[发明专利]一种Hilbert曲线引导的三维类摆线智能抛光方法

说明书

本发明公开了一种Hilbert曲线引导的三维类摆线智能抛光方法，包括步骤：建立工件三维曲面与二维平面的空间映射关系；在二维参数域内生成标准Hilbert曲线，并进行变形获得改进Hilbert曲线；以改进Hilbert曲线为引导线，生成步距和半径可调的摆线轨迹；利用人工神经网络拟合抛光加工材料去除计算模型，预测三维网格曲面每个顶点材料去除深度的平均值和均方差；约束抛光轨迹各参数的取值范围；将材料去除深度的平均值和均方差作为优化目标，利用智能优化算法确定摆线轨迹中可调参数的最优值组合；将参数确定的摆线轨迹投影到二维平面上，并对边界上断开的轨迹重新排序形成完整摆线轨迹；将二维平面上的摆线轨迹逆映射到三维曲面，得到最终实际加工的三维类摆线轨迹。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种Hilbert曲线引导的三维类摆线智能抛光方法。

背景技术

各类设备中关键零部件的表面质量是保障产品质量和提高产品性能的一个至关重要的因素，抛光正是这些关键零部件表面质量获取过程中的一道举足轻重的加工工艺。然而，传统的抛光加工大多是手工加工，严重依赖于劳动者的技术水平，抛光质量不稳定，并且存在着加工效率低下的缺陷，与现代大规模自动化批量生产的模式相矛盾。

目前自动化曲面抛光轨迹存在着抛光工件表面残留明显加工痕迹以及轨迹覆盖不均匀的问题，影响着工件表面质量。传统应用于机械抛光的轨迹多为简单的扫描轨迹、单一的分形轨迹或者基于扫描线的摆线轨迹，这些轨迹虽然能在抛光加工中减小工件表面粗糙度，但是不能同时在材料均匀去除和多方向性之间达到很好的均衡效果，并且也无法在整个加工区域上真正实现模拟手工抛光加工轨迹。

此外，目前研究中，简单地将几种轨迹进行组合会额外产生较多参数，并且参数之间关系复杂，互相牵扯，无法直接通过手动调节达到一个令人满意的效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种Hilbert曲线引导的三维类摆线智能抛光方法，所述方法采用Hilbert曲线引导的三维类摆线，Hilbert曲线轨迹和摆线轨迹拥有比其他轨迹更好的多方向性，并且摆线轨迹还可以模拟手工抛光加工轨迹，Hilbert曲线引导的摆线轨迹可以将两者结合在一起，在保证工件表面材料均匀去除的同时减轻抛光加工残留的轨迹条纹对表面质量的影响，同时，智能优化算法在应用于轨迹多参数组合时，可以极大地提高了效率，并且保证参数组合的最优性。该方法针对自由曲面抛光加工，能够在加工表面自动规划抛光轨迹，并通过智能优化算法确定轨迹参数最优组合，达到均匀覆盖加工表面的效果，从而保证加工表面的材料去除均匀，为自由曲面的抛光加工提供满足抛光要求的加工轨迹。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种Hilbert曲线引导的三维类摆线智能抛光方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、获取工件的三维网格模型信息，将三维网格曲面映射变换为二维网格平面，并且建立三维网格曲面与二维网格平面之间的空间映射关系；

步骤2、在二维参数域内生成标准Hilbert曲线，并对参数域内的标准Hilbert曲线进行相应的变形，从而获得改进后的Hilbert曲线；

步骤3、以步骤2生成的改进后的Hilbert曲线为引导线，生成步距和半径可调的摆线轨迹作为抛光轨迹；

步骤4、利用人工神经网络模型拟合抛光加工材料去除计算模型，用来预测三维网格曲面每个顶点的材料去除深度的平均值和均方差；

步骤5、分析步骤3提出的抛光轨迹各个参数的特征，并约束各参数的取值范围；

步骤6、将步骤4中预测的材料去除深度的平均值和均方差作为优化的目标值，在步骤5约束的摆线轨迹各参数取值范围内，利用智能优化算法确定摆线轨迹多个可调参数的最优值组合；