基于点云的数控加工刀具轨迹直接生成的研究.pdf

摘要 摘要 在逆向工程中，传统的点云数据和数控加工结合的途径是先用三角面片或B 样条曲面或非均匀有理B样条曲面进行重构，然后在此基础上进行刀具轨迹规划， 该方法对操作人员的技术和经验要求较高，费时费力。鉴于上述缺点，由点云数 据直接生成数控加工轨迹成为目前研究的重点。 由激光扫描机获得的点云数据是点的ASCII码坐标值，缺乏数据点的拓扑关 系，本课题采用八叉树法建立点云数据的空间索引，实现任意位置点的邻域的高 效，快速搜索。点云数据的预处理包括噪声去除、精简等。扫描线点云的噪声去 除采用弦高法。数据精简就是对冗余点进行处理，压缩不必要的数据点，减少后 期处理量，本课题采用角度一弦高联合准则法进行精简，利用给定的角度和弦高误 差限来对单条扫描线上的点进行简化处理。 本论文提出由毛坯切削生成零件形状的层切法的粗加工算法。粗加工的目的 是去除多余材料，获得零件的大体轮廓，因此粗加工的工艺与精加工不同。用截 平面法截取点云获取某一层面上的点云带，然后对带状点云进行精简、排序形成 轮廓环；用C++中的树这种数据结构描述各环之间的拓扑关系，并判断加工区域 和非加工区域；用行切法规划同一层切面上的加工轨迹。 本论文提出了由点云数据直接生成数控加工轨迹的数据模型，该模型包含了 完整的、无冗余的用于数控加工的所有数据，包括刀触点空间坐标，用于计算刀 位点数据的法矢量和进行刀具干涉的局部曲率半径信息。数据点沿法矢方向偏置 一个刀具半径获得刀位点，然后用双圆弧插值这些刀位点，充分利用数控机床的 圆弧插补功能实现基于点云的自由曲面的精加工。 研究直接基于测量数据来获得刀具轨迹的方法，避开了曲面重构过程，操作 简单、计算稳定，适应了快速制造的发展趋势，具有较大理论价值和实际应用价 值。 关键词：逆向工程；数据预处理；刀具轨迹；插补 ABSTRACT ABSTRACT modeled surfaceor surfaceis Bezier Traditionally,thecomplex by triangular ornon-uniformrational andthenthe ofthe B·-spline B—spline(NURBS)firstplaning isfollowedinreverse this tool-path requireoperator’Sgreatexperience． engineering．But Because from cloudhas of researchondirect ofNCtool this，the generation path point becomethefocuseofresearchinreverse engineering． Whatwe fromthelaser machinecoordinatescloud．For are of get scanning point lackofthe relations the the