[发明专利]一种基于NURBS的小线段加工方法

说明书

本发明公开了一种基于NURBS的小线段加工方法，涉及自动化控制技术领域，通过对小线段采用全局逼近算法进行NURBS曲线拟合，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，解决了小线段数量大而处理复杂、加工时频繁启停的问题，进而提高加工速度；将拟合的NURBS曲线采用基于S曲线的加减速算法进行速度规划，利用泰勒算法进行插补运算，对计算的进给速度进行处理，利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度来代替初始时刻的速度，减少了离散后的速度误差，平滑各轴的运动速度，提高插补精度。

技术领域

本发明涉及自动化控制控制技术领域，尤其是一种基于NURBS的小线段加工方法。

背景技术

数控加工的刀具轨迹大多数是自由曲线且形状复杂，传统加工方式是通过CAM软件处理得到大量微小线段轨迹点，然后调用直线圆弧指令进行加工(如一种适用于数控装置刀具的小线段的速度曲线规划方法，公开号：CN108303952A)，但是由于需要频繁启停，引起起床震动，导致加工效率低和加工质量差等问题。由于NURBS(non-uniform rational B-spline)曲线能够精确的表示自由曲线或曲面，可极大的提高零件加工质量和效率，(如一种基于NURBS的空间自由曲线拟合方法，公开号：CN106959666A；如数控系统、具有存储功能的装置及NURBS曲线插补方法，公开号：CN109416529A)。小线段有大量的数据点，但是不对小线段进行区分，中间夹杂的有些直线段不需要进行拟合，拟合后反而会增大速度误差；而NURBS曲线插补的速度不处理直接使用可能会增大离散化后的速度误差。

鉴于上述情况，急需一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于NURBS的小线段加工方法，通过对小线段采用全局逼近算法进行NURBS曲线拟合，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，解决了小线段数量大而处理复杂、加工时频繁启停的问题，进而提高加工速度；将拟合的NURBS曲线采用基于S曲线的加减速算法进行速度规划，利用泰勒算法进行插补运算，对计算的进给速度进行处理，利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度来代替初始时刻的速度，减少了离散后的速度误差，平滑各轴的运动速度，提高插补精度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于NURBS的小线段加工方法，包括如下步骤：

步骤(1)获取小线段点的位置信息数据，通过特征分段，得到微小线段；

步骤(2)采用全局逼近算法对步骤(1)中的所述微小线段进行NURBS曲线拟合，得NURBS曲线；

步骤(3)通过曲率极大值点对所述NURBS曲线进行分段，并计算所述曲率极大值点对应的速度约束值；

步骤(4)通过自适应辛普森算法求解步骤(3)中每段所述NURBS曲线的弧长，并对所述速度约束值进行前瞻验证；

步骤(5)根据步骤(4)中的所述弧长和前瞻验证后的速度约束值，通过S曲线加减速规划，获得进给速度的连续曲线；利用每个插补周期内中间时刻所对应的速度代替初始速度，得到单个插补周期的速度，并利用泰勒算法继续计算下一个插补点的位置，并继续下一步骤。

步骤(6)判断本段曲线是否是最后一个插补段；若不是则返回步骤(5)操作下一段曲线；若是，则结束。

优选的，所述步骤(1)具体为：获取小线段点位置信息数据，将数据点中的冗余点过滤除去，进行特征分段，先设置相邻线段之间的角度变化最大阈值，和最大长度阈值分类，将小线段点分为两类：长直线段和待拟合的曲线，所述待拟合的曲线即为微小线段。