CN114460900B - 一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置 - Google Patents

一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置 Download PDF

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CN114460900B CN202111601909.9A CN202111601909A CN114460900B CN 114460900 B CN114460900 B CN 114460900B CN 202111601909 A CN202111601909 A CN 202111601909A CN 114460900 B CN114460900 B CN 114460900B
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    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34248—Machining object comprises a slide, a palet, workpieces, machining, a contour

Abstract

本发明提供一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置，包括如下步骤：A、获取理论轨迹L；B、分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵
Figure DDA0003432069990000011
测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵
Figure DDA0003432069990000012
C、以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面和内凹面内的n组点对集
Figure DDA0003432069990000013
D、根据点对集
Figure DDA0003432069990000014
计算异形曲面玻璃企身面与内凹面的交点集M；E、将交点集M按空间位置关系插入理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集
Figure DDA0003432069990000015
本发明修正了理论轨迹，补偿了因前期工序中产生的加工缺陷而引起的误差，避免了浪费材料，提高了良品率与生产效率。

Description

一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置
技术领域
本发明涉及一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置。
背景技术
异形曲面玻璃因具有良好的握持手感、弧形边缘触控功能及更好的外观形象，使用越来越普及，被广泛应用于高端智能手机、VR眼镜等产品上。但由于玻璃材料的特性，玻璃毛坯在完成前期开料、切削加工、热弯成型等工序后，会产生加工变形和装夹变形等加工缺陷。在进行位于加工工序末段的倒角工序时，现有技术是基于异形曲面玻璃的设计模型，提取设计模型的加工轮廓轨迹，以生成异形曲面玻璃轮廓加工程序进行加工。但因存在上述加工缺陷，实际加工时，会出现宽度差异大，倒角不一致，甚至崩边等情况，无法达到要求的加工质量。倒角工序是末段工序，如此此时出现这些情况，不仅造成材料的浪费，降低了异形曲面玻璃加工的良品率，同时也降低了生产效率。
发明内容
本发明提出一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法及装置，修正理论轨迹，补偿因前期工序中产生的加工缺陷而引起的误差，避免浪费材料，提高良品率与生产效率。
本发明通过以下技术方案实现：
一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L；
B、分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵Tt m、测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵Ts t；
C、以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面和内凹面内的n组点对集
Figure BDA0003432069970000021
其中，qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点；
D、根据点对集
Figure BDA0003432069970000022
计算异形曲面玻璃企身面与内凹面的交点集M；
E、将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集L′＝L+(Tt m)T*Ts m*M。
进一步的，所述步骤D具体包括如下步骤：
D1、过点qi′和qi″构建垂直于工件坐标系平面XOwY的平面A，并计算该平面A的法向量NA(-ki,1,0)，其中，
Figure BDA0003432069970000023
D2、过点qi′构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面B，计算平面A和平面B的相交直线
Figure BDA0003432069970000024
并计算直线
Figure BDA0003432069970000025
的方向向量
Figure BDA0003432069970000026
D3、直线
Figure BDA0003432069970000027
在平面A内的方向向量即为
Figure BDA0003432069970000028
将该方向向量以点qi′为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转θ角度，得到直线
Figure BDA0003432069970000029
的方向向量
Figure BDA00034320699700000210
其中，θ为异形曲面玻璃企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D4、过点qi″构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面C，计算平面A和平面C的相交直线
Figure BDA0003432069970000031
并计算直线
Figure BDA0003432069970000032
的方向向量
Figure BDA0003432069970000033
D5、直线
Figure BDA0003432069970000034
在平面A内的方向向量即为
Figure BDA0003432069970000035
将该方向向量以点qi″为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转
Figure BDA0003432069970000036
角度，得到直线
Figure BDA0003432069970000037
的方向向量
Figure BDA0003432069970000038
其中，
Figure BDA0003432069970000039
为异形曲面玻璃内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D6、计算直线
Figure BDA00034320699700000310
和直线
Figure BDA00034320699700000311
的交点Mi＝qi(x′i,y′i,z′i)，其中：
Figure BDA00034320699700000312
式中：
Figure BDA00034320699700000313
进一步的，还包括如下步骤：
F、对新的加工轨迹点集L′进行滤波、拟合和平滑处理，再离散后得到异形曲面玻璃轮廓加工的实际轨迹L″。
进一步的，所述测量传感器包括位移传感器。
进一步的，所述步骤C中，在采集企身面和内凹面的点对时，通过调整采集异形曲面玻璃企身面和内凹面点的轨迹，使在企身面处和内凹面处采集的点对qi′(xi1,yi1,zi1)和qi″(xi2,yi2,zi2)相对应，并记录企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角θ、内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角
Figure BDA00034320699700000314
进一步的，所述步骤A中，根据异形曲面玻璃的三维模型提取异形曲面玻璃轮廓曲线，再离散该轮廓曲线，得到所述理论轨迹L。
进一步的，所述步骤C中，n值和角度值根据异形曲面玻璃尺寸、材质和形状确定。
本发明还通过以下技术方案实现：
一种异形曲面玻璃轮廓的加工装置，包括：
理论轨迹获取模块：用于获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L；
坐标系模块：用于分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵Tt m、测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵Ts t；
点对采集模块：用于以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面和内凹面内的n组点对集
Figure BDA0003432069970000041
其中，qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点；
交点集计算模块：用于根据点对集
Figure BDA0003432069970000042
计算异形曲面玻璃企身与内凹面的交点集M；
新轨迹获取模块：用于将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集L′＝L+(Tt m)T*Ts m*M。
本发明具有如下有益效果：
本发明以工件坐标系为原点，等角度采集异形曲面玻璃企身面内和内凹面内的多组点对，并根据这些点对计算企身面和内凹面的交点集，将交点集按空间位置关系插入异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹，从而得到符合异形曲面玻璃当前状况的新的加工轨迹，有效修正异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹，补偿异形曲面玻璃在进行倒角工序时，因前序工序中产生的加工变形和装夹变形而引起的误差，避免发生宽度差异大，倒角不一致，甚至崩边等影响加工质量的情况，从而避免浪费材料，提高加工的良品率与生产效率。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，异形曲面玻璃轮廓的加工方法，包括如下步骤：
A、获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L＝Upi(x,y,z)；
具体为先根据异形曲面玻璃的三维模型提取异形曲面玻璃轮廓曲线，再离散该轮廓曲线，从而得到理论轨迹L＝Upi(x,y,z)；其中根据三维模型提取轮廓曲线的过程为现有技术；
B、分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵Tt m、测量传感器坐标系Os与刀具坐标系 Ot之间的变换矩阵Ts t；其中，标定坐标系以及计算变换矩阵的过程为现有技术；
C、以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面和内凹面内的n组点对集
Figure BDA0003432069970000051
其中，qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点；
具体地，通过现有的五轴机构来采集点对集，测量传感器固定在五轴机构上，异形曲面玻璃则放置在五轴机构的工装夹具上，通过控制五轴机构调整采集异形曲面玻璃企身面和内凹面点的轨迹，使在企身面处和内凹面处采集的点对qi′(xi1,yi1,zi1)和qi″(xi2,yi2,zi2)相对应，并记录企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角θ、内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角
Figure BDA0003432069970000061
其中，记录夹角的过程为现有技术；
测量传感器可以位移传感器，具体如激光测距仪；
n的具体取值和等角度的角度值根据异形曲面玻璃尺寸、材质和形状确定；等角度指以工件坐标系Ow为原点的360°进行均分得到的角度值；
D、根据点对集
Figure BDA0003432069970000062
计算异形曲面玻璃企身面与内凹面的交点集M；
具体包括如下步骤：
D1、过点qi′和qi″构建垂直于工件坐标系平面XOwY的平面A，并计算该平面A的法向量NA(-ki,1,0)，其中，
Figure BDA0003432069970000063
D2、过点qi′构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面B，计算平面A和平面B的相交直线
Figure BDA0003432069970000064
并计算直线
Figure BDA0003432069970000065
的方向向量
Figure BDA0003432069970000066
D3、直线
Figure BDA0003432069970000067
在平面A内的方向向量即为
Figure BDA0003432069970000068
将该方向向量以点 qi′为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转θ角度，得到直线
Figure BDA0003432069970000069
的方向向量
Figure BDA00034320699700000610
其中，θ为异形曲面玻璃企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D4、过点qi″构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面C，计算平面A和平面C的相交直线
Figure BDA00034320699700000611
并计算直线
Figure BDA00034320699700000612
的方向向量
Figure BDA00034320699700000613
D5、直线
Figure BDA00034320699700000614
在平面A内的方向向量即为
Figure BDA00034320699700000615
将该方向向量以点qi″为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转
Figure BDA0003432069970000071
角度，得到直线
Figure BDA0003432069970000072
的方向向量
Figure BDA0003432069970000073
其中，
Figure BDA0003432069970000074
为异形曲面玻璃内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D6、计算直线
Figure BDA0003432069970000075
和直线
Figure BDA0003432069970000076
的交点Mi＝qi(x′i,y′i,z′i)，其中：
Figure BDA0003432069970000077
式中：
Figure BDA0003432069970000078
Si1和Si2为两向量：
Figure BDA0003432069970000079
Figure BDA00034320699700000710
对点对集
Figure BDA00034320699700000711
的每一对点对，均按照上述步骤计算交点，即可得到交点集M；
E、将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹
L＝Upi(x,y,z)，得到新的加工轨迹点集
Figure BDA00034320699700000712
F、对新的加工轨迹点集L′进行滤波、拟合和平滑处理，再离散后得到异形曲面玻璃轮廓加工的实际轨迹L″，其中，滤波、拟合、平滑和离散过程均为现有技术。
一种异形曲面玻璃轮廓的加工装置，包括如下模块：
理论轨迹获取模块：用于获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L；
坐标系模块：用于分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵Tt m、测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵Ts t；
点对采集模块：用于以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面和内凹面内的n组点对集
Figure BDA0003432069970000081
其中， qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点；
交点集计算模块：用于根据点对集
Figure BDA0003432069970000082
计算异形曲面玻璃企身与内凹面的交点集M；
新轨迹获取模块：用于将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集L′＝L+(Tt m)T*Ts m*M。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L；
B、分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵
Figure FDA0003960516290000011
测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵
Figure FDA0003960516290000012
测量传感器坐标系Os与机床坐标系Om之间的变换矩阵
Figure FDA0003960516290000013
C、以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器相对于工件坐标系Ow等角度采集异形曲面玻璃企身面内和内凹面内的n组点对集
Figure FDA0003960516290000014
其中，qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点，等角度指以工件坐标系Ow为原点的360°进行均分得到的角度值；
D、根据点对集
Figure FDA0003960516290000015
计算异形曲面玻璃企身面与内凹面的交点集M；
D1、过点qi′和qi″构建垂直于工件坐标系平面XOwY的平面A，并计算该平面A的法向量NA(-ki,1,0)，其中，
Figure FDA0003960516290000016
D2、过点qi′构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面B，计算平面A和平面B的相交直线
Figure FDA0003960516290000017
并计算直线
Figure FDA0003960516290000018
的方向向量
Figure FDA0003960516290000019
D3、直线
Figure FDA00039605162900000110
在平面A内的方向向量即为
Figure FDA00039605162900000111
将该方向向量以点qi′为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转θ角度，得到直线
Figure FDA00039605162900000112
的方向向量
Figure FDA00039605162900000113
其中，θ为异形曲面玻璃企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D4、过点qi″构建平行于工件坐标系平面XOwY的平面C，计算平面A和平面C的相交直线
Figure FDA0003960516290000021
并计算直线
Figure FDA0003960516290000022
的方向向量
Figure FDA0003960516290000023
D5、直线
Figure FDA0003960516290000024
在平面A内的方向向量即为
Figure FDA0003960516290000025
将该方向向量以点qi″为中心、法向量NA(-ki,1,0)为旋转轴，旋转
Figure FDA0003960516290000026
角度，得到直线
Figure FDA0003960516290000027
的方向向量
Figure FDA0003960516290000028
其中，
Figure FDA0003960516290000029
为异形曲面玻璃内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角；
D6、计算直线
Figure FDA00039605162900000210
和直线
Figure FDA00039605162900000211
的交点Mi＝qi(xi′,yi′,zi′)，其中：
Figure FDA00039605162900000212
式中：
Figure FDA00039605162900000213
E、将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集
Figure FDA00039605162900000214
2.根据权利要求1所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：还包括如下步骤：
F、对新的加工轨迹点集L′进行滤波、拟合和平滑处理，再离散后得到异形曲面玻璃轮廓加工的实际轨迹L″。
3.根据权利要求1或2所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：所述测量传感器包括位移传感器。
4.根据权利要求1或2所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：所述步骤C中，在采集企身面和内凹面的点对时，通过调整异形曲面玻璃的位姿，使在企身面处和内凹面处采集的点对qi′(xi1,yi1,zi1)和qi″(xi2,yi2,zi2)相对应，并记录企身面与工件坐标系平面XOwY的夹角θ、内凹面与工件坐标系平面XOwY的夹角
Figure FDA0003960516290000031
5.根据权利要求1或2所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：所述步骤A中，根据异形曲面玻璃的三维模型提取异形曲面玻璃轮廓曲线，再离散该轮廓曲线，得到所述理论轨迹L。
6.根据权利要求1或2所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：所述步骤C中，n值和角度值根据异形曲面玻璃尺寸、材质和形状确定。
7.一种异形曲面玻璃轮廓的加工装置，基于权利要求1-6任意一项所述的一种异形曲面玻璃轮廓的加工方法，其特征在于：包括
理论轨迹获取模块：用于获取异形曲面玻璃轮廓加工的理论轨迹L；
坐标系模块：用于分别建立工件坐标系Ow、测量传感器坐标系Os、刀具坐标系Ot和机床坐标系Om，并在标定上述坐标系后，分别计算刀具坐标系Ot与机床坐标系Om之间的变换矩阵
Figure FDA0003960516290000032
测量传感器坐标系Os与刀具坐标系Ot之间的变换矩阵
Figure FDA0003960516290000033
点对采集模块：用于以工件坐标系Ow为原点，利用测量传感器等角度采集异形曲面玻璃企身面内和内凹面内的n组点对集
Figure FDA0003960516290000034
其中，qi′(xi1,yi1,zi1)为在异形曲面玻璃企身面处采集的点，qi″(xi2,yi2,zi2)为在异形曲面玻璃内凹面处采集的点；
交点集计算模块：用于根据点对集
Figure FDA0003960516290000035
计算异形曲面玻璃企身与内凹面的交点集M；
新轨迹获取模块：用于将交点集M按空间位置关系插入步骤A所述的理论轨迹L，得到新的加工轨迹点集
Figure FDA0003960516290000036
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