CN115156695A - 基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法、系统及存储介质 Download PDF

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张敏
时君
靳世伟
邱勇
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Suzhou Golden Orange Laser Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，包括：根据模型的几何中心点，得截平面；对截平面与模型外表面相交的第一交线离散得到第一次各离散点集；第一次各离散点集与中心轴形成第一次截交面，第一次截交面与模型外表面相交的第二交线离散，第二次各离散点集；第二次各离散点集与中心轴形成第二次截交面，对第二次截交面与模型外表面相交的第三交线离散，得到第三次各离散点集；将第三次各离散点集作为模型加工输出轨迹，得到第一次截交面和第二次截交面的夹角θ，加工轨迹以坐标位置和旋转角度方式输出。激光加工输出轨迹位置理论值与实际加工位置基本一致，能够很好地表示加工曲线，不仅适用于连续加工，也可以用来处理复杂曲面。

Description

基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法、系统及存储 介质
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体为基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法、系统及存储介质。
背景技术
随着国内制造业的迅速发展，人们对复杂曲面零/部件的加工要求越来越高。能否准确实现复杂曲面零/部件的加工，以便提高加工曲面的完整性，已经成为激光加工领域的首要任务，其中对复杂曲面的加工轨迹生成是研究的重点。
对已知的三维模型进行激光加工多采用以下两种方法：
1.拼接，即在分时、分区域加工。对一整个加工面，首先加工在激光能够加工到的区域部分，其次，移动工件或激光到剩下的加工区域。优点是实现简单，缺点是多区域加工，可能会存在加工重叠部分，且复杂曲面有时并不能支持设置分区域加工，所以这种加工方法只适用加工要求不高的场合。
2.等参数采样，即对加工区域进行等份的离散采样，利用这种方法生成的加工路径可以实现连续加工，但在处理不规则复杂曲面时，不能充分表示曲率特征，这会降低激光加工效果，不能满足高精度的加工需求。
发明内容
为克服上述复杂曲面并不能支持设置分区域加工，不能充分表示表示曲率特征，降低激光加工效果，不能满足高精度的加工需求的缺点，本发明的目的在于提供基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法、系统及存储介质。
为了达到以上目的，本发明的第一方面，提供基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，包括以下步骤：
S1:获取加工件的三维模型，确定三维模型的几何中心点，根据几何中心点确定三维模型的中心轴，沿几何中心点得到截平面；
S2:对截平面与三维模型外表面相交得到的第一交线进行离散，得到第一次各离散点集；
S3:通过第一次各离散点集与中心轴形成第一次截交面，对第一次截交面与三维模型的外表面相交得到的第二交线进行离散，得到第二次各离散点集；
S4:通过第二次各离散点集与中心轴形成第二次截交面，对第二次截交面与三维模型的外表面相交得到的第三交线进行离散，得到第三次各离散点集；
S5:获取第一次截交面和第二次截交面的夹角为θ，获取第三次各离散点集的坐标，将第三次各离散点集的坐标和夹角θ作为激光加工轨迹，所述加工轨迹以坐标位置和旋转角度的方式输出，记为X(P,θ)。
在一些可能的实施方式中，所述“确定三维模型的几何中心点”具体包括：通过建立包围盒包裹三维模型，将包围盒的几何中心作为三维模型的几何中心点。
在一些可能的实施方式中，所述包围盒为完全包裹三维模型的的最小立方体。
在一些可能的实施方式中，所述截平面经过几何中心点，沿截平面能将三维模型平均一分为二。
在一些可能的实施方式中，所述中心轴为经过几何中心点的一条旋转轴，所有计算、旋转方向和坐标都以中心轴为基准。
在一些可能的实施方式中，所述第一交线通过等距离离散法进行离散，得到第一次各离散点集。
在一些可能的实施方式中，所述第二交线通过等距离离散法进行离散，得到第二次各离散点集。
在一些可能的实施方式中，所述第三交线通过等弦高差法进行离散，得到第三次各离散点集。
本发明的第二方面，提供基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统，执行上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤。
本发明的第三方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤或执行上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统。
本发明的有益效果在于：通过对三维模型进行多次截交和离散，得到加工轨迹以坐标位置和旋转角度的方式输出，记为X(P,θ)，使得激光加工输出轨迹位置理论值与实际加工位置基本一致，在一定误差精度下能够很好地表示加工曲线，生成的加工轨迹不仅适用于连续加工，也可以用来处理复杂曲面。
附图说明
图1为本发明实施例基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的中三维模型与包围盒的位置示意图；
图3为本发明实施例中三维模型轨迹实现示意图；
图4为激光加工以Y轴为旋转中心时，旋转角度、输出轨迹理论坐标值与加工位置实际坐标值的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参照附图1所示，本实施例提供基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，包括以下步骤：
S1:通过三维软件来获取加工件的三维模型，确定三维模型的几何中心点，根据几何中心点确定三维模型的中心轴，沿几何中心点得到截平面；
参照附图2所示，所述“确定三维模型的几何中心点”具体包括：通过建立包围盒包裹三维模型，将包围盒的几何中心点作为三维模型的几何中心点。所述包围盒为完全包裹三维模型的的最小立方体。因为包围盒是标准的立方体，它有明确的中心位置，可以通过包围盒明确确定三维模型的中心。
中心轴为经过几何中心点的一条旋转轴，所有计算、旋转方向和坐标都以中心轴为基准。
截平面经过几何中心点，沿截平面能将三维模型平均一分为二。截平面一分为二只是视觉上的对称，并不是物理意义上的切开一分为二。这么做的目的是为了获取截平面与三维物体表面相交形成的交线，更简单更容易进行表达。
S2:对截平面与三维模型外表面相交得到的第一交线进行离散，通过等距离离散法进行离散，得到第一次各离散点集。
S3:通过第一次各离散点集与中心轴形成第一次截交面，对第一次截交面与三维模型的外表面相交得到的第二交线进行离散，通过等距离离散法进行离散，得到第二次各离散点集。
S4:通过第二次各离散点集与中心轴形成第二次截交面，对第二次截交面与三维模型的外表面相交得到的第三交线进行离散，通过等弦高差法进行离散，得到第三次各离散点集；等弦高差法的计算公式为：
Figure BDA0003732953950000051
其中，r是圆半径、l是弦长、h是弦高，等弦高计算时，第三次相交后，每条交线的离散点的h是一致的。
参照附图3所示，图3为三维模型轨迹实现示意图。图中，1、截平面；2、第一交线；3第一次各离散点集、；4、中心轴；5、第一次截交面；6、第二交线。
S5:获取第一次截交面和第二次截交面的夹角为θ，获取第三次各离散点集的坐标，将第三次各离散点集的坐标和夹角θ作为激光加工轨迹，所述加工轨迹以坐标位置和旋转角度的方式输出，记为X(P,θ)，其中P为(x，y，z)。
上述离散点的数量和离散距离等参数由用户根据实际加工需求在软件系统中进行可选输入。
参照附图4和表一所示，在加工件匀速运动，伺服控制系统欲动参数可控，且以Y轴为旋转中心进行激光加工时，输出轨迹理论坐标值与加工位置实际坐标值基本一致，最终可以实现激光的连续加工。
表一：激光加工以Y轴为旋转中心时，旋转角度、输出轨迹位置理论值与实际加工位置的参数
Figure BDA0003732953950000052
Figure BDA0003732953950000061
Figure BDA0003732953950000071
本发明的第二方面，提供基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统，执行上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤。
本发明的第三方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤或执行上述基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统。
存储介质存储有能够实现上述所有方法的程序指令，其中，该程序指令可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:获取加工件的三维模型，确定三维模型的几何中心点，根据几何中心点确定三维模型的中心轴，沿几何中心点得到截平面；
S2:对截平面与三维模型外表面相交得到的第一交线进行离散，得到第一次各离散点集；
S3:通过第一次各离散点集与中心轴形成第一次截交面，对第一次截交面与三维模型的外表面相交得到的第二交线进行离散，得到第二次各离散点集；
S4:通过第二次各离散点集与中心轴形成第二次截交面，对第二次截交面与三维模型的外表面相交得到的第三交线进行离散，得到第三次各离散点集；
S5:获取第一次截交面和第二次截交面的夹角为θ，获取第三次各离散点集的坐标，将第三次各离散点集的坐标和夹角θ作为激光加工轨迹，所述加工轨迹以坐标位置和旋转角度的方式输出，记为X(P,θ)。
2.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述“确定三维模型的几何中心点”具体包括：通过建立包围盒包裹三维模型，将包围盒的几何中心作为三维模型的几何中心点。
3.根据权利要求2所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述包围盒为完全包裹三维模型的的最小立方体。
4.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述截平面经过几何中心点，沿截平面能将三维模型平均一分为二。
5.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于：所述中心轴为经过几何中心点的一条旋转轴，所有计算、旋转方向和坐标都以中心轴为基准。
6.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述第一交线通过等距离离散法进行离散，得到第一次各离散点集。
7.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述第二交线通过等距离离散法进行离散，得到第二次各离散点集。
8.根据权利要求1所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法，其特征在于，所述第三交线通过等弦高差法进行离散，得到第三次各离散点集。
9.基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统，其特征在于，执行权利要求1-8任一项所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成方法的步骤或执行权利要求9所述的基于截交三维模型的激光加工轨迹生成系统。
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