[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

说明书

本发明涉及一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，是为了解决现有的配准方法精度较低的缺点而提出的，包括：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平移向量；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三维姿态角组合；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旋转矩阵和平移量。本发明适用于曲面零件加工过程中的配准方法。

技术领域

本发明涉及计算机图形学以及机械加工技术领域，具体涉及一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法。

背景技术

对于加工精度要求较高的薄壁叶片类曲面零件常采用熔模铸造技术制造毛坯，再通过打磨完成最后的去余量和表面抛光的工序，但铸造的一致性程度产生了加工余量不一致的现象，从而对后续加工的自动化程度产生严重影响，而手工操作又对操作者的技术有较高要求；此外，传统的手工打磨环境恶劣，粉尘对操作者健康造成极大影响，所以复杂曲面数字化加工具有重要意义。为实现自由曲面零件的数字化加工，通过三维扫描技术获取零件点云数据，与理想几何要素进行匹配比较，依照特定的加工余量分析方法，得到期望的加工信息。

薄壁叶片类零件由多幅曲面构成，对于特定放样曲面采用卡板和塞尺的方式进行质量检测，曲面与卡板缝隙不能超过1mm。在毛坯制造过程中，辅助基准通过铸造成型，表面质量差，在机床上利用该基准找正困难，特别是大型零件误差更大。目前叶片找正已开始采用叶片毛坯型面三维测量技术与基于检测数据的加工余量分析技术结合的先进方法。

传统的配准方法是通过手动选择对应点进行粗匹配，然后利用最近点迭代法(ICP)进行精匹配，然而，毛坯点云与模型点云往往形状相似，但比例不一致，因为毛坯点云必然要包络模型点云。在这种情况下，最近点迭代算法精度会大大下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的配准方法精度较低的缺点，而提出一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法。

一种面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法，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三维姿态角组合；

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旋转矩阵和平移量；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。

本发明的有益效果为：修正了利用传统配准方法分析余量不合理的问题，包括“负余量”以及无基准；并优化了加工余量分布，将有效控制残高，减少走刀次数。

附图说明

图1为本发明一个实施例的面向自由曲面零件的加工余量离线分析方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的步骤一的流程图；

图3为本发明一个实施例的步骤二的流程图；

图4(a)、图4(b)和图4(c)分别为扩展高斯图像为20面体、80面体、320面体时的示意图。

具体实施方式

本发明的主要目的是将毛坯和设计模型平移到基本一致的位置，并调整姿态角使得加工过程中能够保持均匀的余量。设计模型是期望能够通过加工得到的理论模型，毛坯是待加工的部件，通过本发明的方法，能够得到粗配准的平移向量、粗配准的姿态角、精配准的平移向量、精配准的姿态角，这些量可以用来调整毛坯和设计模型的相对位置，以使相对位置能够调整为能够达到余量尽可能均匀的程度。下面具体说明本发明的各种实施方式。