[发明专利]复合插补法及其系统软件

说明书

技术领域：本项目属于计算机图形学核心技术领域里曲线和图形生成与编辑的新方法，使用本方法编制的系统软件可直接生成含常用非圆曲线及其平行线的系列线型，并可显示其辅助线和相关参数，还能实现常用曲线及其平行线间的光滑衔接和对曲线或图形进行任意角度旋转等各种编辑功能，且可将已生成的各种曲线或图形进行数控编存解码等操作。

背景技术：在计算机绘图和数控加工的曲线生成相关技术方面，目前国际通用的方法是可以通过插补运算直接生成直线和圆弧，而对非圆曲线只能用直线或圆弧去分段拟合。本人在1989年2月申请并在之后已被授权的发明专利“复合逐点比较插补法及其系统软件”的项目中，解决了渐伸线、阿基米德螺旋线、摆线、圆内外摆线、正余弦曲线、椭圆、抛物线、双曲线等非圆曲线的直接插补生成问题。现在部分绘图系统也可对椭圆或抛物线进行插补，但是它们还未能真正成为计算机绘图和数控加工的母线。其原因在于，数控加工中刀具运行的中心轨迹应该是被加工工件轮廓的平行线，非圆曲线的平行线插补问题之前没有解决，还存在不同曲线或其平行线之间的光滑衔接问题，及由多种曲线构成图形的任意旋转、扩缩、剪切、延伸、移动、对称、矩阵、进退等编辑及复合编辑问题。另外现有数控设备执行机构运行时必需依赖即时插补运算，进而造成的微观阶梯式冲击和运行速度受到限制的问题也应该得到改善。

发明内容：针对以上背景和问题，若让常用非圆曲线与圆弧和直线一样真正成为计算机绘图或数控加工的母线，并从根本上提高数控加工的质量和速度，除必需让绘图或数控系统具有对非圆曲线的直接插补生成功能外，还应增加对常用非圆曲线的数控刀补功能，即也能直接插补生成相关曲线的平行线，并实现常用曲线及其平行线与其它曲线及其平行线的光滑衔接，还应具有对其构成的图形进行任意参数旋转、扩缩、剪切、延伸、移动、对称、矩阵、进退等编辑及选择或复合编辑功能。最好再创建数控编存解码方法，用于取代现有数控设备执行机构的即时插补运算过程，即设备运行时仅依靠已经运算完成的系列最终插补结果的组合编码数据驱动设备生成要求的图形。鉴于这些构想和对目标曲线的分析列出了系列课题：根据渐伸线、阿基米德螺旋线、摆线、圆内外摆线和正弦曲线的定义和性质，分析得出它们都存在与其参数对应的基圆，该基圆上每点的展开弧长又将作为曲线动点进给的变量基准，能在基圆相关点运行中用简易递推算法得到精确变化的弧长数据事关重要；针对常用曲线平行线生成和光滑衔接的目标，经分析部分曲线如圆弧、直线和渐伸线的平行线还是原曲线类型，通过改变相关参数就可解决刀补和衔接问题，而常用的椭圆、抛物线、双曲线及阿基米德螺旋线等线型的平行线已不再是其原来的线型，即不能通过改变原线型参数的方法得到其平行线，光滑衔接和自由旋转等编辑也相对较难；数控编存解码方法更无先例。下面分别说明本方法的主要技术特征和较具体的解决方法及其对应的数学模型：

1.复合插补法及其系统软件的主要技术特征