[发明专利]点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法

权利要求书

1.一种点云模型三轴等残留高度数控加工刀轨生成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1、输入需要加工的点云模型和加工参数，计算首行刀位点集合；

设点云点集为p，p＝{p_i|p₀,p₁,p₂,…,p_n}，获取点云最长边的数据点集p₁，根据步长筛选出刀触点集合对每个刀触点运用k邻近法计算出法矢按照式(1)计算出首行刀位点集合

步骤2、对刀位点构造局部坐标系；

设第i行刀位点集合为以为原点创建局部坐标系X_wY_wZ_w，令向量为Y_w轴正方向，法平面即为坐标平面X_wZ_w，与全局坐标平面XY的交线作为X_w轴，最后以右手法则确定Z_w轴；设X_w、Y_w、Z_w轴单位向量分别为i_w、j_w、k_w，可获得任意一点p在局部坐标系下坐标p^w；

步骤3、计算进给方向法平面上的点云轮廓点集；

计算残留高度点需要求出刀位点进给法平面上的点云轮廓数据点，为了提高轮廓精度，获取刀位点刀具投影邻域内的数据点，计算出在局部坐标系X_wY_wZ_w中的坐标，利用式(4)获得在切片厚度e范围内的点集P_i,j，最后采用切片求交法对P_i,j计算出轮廓点集

其中x^w、y^w是局部坐标系下的坐标，R为刀具半径；

步骤4、迭代计算出残留高度点；

步骤4.1、获取点云轮廓点集中计算的初始点；设残留高度最大允许值为h，要求的残留高度点为对点集中所有点计算到原点O_w的距离D，对仅保留所有满足D≤(R+h)的点，记为{p_k}；对点集{p_k}中每个点带入式(5)，计算出Δ最小值对应的点p_k作为计算的初始点，即点集{p_k}中距离圆x²+z²＝(R+0.5h)²最近的点；

步骤4.2、计算交点坐标；以为圆心、h为半径，构建圆⊙p_k与刀具圆的交点为和设的x坐标大于在三角形中，O_wp_k＝D_k，设则交点的坐标可由式(6)求出：

步骤4.3、计算迭代数据点、获取残留高度点以点为圆心、h为半径，构建圆运用式(7)求出点集{p_k}中所有位于圆内的点，获取其中最短距离所对应的点作为下一次计算的数据点，并从点集{p_m}中删除所有位于圆之外的点，转到步骤4.2；若点集{p_m}为空集，则说明到点云轮廓的最小距离为h，就是要求的残留高度点

步骤5、对残留高度点构造局部坐标系；

设第i行残留高度点集合为与步骤2类似，以为原点创建局部坐标系X_sY_sZ_s，令向量为Y_s轴正方向，法平面即为坐标平面X_sZ_s，与全局坐标平面XY的交线作为X_s轴，最后以右手法则确定Z_s轴，求出X_s、Y_s、Z_s轴的单位向量i_s、j_s、k_s，以及在局部坐标系下的点坐标；

步骤6、设置等残留高度刀位点的坐标初值；

步骤7、迭代计算出等残留高度刀位点；其中，

所述步骤7包括以下子步骤：

步骤7.1、获取计算等残留高度刀位点的点云子集P′_i,j；选取点云p中残留高度点邻域内的点组成子集P′_i,j，作为计算相邻行刀位点的候选刀触点，对附近的数据点计算出在X_sY_sZ_s坐标系下的坐标，获取所有满足式(8)的点组成P′_i,j：

步骤7.2、计算P′_i,j到距离最小的数据点p_min并判断，获取等残留高度刀位点；点集P′_i,j中任意一点到的距离D可由式(9)求出，获取最小距离D_min对应的点若D_min＜R，p_min是干涉点，从点集P′_i,j中删除所有D＞R的非干涉点，若D_min＞R，说明p_min不是干涉点，转到步骤7.3；若D_min＝R，则将的坐标转换为全局坐标，即为要求的相邻行，完成计算；

步骤7.3、计算点p_min所对应的坐标；以为圆心、R为半径的刀具绕Y_s旋转γ角后，p_min与刀具上的点p′_min重合，则此时的就是点p_min所对应的刀位点；平面与刀具的截线是以为圆心的圆，在三角形ΔO′_i+1,jO′_sp′_min和ΔO′_i+1,jO′_sp_min中，令O′_sp′_min＝O′_sp_min＝l，l和D′_min均可运用式(9)求出两点间的距离，再用式(10)计算出γ：

当γ＞0时，需逆时针旋转，否则需顺时针旋转，由式(11)可计算出旋转后的新坐标，即为点p_min所对应的坐标，转到步骤7.2；

以上计算步骤中，步骤2～4为残留高度点计算流程，步骤5～7为等残留高度刀位点计算流程；对当前行刀位点集合可由以上步骤求出相邻行等残留高度刀位点集合以此类推，可完成所有行等残留高度刀位点的计算，最后所有刀位点组成了点云完整的等残留高度刀轨。