一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法技術

本發明專利技術涉及一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法。本發明專利技術通過確定控制工件回轉運動和縱向跟蹤進給的聯動數據，對任意非圓曲面玻璃工件外型輪廓進行加工。本發明專利技術只需根據玻璃工件輪廓點數據及數控機床的結構參數，就能得到控制工件回轉運動和縱向跟蹤進給的聯動數據。輪廓有無確定的數學模型均能適用，磨削精度高,誤差小。較好的克服了工程上通過幾何作圖法求得異形非圓輪廓加工軌跡的作圖繁瑣、工作量大等缺點，也克服了曲線擬合的方法，存在擬合誤差，公式計算復雜的缺點。

【技術實現步驟摘要】
一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法
本專利技術屬于
，涉及一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法。
技術介紹
玻璃作為一種堅硬、易碎、透明材料，其光學和物理特性對許多不同的工業應用發揮著至關重要的作用。如今各式各樣的玻璃飾品廣泛應用在人們的日常生活中，異形玻璃飾品的需求越來越大，而傳統的加工方法比較落后，如靠模仿形法，針對形狀多樣的產品就需要開發不同復雜形狀的玻璃模具。采用這類方法的制造效率和精度都依賴技術人員的經驗，且自動化程度低，已經無法滿足市場需求。此外，針對磨削加工異形非圓回轉零件工程上通常使用幾何作圖逐一確定回轉軸(C軸)和縱軸(Y軸)的聯動坐標點位置，作圖繁瑣，工作量大。另一種是通過曲線擬合的方法，而這種方法存在擬合誤差，且公式復雜，計算量大。由于非圓曲面磨削技術直接涉及數控廠商的核心技術和商業利益，國內外關于非圓曲面磨削模型及工藝方面的文獻較少。隨著科技和工業的發展，各類元件精密制造的需求不斷增加，數控技術也在不斷革新,磨削加工朝著高速高精度高生產率發展。對于平面異形非圓輪廓，既可以是確定的數學模型表達的輪廓，也可以是由離散點云數據給出的輪廓。非圓磨削一般是指在數控磨削加工過程中，磨削點的軌跡為非圓曲線的磨削過程。通常采用C-X軸同步磨削的磨削點跟蹤技術，磨床頭架即C軸帶動工件旋轉，砂輪架即X軸根據頭架指令隨動跟蹤磨削點進行磨削的一種技術。利用計算機數控技術，按照工件輪廓形狀編制相應的數控程序控制砂輪的橫向跟蹤進給(X軸)和工件回轉(C軸)運動的聯動，來加工形成所需的外型輪廓。這種全數控型的磨削加工方法可以針對于不同的產品僅需改變數控程序就可以實現產品的迅速加工，克服了傳統加工方法存在的靠模易磨損、精度難以保證、生產周期長、作圖繁瑣和工作量大等一系列缺陷，具有較高精度、高效率、高柔性的優點。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對已有技術的不足和玻璃非圓表面加工的特點，提供一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法,根據描述工件輪廓形狀的坐標點數據，使用基于折半查找法的磨削點查找方法求得磨削點，從而獲得控制工件回轉(C軸)運動和縱向跟蹤進給(Y軸)的聯動數據。為達到上述目的，本專利技術采用下述技術方案：包括如下步驟：步驟一、確定控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據。具體步驟如下：(1)、已知砂輪外圓的方程為：(x-X)^2+(y-Y’)^2＝R^2，式中：(X，Y’)為砂輪中心O1的坐標，R為砂輪的半徑；將描述工件輪廓的坐標點數據存儲在數組Array1中，并把第一個坐標點的坐標再次存入數組的末尾，數組長度為k。令i為數組的下標，i＝0,1,2,3,……,k-1，初始位置i＝0；工件中心O坐標為(X，Y)，由此可計算得到每個工件輪廓的坐標點相對應的Li和θi：其中Li為每個工件輪廓的坐標點到工件中心O的距離，Lmax為所有Li中的最大值，Lmin為所有Li中的最小值，θi為每個坐標點到工件中心O的連線與前一個坐標點到工件中心連線之間的夾角,θ0＝0，如圖1所示。將數組Array1復制到數組Array2。⑵、對數組Array2內所有坐標點數據進行旋轉處理：將數組Array2中所有的坐標點繞工件中心逆時針旋轉，旋轉角度為第i個坐標點對應的θi，通過坐標旋轉公式得到一組新的坐標點(xi’,yi’)，如圖2所示，并將計算結果存放在備份數組Array3中。數組Array2中所有點的旋轉后坐標計算完畢后將數組Array3復制到數組Array2，并轉入步驟(3)。旋轉后的坐標(xi’,yi’)計算公式見式(1)、式(2)：xi’＝(xi-X)*cosθi-(yi-Y)*sinθi+X(1)；yi’＝(xi-X)*sinθi+(yi-Y)*cosθi+Y(2)；⑶、分別計算在砂輪沿軸運動過程中，砂輪的中心縱坐標Y1、Y2、Y3，其中Y1＝Y-Li-R，Y2＝Y-Lmax-R；Y1的初始值是根據數組Array1中第i坐標點對應的Li求得，其值為工件中心縱坐標Y減去Li，再減去砂輪半徑R；Y2的初始值是一個確定值，其值為工件中心縱坐標Y減去Lmax，再減去砂輪半徑R；Y3是Y1與Y2和的平均值。(4)、計算砂輪接近程度的值d：Y3＝(Y1+Y2)/2，代入后得到圓的方程式(x-X)^2+(y-Y3)^2＝R^2，判斷工件與砂輪接近程度的值d的表達式如式(3)：d＝(x-X)^2+(y-Y3)^2-R^2(3)；若存在坐標點使d<0,說明工件輪廓與磨輪外圓相交；若所有點都使得d>0,說明工件輪廓與磨輪外圓相離；當d＝0時，表示工件輪廓與磨輪外圓相切；當|d|近似等于0時，表明工件輪廓與磨輪外圓近似相切；(5)、將Array2中的所有坐標點(xi’，yi’)分別代入式(3)中，并求得d的最小值dmin。|dmin|>Δ時，Δ是根據誤差要求設定的一個值，滿足該條件時就認定此時對應的那個點為近似切點。Δ設置得越小，產生的誤差就會越小，但相應的計算量越大，根據誤差要求對Δ值進行調整；如dmin<0時，令Y1＝Y3，并轉入步驟(4)；如dmin>0時，令Y2＝Y3，并轉入步驟(4)；|dmin|<＝Δ時，此時的砂輪中心縱坐標Y3賦值給Yi’，這就是要求的結果，并跳到步驟(6)；(6)、根據步驟⑸的計算結果而得到的縱坐標Yi’，計算出此時工件中心O到砂輪中心的距離Di，即Di＝Y-Yi’。根據求得的Di與工件繞其中心旋轉的角度θi，從而確定控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據。當i＝k-1時，說明此時所有的磨削點已經確定，并轉入步驟(7)；否則轉入步驟⑵，對下一個坐標點數據進行旋轉處理；(7)、結束，得到所有的磨削點。步驟二、根據步驟一得出的控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據，磨削任意待加工非圓曲面玻璃飾品的外型輪廓。本專利技術方法與現有技術相比，具有的有益效果是：只需根據玻璃工件輪廓點數據及數控機床的結構參數，就能得到控制工件回轉(C軸)運動和縱向跟蹤進給(Y軸)的聯動數據。輪廓有無確定的數學模型均能適用，磨削精度高,誤差小。較好的克服了工程上通過幾何作圖法求得異形非圓輪廓加工軌跡的作圖繁瑣、工作量大等缺點，也克服了曲線擬合的方法，存在擬合誤差，公式計算復雜的缺點。附圖說明圖1為本專利技術磨削過程中砂輪與工件輪廓的位置關系圖。圖2是坐標旋轉示意圖。圖3是砂輪逐漸靠近磨削點時的輪廓示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作說明。如圖1所示,采用一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法，對任意非圓曲面玻璃工件進行加工，圖中標號1為非圓曲面玻璃工件，2為砂輪，O為工件中心，O1為砂輪圓心。步驟一、確定控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據。具體步驟如下：(1)、已知砂輪外圓的方程為：(x-X)^2+(y-Y’)^2＝R^2，式中：(X，Y’)為砂輪中心O1的坐標，R為砂輪的半徑；將描述工件輪廓的坐標點數據存儲在數組Array1中，并把第一個坐標點的坐標再次存入數組的末尾，數組長度為k。令i為數組的下標，i＝0,1,2,3,……,k-1，初始位置i＝0；工件中心O坐本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法，其特征在于：包括如下步驟：包括如下步驟：步驟一、確定控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據；具體步驟如下：(1)、已知砂輪外圓的方程為：(x?X)^2+(y?Y’)^2＝R^2，式中：(X，Y’)為砂輪中心O1的坐標，R為砂輪的半徑；將描述工件輪廓的坐標點數據存儲在數組Array1中，并把第一個坐標點的坐標再次存入數組的末尾，數組長度為k；令i為數組的下標，i＝0,1,2,3,……,k?1，初始位置i＝0；工件中心O坐標為(X，Y)，由此可計算得到每個工件輪廓的坐標點相對應的Li和θi：其中Li為每個工件輪廓的坐標點到工件中心O的距離，Lmax為所有Li中的最大值，Lmin為所有Li中的最小值，θi為每個坐標點到工件中心O的連線與前一個坐標點到工件中心連線之間的夾角,θ0＝0，如圖1所示；將數組Array1復制到數組Array2；⑵、對數組Array2內所有坐標點數據進行旋轉處理：將數組Array2中所有的坐標點繞工件中心逆時針旋轉，旋轉角度為第i個坐標點對應的θi，通過坐標旋轉公式得到一組新的坐標點(xi’,yi’)，如圖2所示，并將計算結果存放在備份數組Array3中；數組Array2中所有點的旋轉后坐標計算完畢后將數組Array3復制到數組Array2，并轉入步驟(3)；旋轉后的坐標(xi’,yi’)計算公式見式(1)、式(2)：xi’＝(xi?X)*cosθi?(yi?Y)*sinθi+X???(1)；yi’＝(xi?X)*sinθi+(yi?Y)*cosθi+Y???(2)；⑶、分別計算在砂輪沿軸運動過程中，砂輪的中心縱坐標Y1、Y2、Y3，其中Y1＝Y?Li?R，Y2＝Y?Lmax?R；Y1的初始值是根據數組Array1中第i坐標點對應的Li求得，其值為工件中心縱坐標Y減去Li，再減去砂輪半徑R；Y2的初始值是一個確定值，其值為工件中心縱坐標Y減去Lmax，再減去砂輪半徑R；Y3是Y1與Y2和的平均值；(4)、計算砂輪接近程度的值d：Y3＝(Y1+Y2)/2，代入后得到圓的方程式(x?X)^2+(y?Y3)^2＝R^2，判斷工件與砂輪接近程度的值d的表達式如式(3)：d＝(x?X)^2+(y?Y3)^2?R^2???(3)；若存在坐標點使d...

【技術特征摘要】
1.一種基于點云數據描述的非圓曲面玻璃飾品的研磨方法，其特征在于：包括如下步驟：包括如下步驟：步驟一、確定控制工件回轉C軸運動和縱向跟蹤進給Y軸的聯動數據；具體步驟如下：(1)、已知砂輪外圓的方程為：(x-X)^2+(y-Y’)^2＝R^2，式中：(X，Y’)為砂輪中心O1的坐標，R為砂輪的半徑；將描述工件輪廓的坐標點數據存儲在數組Array1中，并把第一個坐標點的坐標再次存入數組的末尾，數組長度為k；令i為數組的下標，i＝0,1,2,3,……,k-1，初始位置i＝0；工件中心O坐標為(X，Y)，由此可計算得到每個工件輪廓的坐標點相對應的Li和θi：其中Li為每個工件輪廓的坐標點到工件中心O的距離，Lmax為所有Li中的最大值，Lmin為所有Li中的最小值，θi為每個坐標點到工件中心O的連線與前一個坐標點到工件中心連線之間的夾角,θ0＝0，如圖1所示；將數組Array1復制到數組Array2；⑵、對數組Array2內所有坐標點數據進行旋轉處理：將數組Array2中所有的坐標點繞工件中心逆時針旋轉，旋轉角度為第i個坐標點對應的θi，通過坐標旋轉公式得到一組新的坐標點(xi’,yi’)，如圖2所示，并將計算結果存放在備份數組Array3中；數組Array2中所有點的旋轉后坐標計算完畢后將數組Array3復制到數組Array2，并轉入步驟(3)；旋轉后的坐標(xi’,yi’)計算公式見式(1)、式(2)：xi’＝(xi-X)*cosθi-(yi-Y)*sinθi+X(1)；yi’＝(xi-X)*sinθi+(yi-Y)*cosθi+Y(2)；⑶、分別計算在砂輪沿軸運動過程中，砂輪的中心縱坐標Y1、Y2、Y3，其中Y1＝Y-Li-R，Y2＝Y-Lmax-R；Y1的初始值是根據數組Array1中第i坐標點對應的Li求得，其值為工件中心縱坐標Y減去Li，再...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李訓根，朱淼，吳周浩，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33