工路径进行局部干涉检测和处理；6)对生成的基本加工路径进行全局干涉检测；7)基于两级体素模型的全局干涉处理算法。本发明采用两级体素模型，能够将空间坐标点快速定位到模型对应空间拓扑位置，因此在进行空间物体相交性测试时，在效率方面具备高度优越性。

Description

一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法

技术领域

本发明属于计算机辅助制造领域，更具体地，涉及一种多轴加工干涉检测与处理方法。

背景技术

加工路径干涉通常指在减材成形加工过程中，由于待加工工件本身空间形状特征，导致加工刀具沿着加工路径行进时与待加工工件发生体积碰撞的现象。目前，在电弧焊接增材制造过程中，同样存在焊接枪与已成形部分的干涉问题。

干涉现象可以分为局部干涉及全局干涉：局部干涉是指刀具头部与待加工工件表面发生过切现象；全局干涉则是指刀具整体与工件发生空间上的碰撞。

为了避免和解决加工过程中的干涉问题，针对初步生成的加工路径通常需要进行干涉检测以及处理。目前常见CAM软件通常无法直接生成无干涉加工路径。一般需要在输入工件模型、设置刀具以及切削余量等参数并生成基础加工路径后，由经验丰富的编程人员进行进一步的路径调整和规划，从而得出无干涉加工路径。这个过程十分耗时，并且极为依赖编程人员的经验。

为解决刀位轨迹的干涉问题，并且保证高的效率和精度从而直接生成无干涉刀位轨迹，专利CN104570946A根据可视锥理论对数控加工刀具与待加工工件的参数曲面模型之间是否存在碰撞进行判断，并根据判断的结果进行调整，从而避免刀具在加工过程中的碰撞，实现快速加工的目的。该专利首先在每个刀位点上生成可视锥，然后判断可视锥与刀轴矢量是否有交集，如果是则表示无碰撞，否则表示发生碰撞；针对发生碰撞对应的可视锥，计算刀轴矢量旋转至可视锥区域的最小旋转角度，使刀轴矢量按所述最小旋转角度旋转，实现加工刀具与工件间的无碰撞加工。但是由于该算法中的数据模型没有空间拓扑信息，因此在计算可视锥的过程中，需要沿四个方向进行遍历直到找到最小方向向量。而且这个遍历过程会发生在所有刀位点上，所以使得算法时间复杂度较高。此外，专利CN102621928A同样是针对参数曲面模型进行的干涉处理。

目前随着反求工程和快速成型技术的完善和普及，以STL格式为代表的三角网格模型逐渐成为主流模型格式。但是目前还缺乏主流、完善的针对这种网格模型的干涉检测和处理算法。而且针对STL等网格模型的加工路径干涉检测和处理算法中，同样由于空间网格数据点缺乏空间拓扑信息，只能用遍历大量网格数据的方式来进行刀具模型和工件网格模型的求交运算，从而得出干涉检测和处理的结果。虽然可以通过排序、包围盒等算法来降低这个遍历网格的次数，但始终无法根本上解决时间复杂度过高的问题。

因此，在处理增/减材成形加工路径干涉问题，尤其是以STL模型为输入模型的情况下，由于目前各种算法中无法提供空间拓扑信息，导致在工件和刀具网格模型的碰撞检测过程时间复杂度过高，从而影响了干涉检测/处理算法的效率和实用性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，通过这个两级体素模型，可以从空间中任一点位置，得到所在的体素单元，进一步找到这附近的三角网格邻域，从而使得模型具备空间拓扑信息。利用这个优点，在每个刀位点进行待加工工件和刀具碰撞检测以及处理时，便能够极大降低待处理三角网格数目。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据输入的待加工工件的STL模型，建立待加工工件的两级体素化模型，并记录STL模型中的种子三角网格；

2)利用该两级体素化模型对基本加工路径进行全局干涉检测；

3)利用该两级体素化模型对基本加工路径进行全局干涉处理；

4)利用两级体素化模型对待加工工件的基本加工路径进行局部干涉检测和局部干涉处理。

优选地，步骤1)具体包括以下子步骤：

1.1)在输入STL模型的同时，将STL模型中的冗余点、冗余边信息去除，然后建立STL模型的三角网格之间的拓扑关系；

1.2)确定两级体素化模型的体素单元的尺寸，建立一个待处理三角网格栈A，把STL模型的第1号三角网格压入待处理三角网格栈A中；

1.3)从待处理三角网格栈A中取出尾部的三角网格并弹出，将该三角网格作为当前处理的三角网格，该三角网格序号为第i号，找出该第i号三角网格穿过的第二级体素单元集合S，将该三角网格作为种子三角网格，并记录该三角网格的序号到第二级体素单元集合S中的体素单元中，将这些体素单元标记为边界体素单元；

1.4)对集合S中各个被第i号三角网格穿过的体素单元，以第i号三角网格为种子，在该体素单元中搜寻完全位于该体素单元内部的内部三角网络集合Y，并同时记录位于该体素单元边界上的边界三角网格集合T；

1.5)根据步骤1.4)得到的三角网格集合T，找出被三角网格集合T中的三角网格穿过的体素单元集合S′；

1.6)对体素单元集合S′的每个体素单元，从三角网格集合T找出一个穿过该体素单元的三角网格作为该体素单元的种子三角网格，并将这些种子三角网格作为种子三角网格集合T＇；

1.7)将步骤1.6)得到的种子三角网格集合T＇中的各种子三角网格全部压入待处理三角网格栈A，然后返回步骤1.3)；

1.8)沿着第二级体素化模型的高度方向，逐层遍历，识别出位于第二级体素模型中属于实体模型内和实体模型外的体素单元，并在这个识别过程中，通过进一步识别该第二级体素化模型中的体素单元所在的第一级体素化模型中的体素单元，同时建立起第一级体素化模型。

优选地，步骤1.3)和步骤1.5)中，通过所述三角网格找出所穿过体素单元的过程如下：记录三角网格的空间包围盒所占第二级体素模型区域，然后逐个判断该第二级体素模型区域中各个体素单元与该三角网格的位置关系。

优选地，步骤1.4)具体包括以下子步骤：

1.4.1)将种子三角网格压入另一个待处理三角网格栈P中；

1.4.2)从待处理三角网格栈P中弹出尾部元素作为当前处理三角网格，找出当前三角网格的三个邻接三角网格，并判断这三个三角网格与该目标体素单元的位置关系，若位于体素单元内，则加入到内部三角网格集合Y，若位于体素单元边界上，则加入边界三角网格集合T；

1.4.3)将满足上述任意条件的邻接三角网格，加入到待处理三角网格栈P中；

1.4.4)标记当前处理三角网格并返回步骤1.4.2)。

优选地，步骤4)具体包括以下子步骤：

对于基本加工路径上每个刀位点逐个进行以下处理：

4.1)以刀位点为中心，建立刀具头空间模型；

4.2)记录与刀具头空间模型相交的工件第一级体素化模型中的边界体素集合M；

4.3)若边界体素集合M为空，表明该刀位点处未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，从边界体素集合M中的第一级体素单元索引出更精细的第二级体素单元，记录该第二级体素单元中待加工工件的第二级体素化模型与刀具头空间模型共享的实体/边界体素集合M＇；

4.4)若实体/边界体素集合M′为空，表明未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，提取体素单元集合S′中所有边界体素含括的三角网格，与刀具头空间模型求交集，若不相交，则表明未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，依据所有相交三角网格中相交最深距离，将刀具沿刀轴方向后移，后移的距离为上述相交最深距离。

优选地，步骤2)具体包括以下子步骤：

对基本加工路径上的所有刀位点，进行以下处理：

6.1)默认初始刀轴方向为刀位点处法矢方向

6.2)沿初始刀轴方向扫描并记录刀具体所穿过的待加工工件的第一级体素化模型中的边界体素单元，并将所穿过的边界体素单元保存到第一级边界体素集合N中；若第一级边界体素集合N为空，则说明该方向无全局干涉，然后处理下一个刀位点；否则，则取出集合N中各个待加工工件第一级体素化模型的边界体素单元，并获得该第一级边界体素单元包括的第二级边界体素单元集合N′；

6.3)计算第二级边界体素单元集合N′中的各个第二级边界体素单元与刀具体轴线的最短距离，对于最短距离大于刀具体半径的第二级边界体素单元则从第二级边界体素单元集合N′中去除；若第二级边界体素单元集合N′为空，则说明该方向无干涉，然后处理下一刀位点；否则，则需进一步判断是否发生干涉；

6.4)对第二级边界体素单元集合N′中的各个第二级边界体素单元，索引出该第二级边界体素单元中的所有三角网格，并依次与刀具体进行几何布尔求交运算，对于发生干涉的刀具方向需要进行全局干涉处理。

优选地，全局干涉检测后，对于刀具体仅穿过边界体素且与部分三角面片相交的相切干涉情况，进行以下的全局干涉处理：

3.1.1)取出发生相切干涉的第二级边界体素单元集合N′，进一步根据第二级边界体素单元集合N′中的各个第二级边界体素单元索引出该第二级边界体素单元中，与刀具体发生相交的所有三角网格，并保存到相交三角网格集合Q中；

3.1.2)获得相交三角网格集合Q的最小包围盒；

3.1.3)获得当前处理的刀位点到包围盒的八个顶点的矢量方向，并获得每个矢量方向与原始刀轴方向夹角，按夹角大小从大到小排序；

3.1.4)从最大夹角方向开始检测，判断是否无干涉，对于无干涉矢量方向即可确定为无干涉临界刀轴方向，从而获得刀具的A轴和B轴的临界旋转值。

优选地，全局干涉检测后，对于刀具体贯穿边界体素，并进入实体体素区域的贯穿干涉情况，进行以下的全局干涉处理：

3.2.1)以当前刀位点为球心，刀具长度为球半径，初始刀轴方向为朝向，做半球体区域，该区域为刀具调整域；

3.2.2)做该半球体区域的最小包围盒，并在该包围盒范围内，记录位于该半球体刀具调整域内的所有待加工工件第一级体素化模型中的边界体素单元集合I；

3.2.3)对边界体素单元集合I中各个边界体素单元，做刀位点到体素中心点的矢量方向，通过前述全局干涉检测方法，检测以该矢量方向为刀轴的刀具的干涉情况；

3.2.4)对于无干涉情况，则该矢量方向为无干涉刀轴方向并保存；若为相切干涉情况，按照相切干涉进行全局干涉处理并将调整后的无干涉刀轴方向并保存；对于仍是贯穿干涉情况，则跳过该体素单元；

3.2.5)处理完边界体素单元集合I中所有体素单元后，对所有无干涉刀轴方向，选择与前一个刀位点刀轴方向相差最小的一个方向作为当前刀位点刀轴方向。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)相对于STL三角网格模型，本发明采用两级体素模型，能够将空间坐标点快速定位到模型对应空间拓扑位置，因此在进行空间物体相交性测试时，在效率方面具备高度优越性。

2)本发明在第二级体素模型中保存种子三角网格号，并能够通过三角网格间拓扑关系快速搜寻位于某一体素空间中的三角网格集合，从而反映出精确模型细节，这一点规避了传统体素模型在表达原始模型时的失真缺点。

3)利用两级体素模型提供的空间拓扑位置信息和局部三角网格精确表达，本发明设计的加工路径局部/全局干涉检测和处理算法同时具备高效率和高精度的优点。

附图说明

图1是按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径干涉检测和处理流程图；

图2是按照本发明方法所述两级体素模型中第二级体素模型边界体素建立及种子三角网格保存过程示意图；

图3是本发明方法所述全局干涉所处理的两种干涉情况示意图；

图4a是按照本发明方法所述基于两级体素模型的全局干涉检测过程示意图；

图4b是判断任意体素单元与刀具体相交性的原理图；

图5a是按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径相切全局干涉情况处理过程示意图；

图5b是按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径贯穿全局干涉情况处理过程示意图；

图6a按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径局部干涉检测过程中识别出的可能发生干涉的第一级体素化模型中的边界体素单元示意图；

图6b按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径局部干涉检测过程中识别出的可能发生干涉的第二级体素化模型中的边界体素单元示意图；

图6c按照本发明方法所述基于两级体素模型的加工路径局部干涉检测过程中识别出的可能发生干涉的三角网格集合示意图。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照各附图，本发明提出一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法。

1、以图1所示流程说明本发明提出的基于体素模型的加工路径干涉检测和处理技术的具体步骤，步骤如下：

1)设计并建立待加工零部件的三维模型，并导出、获得模型的STL格式文件。

2)针对STL模型的所有三角面片，生成两级体素模型。

具体的，在输入STL模型后，需要对所有三角网格进行冗余点、冗余边的去除，并建立三角网格之间的拓扑邻接关系。

另外，建立的两级体素模型中，第一级体素模型尺寸与加工刀具直径尺寸相接近，便于干涉检测和快速定位；第二级体素模型尺寸则与STL模型三角面片平均大小相关，便于通过第二级体素搜索出位于体素空间中的所有三角面片。

3)利用诸如截平面法等通用路径生成算法生成初步加工路径。

4)针对初步加工路径上的每个刀位点，沿刀轴方向进行全局干涉检测。

5)若不存在全局干涉，转入6)步进行刀具头局部干涉检测；否则需要对发生的全局干涉进行处理和调整刀轴方向，然后转入步骤6)；

6)在刀具头区域内进行局部干涉检测，若存在干涉，则需要将刀具沿轴线方向后移，或者更换小号刀具。

2、以如图2说明两级体素模型建立过程。

体素模型的建立是指在确定好的体素空间中，确定模型所在的体素集合。这个过程是伴随着算法STL模型三角网格遍历的，现以图2所示算法处理0号三角网格的片段来描述。

1)搜索0号三角网格所经过的体素单元，设为集合S；

具体的，算法记录三角形所在空间包围盒中，所占据的体素单元。然后逐一判断体素立方体是否与三角面片相交。

此处图2所示0号三角网格只经过中央体素。

2)对集合S中体素单元i，首先将0号三角网格添加到i的种子队列中；再以i所在空间范围为界，搜索0号三角网格的三角网格邻域，将邻域中完全位于体素i内的三角网格设为集合T，位于体素i边界上的设为集合T′。

具体的，这个过程利用读入STL模型后建立好的三角网格之间的拓扑关系，基于递归思路从0号三角网格开始搜寻邻接三角网格，并判断这些三角网格与体素立方体的位置关系。

3)对集合T中所有三角网格进行标记，防止重复处理；对集合T′中所有三角网格，记录它们所经过体素单元集合S′。

具体的，集合T′中的三角形与集合S′中的体素单元的关系是多个三角形对应一个体素单元。

进一步，此处图2只以边界三角形1～6号进行叙述说明，它们经过的体素为中央体素左右两个。其中1～3号三角形经过左侧体素，4～6号三角形经过右侧体素。

4)针对集合S′中任一体素，找出一个穿过它的三角形并记录下来，作为下一轮待处理的三角形集合T″，转到1)步进行下一轮处理。

具体的，此处以1号三角形为左侧体素的种子，4号体素为右侧体素的种子，将这两个三角形保存，用于下一轮处理。

经过上述过程，建立起STL模型在第二级体素空间中的边界模型。并对任一边界体素中，保存了穿过它的三角网格区域的种子网格，能够随时还原出这个三角网格区域，从而提供普通体素模型无法提供的精确模型表达。

进一步地，利用建立好的第二级体素模型，很容易建立起第一级体素模型，从而完成两级体素模型的建立。

3、以图3、图4a、图4b、图5a、图5b说明利用两级体素模型的全局干涉检测和处理过程，此处用圆柱体表示刀具体来说明。

如图3所示，为体素模型中，刀具发生全局干涉的两种情况。对于“相切式干涉”，刀具体只穿过边界体素，可以直接依据所穿过的边界体素进行刀轴方向调整；对于“贯穿式干涉”，刀具体穿过边界体素后进入实体体素区域，这种情况下必须进行复杂处理。

1)如图4a、图4b所示刀具干涉检测过程：

步骤一：沿刀轴方向，从刀位点开始前进。每穿过一个一级体素，计算出进入、离开该体素的端点。以图4中AB段为例。

步骤二：对于当前体素的12条边，计算到刀轴线段AB的最短距离，当距离小于刀具半径时，说明该边与刀具相交，故共这条边的所有体素与刀具相交。如图4a、图4b中边2。

步骤三：对于所有相交的一级体素，索引出其中的二级边界体素，进一步得到所有三角面片。判断三角面片是否确实与刀具体圆柱相交。从而确定是否发生全局干涉。

2)如图5a所示为“相切式干涉”的处理过程：

步骤一：沿刀轴方向，检测出所有发生干涉的第一级边界体素，进一步索引出第二级边界体素、并最后找到所有三角网格集合T；

步骤二：遍历集合T中所有三角网格，当三角网格在刀轴圆柱体内时，将该三角网格保存到集合T′中；

步骤三：遍历集合T′中所有三角网格，计算出它们组成的局部区域的最小包围盒。

步骤四：取包围盒的八个顶点，做刀位点到顶点的矢量方向，以各个矢量方向做刀轴方向进行干涉检测，将不发生干涉的方向保存，作为临界可行刀轴方向；

步骤五：依据前一刀位点刀轴方向，从记录的所有可行方向中选择最佳方向作为本刀位点刀轴方向；

具体的，为更清晰、直观地说明，图5(a)使用平面视图来描述这一过程，但本技术可应用于空间多轴情况。

3)如图5b所示为“贯穿式干涉”的处理过程：

步骤一：以刀触点为球心，刀具长度为半径，原始刀轴方向为朝向，做半球，作为刀轴调整域；

步骤二：在刀轴调整域中找出所有第一级边界体素，记为集合S；

步骤三：对集合S中的每个第一级边界体素，做刀位点到体素中心的矢量方向，沿着这个方向进行刀轴检测：若无干涉发生则保存该方向；若发生“相切式干涉”，则使用对应算法进行调整，得到调整后方向，保存；若仍未“贯穿式干涉”，则该方向为不可行方向，舍弃；

步骤四：依据前一刀位点处刀轴方向，在所有保存的可行方向中选择最佳刀轴方向。

具体的，在上述干涉处理过程中所得到的所有“可行刀轴方向”是一个不发生干涉的临界方向，表示原始刀轴方向在A轴、B轴上的临界旋转角度。

4、以图6a、图6b、图6c说明利用两级体素模型实现局部干涉检测和处理的技术：

具体的，为叙述直观，在此以球头刀为例进行说明，但本技术适应用于各种刀具。

步骤一：遍历刀位点所在位置附近27个第一级体素，识别确实与刀具头半球相交的一级体素如图6a，并进一步识别出其中与刀具头相交的二级体素如图6b，最终索引出与刀具头相交的所有三角网格如图6c，记为集合T；

具体的，由于第一级体素尺寸与刀具头直径相等，因此与刀具头可能发生干涉的一级体素为刀位点处附近27个一级体素。

步骤二：对集合T中每个三角网格，计算三角形上沿刀轴方向到半球表面最远距离；

步骤三：处理完集合T中所有三角网格后，得到与刀具头相交“最深”的三角网格，并且这个最深的距离就是刀具头需要沿着刀轴方向后移的距离。

本领域的技术人员容易理解，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。

Claims (8)

1.一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据输入的待加工工件的STL模型，建立待加工工件的两级体素化模型，并记录STL模型中的种子三角网格；

2)利用该两级体素化模型对基本加工路径进行全局干涉检测；

3)利用该两级体素化模型对基本加工路径进行全局干涉处理；

4)利用两级体素化模型对待加工工件的基本加工路径进行局部干涉检测和局部干涉处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，步骤1)具体包括以下子步骤：

1.1)在输入STL模型的同时，将STL模型中的冗余点、冗余边信息去除，然后建立STL模型的三角网格之间的拓扑关系；

1.2)确定两级体素化模型的体素单元的尺寸，建立一个待处理三角网格栈A，把STL模型的第1号三角网格压入待处理三角网格栈A中；

1.3)从待处理三角网格栈A中取出尾部的三角网格并弹出，将该三角网格作为当前处理的三角网格，该三角网格序号为第i号，找出该第i号三角网格穿过的第二级体素单元集合S，将该三角网格作为种子三角网格，并记录该三角网格的序号到第二级体素单元集合S中的体素单元中，将这些体素单元标记为边界体素单元；

1.4)对集合S中各个被第i号三角网格穿过的体素单元，以第i号三角网格为种子，在该体素单元中搜寻完全位于该体素单元内部的内部三角网络集合Y，并同时记录位于该体素单元边界上的边界三角网格集合T；

1.5)根据步骤1.4)得到的三角网格集合T，找出被三角网格集合T中的三角网格穿过的体素单元集合S′；

1.6)对体素单元集合S′的每个体素单元，从三角网格集合T找出一个穿过该体素单元的三角网格作为该体素单元的种子三角网格，并将这些种子三角网格作为种子三角网格集合T′；

1.7)将步骤1.6)得到的种子三角网格集合T′中的各种子三角网格全部压入待处理三角网格栈A，然后返回步骤1.3)；

1.8)沿着第二级体素化模型的高度方向，逐层遍历，识别出位于第二级体素模型中属于实体模型内和实体模型外的体素单元，并在这个识别过程中，通过进一步识别该第二级体素化模型中的体素单元所在的第一级体素化模型中的体素单元，同时建立起第一级体素化模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，步骤1.3)和步骤1.5)中，通过所述三角网格找出所穿过体素单元的过程如下：记录三角网格的空间包围盒所占第二级体素模型区域，然后逐个判断该第二级体素模型区域中各个体素单元与该三角网格的位置关系。

4.根据权利要求2所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，步骤1.4)具体包括以下子步骤：

1.4.1)将种子三角网格压入另一个待处理三角网格栈P中；

1.4.2)从待处理三角网格栈P中弹出尾部元素作为当前处理三角网格，找出当前三角网格的三个邻接三角网格，并判断这三个三角网格与该目标体素单元的位置关系，若位于体素单元内，则加入到内部三角网格集合Y，若位于体素单元边界上，则加入边界三角网格集合T；

1.4.3)将满足上述任意条件的邻接三角网格，加入到待处理三角网格栈P中；

1.4.4)标记当前处理三角网格并返回步骤1.4.2)。

5.根据权利要求1所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，步骤4)具体包括以下子步骤：

对于基本加工路径上每个刀位点逐个进行以下处理：

4.1)以刀位点为中心，建立刀具头空间模型；

4.2)记录与刀具头空间模型相交的工件第一级体素化模型中的边界体素集合M；

4.3)若边界体素集合M为空，表明该刀位点处未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，从边界体素集合M中的第一级体素单元索引出更精细的第二级体素单元，记录该第二级体素单元中待加工工件的第二级体素化模型与刀具头空间模型共享的实体/边界体素集合M′；

4.4)若实体/边界体素集合M′为空，表明未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，提取体素单元集合S＇中所有边界体素含括的三角网格，与刀具头空间模型求交集，若不相交，则表明未发生局部干涉，然后处理下一个刀位点；否则，依据所有相交三角网格中相交最深距离，将刀具沿刀轴方向后移，后移的距离为上述相交最深距离。

6.根据权利要求1所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下子步骤：

对基本加工路径上的所有刀位点，进行以下处理：

6.1)默认初始刀轴方向为刀位点处法矢方向

6.2)沿初始刀轴方向扫描并记录刀具体所穿过的待加工工件的第一级体素化模型中的边界体素单元，并将所穿过的边界体素单元保存到第一级边界体素集合N中；若第一级边界体素集合N为空，则说明该方向无全局干涉，然后处理下一个刀位点；否则，则取出集合N中各个待加工工件第一级体素化模型的边界体素单元，并获得该第一级边界体素单元包括的第二级边界体素单元集合N＇；

6.3)计算第二级边界体素单元集合N＇中的各个第二级边界体素单元与刀具体轴线的最短距离，对于最短距离大于刀具体半径的第二级边界体素单元则从第二级边界体素单元集合N＇中去除；若第二级边界体素单元集合N＇为空，则说明该方向无干涉，然后处理下一刀位点；否则，则需进一步判断是否发生干涉；

6.4)对第二级边界体素单元集合N＇中的各个第二级边界体素单元，索引出该第二级边界体素单元中的所有三角网格，并依次与刀具体进行几何布尔求交运算，对于发生干涉的刀具方向需要进行全局干涉处理。

7.根据权利要求1所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，全局干涉检测后，对于刀具体仅穿过边界体素且与部分三角面片相交的相切干涉情况，进行以下的全局干涉处理：

3.1.1)取出发生相切干涉的第二级边界体素单元集合N＇，进一步根据第二级边界体素单元集合N＇中的各个第二级边界体素单元索引出该第二级边界体素单元中，与刀具体发生相交的所有三角网格，并保存到相交三角网格集合Q中；

3.1.2)获得相交三角网格集合Q的最小包围盒；

3.1.3)获得当前处理的刀位点到包围盒的八个顶点的矢量方向，并获得每个矢量方向与原始刀轴方向夹角，按夹角大小从大到小排序；

3.1.4)从最大夹角方向开始检测，判断是否无干涉，对于无干涉矢量方向即可确定为无干涉临界刀轴方向，从而获得刀具的A轴和B轴的临界旋转值。

8.根据权利要求7所述的一种基于两级体素化模型的多轴加工干涉检测与处理方法，其特征在于，全局干涉检测后，对于刀具体贯穿边界体素，并进入实体体素区域的贯穿干涉情况，进行以下的全局干涉处理：

3.2.1)以当前刀位点为球心，刀具长度为球半径，初始刀轴方向为朝向，做半球体区域，该区域为刀具调整域；

3.2.2)做该半球体区域的最小包围盒，并在该包围盒范围内，记录位于该半球体刀具调整域内的所有待加工工件第一级体素化模型中的边界体素单元集合I；

3.2.3)对边界体素单元集合I中各个边界体素单元，做刀位点到体素中心点的矢量方向，通过前述全局干涉检测方法，检测以该矢量方向为刀轴的刀具的干涉情况；

3.2.4)对于无干涉情况，则该矢量方向为无干涉刀轴方向并保存；若为相切干涉情况，按照相切干涉进行全局干涉处理并将调整后的无干涉刀轴方向并保存；对于仍是贯穿干涉情况，则跳过该体素单元；

3.2.5)处理完边界体素单元集合I中所有体素单元后，对所有无干涉刀轴方向，选择与前一个刀位点刀轴方向相差最小的一个方向作为当前刀位点刀轴方向。