CN109782692A - 一种3c产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，包括对工件进行初步找正，消除工件装夹位置误差，完成工艺基准的修正；初步找正后，针对大量离散离散点集作为优化输入，进行在机测量自适应路径首次优化，获取测量点；进行外轮廓测量路径规划，获取规避点和每个测量点的误差值；根据规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径，根据误差值对首次优化获得的测量点进行测量误差补偿，完成刀位路径点补偿。本发明能满足测量点密度随着轮廓曲率变化而变化，待测轮廓曲率变化越大，测量点就越稠密，通过该方法确认存在避障点给定合理的避障距离，不会将测量路径放的过大，在兼顾精度和效率的情况下，实现无碰撞测量路径的规划流程。

Description

一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法

技术领域

本发明属于3C产品壳体在机测量领域，具体涉及一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法。

背景技术

3C产品壳体在数控机床上进行内腔铣削、表面注塑加工之后，壳体毛坯会产生加工、装夹变形，此时如果按照既定的程序对其过渡区进行倒角(包括曲面倒角)加工，倒角宽度不一致，难以满足消费者对产品的外观需求。而与此同时在激烈的市场竞争中，3C产品的更新换代周期越来越短、产品质量要求越来越高，而作为末尾工序的倒角加工的失败将导致昂贵的原材料的浪费，以及加工效率的下降。

现有在机测量结果的补偿加工方法取得了许多进步和发展，但研究主要集中在基于在机测量结果的补偿加工方法，针对3C壳体过渡区加工的研究方面还所欠缺，主要难点在于3C产品壳体过渡区测量点繁多导致效率低下，以及测量时侧头移动路径与被测曲线可能产生干涉影响安全性等问题，且没有一款专门用于3C壳体过渡区在机测量路径规划与误差补偿的软件。本发明通过能够突破目前3C产品结构件加工行业中现有的过渡区加工工艺的瓶颈，发明一项独特的测量技术，并开发一套专用软件，对加工部位根据阈值进行自适应路径规划，消除由产品装夹、流转、成型等各环节带来的非线性误差，并能保证效率与安全性。

实际在机测量过程中，测量路径中测量点的点位密度对于在机测量的测量精度、测量效率有着非常重要的影响。理论上讲测量点点位密度越高，测量精度越高，测量效率越低，如何规划测量点密度保证测量效率与精度的平衡也是在机测量的难点之一。

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3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其目的在于经过自适应优化及二次优化后的测量路径能提升在机测量的效率与精度，本发明的技术方案如下：

一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，包括以下步骤：

步骤1，对工件进行初步找正，消除工件装夹位置误差，完成工艺基准的修正；

步骤2，初步找正后，针对大量离散离散点集作为优化输入，进行在机测量自适应路径首次优化，获取测量点；

步骤3，进行外轮廓测量路径规划，获取规避点和每个测量点的误差值；

步骤4，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径，根据所述误差值对首次优化获得的测量点进行测量误差补偿，完成刀位路径点补偿。

进一步地，步骤1具体为：

生成测量路径，完成采样点自适应布局与测量路径自动规划；进行测量路径防碰撞仿真，并完成后置处理工艺；生成用于在机测量的NC测量宏程序及包含测量点-刀位点映射模型的中间数据点文档；将后置处理文档输入数据机床中，根据测量宏程序，完成测头系统标定及工件多点分中找正对工件进行初步找正。

进一步地，步骤2具体包括：

步骤2.1、首先从获取测量离散最大步长m、弦高误差n，对待测曲线以步长m进行等间距测量点划分，获得初始离散点序列P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i>2)，完成粗划分步骤；

步骤2.2，输入离散点P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i≥2)，设定弦高误差阈值n作为控制因子。

步骤2.3，保存第一个离散点P₁作为测量点；

步骤2.4，令P_i-1为起点，P_i为中间待确定点，P_i+1为终点，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h，比较h与阈值n的大小,如h大于n，则剔除该中间待确定点P_i；如h小于等于n，则保存该中间待确定点P_i作为测量点；

步骤2.5，判断终点P_i+1是否为最后一个离散点，是，则进入步骤2.6；否，则令i＝i+1，重新执行步骤2.4；

步骤2.6，保存终点并结束。

进一步地，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h的公式为：

其中，h为离散点P_i到弦P_i-1P_i+1的垂直距离，S为两测量点之间的距离，θ为P_i-1P_i与P_i-1P_i+1之间的夹角。

进一步地，所述步骤3具体包括：

进行实际测量路径的采样，根据所述测量点与实际测量路径对比获取每个测量点的x、y、z坐标的误差值，根据实际测量路径的采样获取实际轮廓，依次连接所有测量点构成O平面，将所述实际轮廓投影到O平面上得到投影轮廓，判断线段P_iP_i+1是否与投影轮廓相交，若有交集，从在点P_i处抬刀，规避距离为d，得到避障点P_i′、P_i+1′，完成测量路径的避障。

进一步地，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径；

步骤4.2，获取各测量点的z坐标误差值，令测量点P_i和P_i+1的z坐标误差值分别为c1和c1，令两测量点距离刀位点CL在P1和P2上投影点距离分别是m1和m2，计算出刀位点CL偏差修正值Δ为：

步骤4.3，根据刀位点CL偏差修正值Δ并利用基于线性的路径点指令位置补偿算法完成刀位路径点补偿。

进一步地，所述方法还包括：

建立一个数据库，数据库中数据包括自适应加工测量后分析的测量工艺非实时数据表与刀具资源数据模型设置数据，所述测量工艺非实时数据表包括：弦高误差、离散最大步长、避障距离、测量速度；

对同一批次的一批毛坯，同时设置相关测量工艺参数的测量速度，多次测量后将对应测量结果存入所述数据库中，从数据库中获取同一批次毛坯同一工艺条件下的测量数据，即在机测量结果，根据工艺数据库结果，优化测量轮廓上测量点点位密度。

进一步地，所述优化测量轮廓上测量点点位密度具体为：

使两相邻测量点p_ip_i+1的间距大于测头半径R，同时小于测量路径规划时设置的最大离散步长L_步长，即：

minLp_ip_i+1＞R

maxLp_ip_i+1＜L_步长；

计算出测量点误差ε＝max[|L_PiPi+1-R|,|L_步长-L_PiPi+1|]，当某测量点误差ε_max超过预设的最大阀值λ_max时，在该测量点附近增加测量点个数，提高测量点点位密度，提高测量精度；当某测量点误差ε_min小于最大阀值λ_max，在该测量点附近减小测量点个数，减少测量点点位密度，提高测量效率。

本发明的有益效果：

1.本发明能满足测量点密度随着轮廓曲率变化而变化，待测轮廓曲率变化越大，所选测量点就越稠密，在满足了精度的情况下，根据设定阈值自适应删除冗余测量点，精简测量点密度，提高了测量效率，该优化方法高效简单，计算量小。

2.通过该方法确认存在避障点时给定避障距离，不会将测量路径放的过大，在兼顾精度和效率的情况下，实现无碰撞测量路径的规划流程。

3.测量点二次优化：建立工艺数据库，误差考虑更全面，对测量路径进行二次优化测量点的密度，从而提升整体测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的的一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法流程图；

图2为本发明的实施例中测量点自适应布局示意图；

图3是本发明的实施例中外轮廓路径规划示意图；

图4是本发明的实施例中刀位点CL偏差修正示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，包括以下步骤：

步骤1，对工件进行初步找正，消除工件装夹位置误差，完成工艺基准的修正；

步骤2，初步找正后，针对大量离散离散点集作为优化输入，进行在机测量自适应路径首次优化，获取测量点；

步骤3，进行外轮廓测量路径规划，获取规避点和每个测量点的误差值；

步骤4，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径，根据所述误差值对首次优化获得的测量点进行测量误差补偿，完成刀位路径点补偿。

优选地，步骤1具体为：

通过PC端CAM软件根据CAD模型生成测量路径，完成采样点自适应布局与测量路径自动规划；进行测量路径防碰撞仿真，并完成后置处理工艺；生成用于在机测量的NC测量宏程序及包含测量点-刀位点映射模型的中间数据点文档；将后置处理文档输入数据机床中，根据测量宏程序，完成测头系统标定及工件多点分中找正对工件进行初步找正。

优选地，步骤2具体包括：

步骤2.1、首先从软件用户交互界面上获取测量离散最大步长m、弦高误差n，对待测曲线以步长m进行等间距测量点划分，获得初始离散点序列P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i>2)，完成粗划分步骤；

步骤2.2，输入离散点P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i≥2)，设定弦高误差阈值n作为控制因子。

步骤2.3，保存第一个离散点P₁作为测量点；

步骤2.4，令P_i-1为起点，P_i为中间待确定点，P_i+1为终点，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h，比较h与阈值n的大小,如h大于n，则剔除该中间待确定点P_i；如h小于等于n，则保存该中间待确定点P_i作为测量点；

步骤2.5，判断终点P_i+1是否为最后一个离散点，是，则进入步骤2.6；否，则令i＝i+1，重新执行步骤2.4，依此方法，直到遍历所有点，从所有离散点中提取所有测量点；

步骤2.6，保存终点并结束。

优选地，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h的公式为：

其中，h为离散点P_i到弦P_i-1P_i+1的垂直距离，S为两测量点之间的距离，θ为P_i-1P_i与P_i-1P_i+1之间的夹角，该步骤原理如图2所示。

优选地，所述步骤3具体包括：

实际轮廓测量路径规划，需要测量点Pi的x、y、z坐标值，测量走刀路径如下：

通过华中数控专用采样软件进行实际测量路径的采样，将所述测量点与实际测量路径上对应的实际测量点对比获取每个测量点的x、y、z坐标的误差值，例如将测量点P_i与实际测量点N_i对比，获取P_i的测量点的x、y、z坐标的误差值，先完成Pi点的x、y坐标误差的测量，将测量结果存入用户宏变量#(53200+i)和#(53201+i)中，测量宏程序中采用G08对数控系统进行预读控制时，在进行P_i点的Z坐标误差值时，需要将理论测点P_i点换成实际测点N_i(x₁′,y₁′)，x₁′＝x+#(53200+i)，y₁′＝y+#(53201+i)，其中当宏变量为正时，N_i在P_i的外侧；当宏变量为负时，N_i在P_i的内侧，外轮廓测量路径规划，以图3所示工件外轮廓测量为例，其中理论轮廓为测量点构成的轮廓。

测量外轮廓的XY平面误差时，根据实际测量路径的采样获取实际轮廓，依次连接所有测量点构成O平面，将所述实际轮廓投影到O平面上得到投影轮廓，判断线段P_iP_i+1是否与投影轮廓相交，若有交集，从在点P_i处抬刀，规避距离为d，得到避障点P_i′、P_i+1′，完成测量路径的避障。

优选地，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径；

步骤4.2，获取各测量点的z坐标误差值，如图4所示，令测量点P_i和P_i+1的z坐标误差值分别为c1和c1，令两测量点距离刀位点CL在P1和P2上投影点距离分别是m1和m2，计算出刀位点CL偏差修正值Δ为：

步骤4.3，根据刀位点CL偏差修正值Δ并利用基于线性的路径点指令位置补偿算法完成刀位路径点补偿。

优选地，所述方法还包括：

建立一个数据库，数据库中数据包括自适应加工测量后分析的测量工艺非实时数据表与刀具资源数据模型设置数据，所述测量工艺非实时数据表包括：弦高误差、离散最大步长、避障距离、测量速度等数据；

对同一批次的一批毛坯，同时设置相关测量工艺参数的测量速度，多次测量后将对应测量结果存入所述数据库中，从数据库中获取同一批次毛坯同一工艺条件下的测量数据，即在机测量结果，根据工艺数据库结果，优化测量轮廓上测量点点位密度。

优选地，所述优化测量轮廓上测量点点位密度具体为：

使两相邻测量点p_ip_i+1的间距大于测头半径R，同时小于测量路径规划时设置的最大离散步长L_步长，即：

minLp_ip_i+1＞R

maxLp_ip_i+1＜L_步长；

计算出测量点误差ε＝max[|L_PiPi+1-R|,|L_步长-L_PiPi+1|]，当某测量点误差ε_max超过预设的最大阀值λ_max时，在该测量点附近增加测量点个数，提高测量点点位密度，提高测量精度；当某测量点误差ε_min小于最大阀值λ_max，在该测量点附近减小测量点个数，减少测量点点位密度，提高测量效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对工件进行初步找正，消除工件装夹位置误差，完成工艺基准的修正；

步骤2，初步找正后，针对大量离散离散点集作为优化输入，进行在机测量自适应路径首次优化，获取测量点；

步骤3，进行外轮廓测量路径规划，获取规避点和每个测量点的误差值；

步骤4，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径，根据所述误差值对首次优化获得的测量点进行测量误差补偿，完成刀位路径点补偿。

2.根据权利要求1所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，步骤1具体为：

生成测量路径，完成采样点自适应布局与测量路径自动规划；进行测量路径防碰撞仿真，并完成后置处理工艺；生成用于在机测量的NC测量宏程序及包含测量点-刀位点映射模型的中间数据点文档；将后置处理文档输入数据机床中，根据测量宏程序，完成测头系统标定及工件多点分中找正对工件进行初步找正。

3.根据权利要求1所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤2.1、首先获取测量离散最大步长m、弦高误差n，对待测曲线以步长m进行等间距测量点划分，获得初始离散点序列P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i>2)，完成粗划分步骤；

步骤2.2，输入离散点P₁...P_i-1、P_i、P_i+1...(i≥2)，设定弦高误差阈值n作为控制因子；

步骤2.3，保存第一个离散点P₁作为测量点；

步骤2.4，令P_i-1为起点，P_i为中间待确定点，P_i+1为终点，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h，比较h与阈值n的大小,如h大于n，则剔除该中间待确定点P_i；如h小于等于n，则保存该中间待确定点P_i作为测量点；

步骤2.5，判断终点P_i+1是否为最后一个离散点，是，则进入步骤2.6；否，则令i＝i+1，重新执行步骤2.4；

步骤2.6，保存终点并结束。

4.根据权利要求3所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，计算P_i到弦P_i-1P_i+1.的垂直距离h的公式为：

其中，h为离散点P_i到弦P_i-1P_i+1的垂直距离，S为两测量点之间的距离，θ为P_i-1P_i与P_{i- 1}P_i+1之间的夹角。

5.根据权利要求4所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

进行实际测量路径的采样，根据所述测量点与实际测量路径对比获取每个测量点的x、y、z坐标的误差值，根据实际测量路径的采样获取实际轮廓，依次连接所有测量点构成O平面，将所述实际轮廓投影到O平面上得到投影轮廓，判断线段P_iP_i+1是否与投影轮廓相交，若有交集，从在点P_i处抬刀，规避距离为d，得到避障点P′_i、P_i+1′，完成测量路径的避障。

6.根据权利要求5所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，根据所述规避点来改变测量轨迹走向，生成了无干涉测量路径；

步骤4.2，获取各测量点的z坐标误差值，令测量点P_i和P_i+1的z坐标误差值分别为c1和c1，令两测量点距离刀位点CL在P1和P2上投影点距离分别是m1和m2，计算出刀位点CL偏差修正值Δ为：

步骤4.3，根据刀位点CL偏差修正值Δ并利用基于线性的路径点指令位置补偿算法完成刀位路径点补偿。

7.根据权利要求6所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立一个数据库，数据库中数据包括自适应加工测量分析的测量工艺非实时数据表与刀具资源数据模型设置数据，所述测量工艺非实时数据表包括：弦高误差、离散最大步长、避障距离、测量速度；

对同一批次的一批毛坯，同时设置相关测量工艺参数的测量速度，多次测量后将对应测量结果存入所述数据库中，从数据库中获取同一批次毛坯同一工艺条件下的测量数据，即在机测量结果，根据工艺数据库结果，优化测量轮廓上测量点点位密度。

8.根据权利要求7所述的3C产品壳体过渡区加工路径自适应规划的方法，其特征在于，所述优化测量轮廓上测量点点位密度具体为：

使两相邻测量点p_ip_i+1的间距大于测头半径R，同时小于测量路径规划时设置的最大离散步长L_步长，即：

计算出测量点误差ε＝max[|L_PiPi+1-R|,|L_步长-L_PiPi+1|]，当某测量点误差ε_max超过预设的最大阀值λ_max时，在该测量点附近增加测量点个数，提高测量点点位密度，提高测量精度；当某测量点误差ε_min小于最大阀值λ_max，在该测量点附近减小测量点个数，减少测量点点位密度，提高测量效率。