[发明专利]一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法

权利要求书

1.一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取能够使得毛坯的质心和设计模型的质心平移至重合的粗配准平移向量；

步骤二、将毛坯和设计模型的所有表面法线分别映射至扩展高斯图像球面上，获取能够使毛坯的扩展高斯图像和设计模型的扩展高斯图像达到预设的相关性条件的粗配准三维姿态角；

步骤三、确定能够使毛坯和设计模型满足全包络条件、基准对齐条件以及余量均匀条件的精配准三维旋转角和精配准平移量；其中全包络条件定义为设计模型的点云位于毛坯点云内部的几率；基准对齐条件定义为毛坯与设计模型的基准面夹角的弧度；余量均匀条件定义为毛坯点云中的所有点和设计模型中与其对应的点的距离方差：具体过程为：

将毛坯和设计模型的三维点云转换为多个二维点云，预测设计模型的点云位于毛坯点云内部的几率P；

计算毛坯和设计模型的基准面夹角θ；

计算毛坯点云中的所有点和设计模型中与其对应的点的距离方差v；

构造适应度函数Fitness：

其中w₁，w₂，w₃分别表示预设的第一权值、第二权值和第三权值；

使用遗传算法作为优化算法，找到能够使适应度函数达到一定阈值范围的x轴旋转角、y轴旋转角、z轴旋转角、x轴平移量、y轴平移量和z轴平移量；

将x轴旋转角、y轴旋转角、z轴旋转角、x轴平移量、y轴平移量和z轴平移量构成变换矩阵：

其中M为根据x轴旋转角、y轴旋转角、z轴旋转角确定的3×3旋转矩阵；x表示x轴平移量，y表示y轴平移量，z表示z轴平移量；依次通过步骤一得到的平移向量、步骤二得到的三维姿态角组合以及步骤三得到的变换矩阵对毛坯相对于设计模型的位置和姿态进行调整。

2.根据权利要求1所述的面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，其特征在于，步骤一包括：

对毛坯进行扫描和三维重建，并经过滤波以移除离群点，得到毛坯点云；

对设计模型进行点云采样，获得与毛坯点云相同体量的模型点云；

将毛坯点云和模型点云中的每个点视为质点，计算毛坯点云和模型点云的质心空间位置，将毛坯点云的质心和模型点云的质心做差，以获取能够使得毛坯的质心和设计模型的质心平移至重合的粗配准平移向量。

3.根据权利要求1或2所述的面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，其特征在于，步骤二具体为：

分别计算毛坯和设计模型的所有表面法线；生成扩展高斯图像球面；将毛坯和设计模型的所有表面法线映射到扩展高斯图像球面上，毛坯和设计模型在扩展高斯图像球面的每个面上含有的法线数量分别代表毛坯的特征强度和设计模型的特征强度，计算毛坯的特征强度与设计模型的特征强度间的相关程度，计算公式为：

其中Corr为相关程度，为毛坯在扩展高斯图像球面的每个面上含有的法线数量组成的向量，为设计模型在扩展高斯图像球面的每个面上含有的法线数量组成的向量；

将相关程度作为优化目标，通过遗传算法进行优化，得到能够使得相关程度达到最优解的三维姿态角组合。

4.根据权利要求3所述的面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，其特征在于，步骤二中，扩展高斯图像为80面体、320面体或1280面体。