基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统及方法及介质技术方案

一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统及方法及介质，包括以下模块：扫描控制模块：对实际曲面形状进行扫描，获取实际曲面形状的点云数据集合；获取实际曲面上预设定位孔对应的实际定位点坐标；理论模型处理模块：在理论曲面模型上获取理论定位点坐标；在理论曲面模型上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；映射补偿模块：根据实际曲面形状的点云数据集合、理论曲面的离散点云数据集合，通过测地线等距原理构建理论曲面和实际曲面的映射关系；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，对理论刀路进行补偿计算得到实际加工刀路。本发明专利技术根据变形曲面变形前后之间的映射关系，对加工刀路进行重构，提高了曲面加工精度。

The system, method and medium of workpiece surface contour compensation based on point cloud data

A workpiece surface contour compensation system and method and medium based on point cloud data, including the following modules: scan control module: scan the actual surface shape, obtain the point cloud data set of the actual surface shape; obtain the actual positioning point coordinates corresponding to the preset positioning holes on the actual surface; theoretical model processing module: obtain the theoretical positioning point seat on the theoretical surface model Mark; get the discrete points uniformly on the theoretical surface model to get the discrete point cloud data set of the theoretical surface; mapping compensation module: according to the point cloud data set of the actual surface shape and the discrete point cloud data set of the theoretical surface, build the mapping relationship between the theoretical surface and the actual surface through the geodesic equidistance principle; according to the mapping relationship between the theoretical surface and the actual surface, analyze On the compensation calculation of tool path to get the actual machining tool path. According to the mapping relationship between the deformed surface before and after deformation, the invention reconstructs the machining tool path and improves the machining accuracy of the surface.

【技术实现步骤摘要】
基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统及方法及介质
本专利技术涉及机械加工领域，属于一种精密加工补偿方法，具体地涉及一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统及方法及介质。
技术介绍
传统航空钣金蒙皮的加工方法为化学铣削加工，该方法工艺复杂且对环境污染严重而且耗时长。采用镜像铣加工之后，能用机械加工的方法对蒙皮镜像铣削，镜像铣加工里面最核心的问题是如何对变形曲面进行补偿计算从而得到实际曲面。对于航空蒙皮钣金等柔性零件，其变形问题一直是困扰其机械加工的主要问题。由于钣金变形过大，理论生成的加工刀路和加工路径在不经过处理前都无法进行机械加工。现有的处理钣金变形的方法是将理论刀路投影到实际曲面后进行机械加工。这种方法无法得到精确的机械加工刀路，投影的刀路由于进行了一定的矩阵转换，所以会产生较大的变形。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统及方法及介质。根据本专利技术提供的一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，包括以下模块：-扫描控制模块：对实际曲面形状进行扫描，获取实际曲面形状的点云数据集合；获取实际曲面上预设定位孔对应的实际定位点坐标；-理论模型处理模块：在理论曲面模型上获取理论定位点坐标；在理论曲面模型上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；-映射补偿模块：根据实际曲面形状的点云数据集合、理论曲面的离散点云数据集合，通过测地线等距原理构建理论曲面和实际曲面的映射关系；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，对理论刀路进行补偿计算得到实际加工刀路。优选地，所述扫描控制模块在实际曲面上规划出扫描路径后，命令位置传感器根据规划的扫描路径扫描，形成曲面的表面点云数据；并根据曲面的表面点云数据，经过数据转换、过滤和处理后形成表征实际曲面形状的点云数据集合；所采用的位置传感器为线激光轮廓扫描仪。实际曲面上预设三个以上定位孔，所述扫描控制模块规划生成确保每个定位孔都被扫描到的扫描路径后，命令位置传感器根据规划的定位孔扫描路径扫描，得到定位孔扫描数据；并根据扫描得到定位孔扫描数据，通过云分割生成每一个定位孔对应的点云集合，对每个定位孔的点云集合进行点云过滤，即过滤离群点，再进行圆心识别，最终得到每一个定位点对应点云集合的圆心坐标，即实际定位点坐标。优选地，所述理论模型处理模块将实际曲面未变形的形状作为理论曲面，在理论曲面上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；所述点云间距大小决定了点云疏密。优选地，所述映射补偿模块通过测地线等距原理，对于理论曲面上的每一个离散点通过映射找到实际曲面上对应的一个点坐标，建立理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系；对理论曲面上的任意一个离散点通过位置计算找到在理论曲面上所对应的最近的离散点，然后建立最近离散点A和离散点B的插值关系；根据理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系，在实际曲面上将插值关系应用到实际定位点，计算出理论曲面离散点在实际曲面上的点坐标；所述测地线等距原理具体为：在曲面不发生拉伸收缩等形变的情况下，曲面上任意两点之间沿曲面的最短距离保持不变，即测地线长度保持不变；理论曲面上有两个定位点A和B，理论曲面上任意点P到理论定位点A和B的距离分别记为LA和LB；假设曲面变形，那么变形之后曲面上的定位点变为A’和B’，P点变为P’；根据测地线等距原理，即LA＝LA’，LB＝LB’来求得曲面变形后实际点P’；理论上曲面两个定位点测地线等距能够求得两个解，三个及以上的定位点能够求得一个最优解，因此定位点至少为3个。优选地，所述映射补偿模块通过匹配点映射插值对理论刀路进行补偿计算；对理论曲面进行网格划分，将理论曲面划分为多个等距网格曲线，每个网格曲线之间的交点为节点；取任意理论刀路点P进行插值映射，理论点P落在网格点P1、P2、P3、P4围成的网格内；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，找到网格点P1、P2、P3、P4在实际曲面上的映射网格点P1’、P2’、P3’、P4’；测量理论点P在理论曲面上的测地线距离PP1、PP2、PP3、PP4，根据曲面上任意两点测地线在变形前后不变的原理，得出实际曲面上的点P’到实际网格点P1’、P2’、P3’、P4’的测地线距离也为PP1、PP2、PP3、PP4，根据实际点距离实际网格点的测地线距离，逆向求出实际点P’在曲面上的坐标值，从而得到实际加工刀路。根据本专利技术提供的一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿方法，包括如下步骤：步骤1：对实际曲面形状进行扫描，获取实际曲面形状的点云数据集合；步骤2：对实际曲面定位孔进行扫描，获取实际定位点坐标；步骤3：在理论曲面模型上获取理论定位点坐标；步骤4：在理论曲面模型上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；步骤5：根据实际曲面形状的点云数据集合、实际定位点坐标、理论定位点坐标、理论曲面的离散点云数据集合，通过测地线等距原理构建理论曲面和实际曲面的映射关系；步骤6：根据理论曲面和实际曲面的映射关系，对理论刀路进行补偿计算得到实际加工刀路。优选地，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：在实际曲面上规划扫描路径；步骤1.2：位置传感器根据规划的扫描路径扫描，形成曲面的表面点云数据；步骤1.3：根据曲面的表面点云数据，经过数据转换、过滤和处理后形成表征实际曲面形状的点云数据集合；所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：在实际曲面上预设三个以上定位孔，在定位孔上规划生成确保每个定位孔都被扫描到的扫描路径；步骤2.2：位置传感器根据规划的定位孔扫描路径扫描，得到定位孔扫描数据；步骤2.3：根据扫描得到定位孔扫描数据，通过云分割生成每一个定位孔对应的点云集合，对每个定位孔的点云集合进行点云过滤，即过滤离群点，再进行圆心识别，最终得到每一个定位点对应点云集合的圆心坐标，即实际定位点坐标。优选地，所述步骤3具体为：将实际曲面未变形的形状作为理论曲面，在理论曲面模型上，通过测量定位点得到理论定位点坐标值；所述理论定位点和实际定位点的相对位置能够表征曲面的变形情况；所述步骤4具体为：将实际曲面未变形的形状作为理论曲面，在理论曲面上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；所述点云间距大小决定了点云疏密，点云间距大小取决于曲面的尺寸。优选地，所述步骤5包括如下步骤：步骤5.1：通过测地线等距原理，对于理论曲面上的每一个离散点通过映射找到实际曲面上对应的一个点坐标，建立理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系；步骤5.2：理论曲面上的任意一个离散点通过位置计算找到在理论曲面上所对应的最近的离散点，然后建立最近离散点A和离散点B的插值关系；步骤5.3：根据理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系，在实际曲面上将插值关系应用到实际定位点，计算出理论曲面离散点在实际曲面上的点坐标；所述步骤6通过匹配点映射插值对理论刀路进行投影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，包括以下模块：/n-扫描控制模块：对实际曲面形状进行扫描，获取实际曲面形状的点云数据集合；获取实际曲面上预设定位孔对应的实际定位点坐标；/n-理论模型处理模块：在理论曲面模型上获取理论定位点坐标；在理论曲面模型上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；/n-映射补偿模块：根据实际曲面形状的点云数据集合、理论曲面的离散点云数据集合，通过测地线等距原理构建理论曲面和实际曲面的映射关系；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，对理论刀路进行补偿计算得到实际加工刀路。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，包括以下模块：
-扫描控制模块：对实际曲面形状进行扫描，获取实际曲面形状的点云数据集合；获取实际曲面上预设定位孔对应的实际定位点坐标；
-理论模型处理模块：在理论曲面模型上获取理论定位点坐标；在理论曲面模型上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；
-映射补偿模块：根据实际曲面形状的点云数据集合、理论曲面的离散点云数据集合，通过测地线等距原理构建理论曲面和实际曲面的映射关系；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，对理论刀路进行补偿计算得到实际加工刀路。


2.根据权利要求1所述的基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，所述扫描控制模块在实际曲面上规划出扫描路径后，命令位置传感器根据规划的扫描路径扫描，形成曲面的表面点云数据；并根据曲面的表面点云数据，经过数据转换、过滤和处理后形成表征实际曲面形状的点云数据集合；
实际曲面上预设三个以上定位孔，所述扫描控制模块规划生成确保每个定位孔都被扫描到的扫描路径后，命令位置传感器根据规划的定位孔扫描路径扫描，得到定位孔扫描数据；并根据扫描得到定位孔扫描数据，通过云分割生成每一个定位孔对应的点云集合，对每个定位孔的点云集合进行点云过滤，即过滤离群点，再进行圆心识别，最终得到每一个定位点对应点云集合的圆心坐标，即实际定位点坐标。


3.根据权利要求1所述的基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，所述理论模型处理模块将实际曲面未变形的形状作为理论曲面，在理论曲面上均匀取得离散点，得到理论曲面的离散点云数据集合；所述点云间距大小决定了点云疏密。


4.根据权利要求1所述的基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，所述映射补偿模块通过测地线等距原理，对于理论曲面上的每一个离散点通过映射找到实际曲面上对应的一个点坐标，建立理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系；
对理论曲面上的任意一个离散点通过位置计算找到在理论曲面上所对应的最近的离散点，然后建立最近离散点A和离散点B的插值关系；
根据理论曲面上的离散点和实际曲面的映射关系，在实际曲面上将插值关系应用到实际定位点，计算出理论曲面离散点在实际曲面上的点坐标；
所述测地线等距原理具体为：在曲面不发生拉伸收缩等形变的情况下，曲面上任意两点之间沿曲面的最短距离保持不变，即测地线长度保持不变；理论曲面上有两个定位点A和B，理论曲面上任意点P到理论定位点A和B的距离分别记为LA和LB；假设曲面变形，那么变形之后曲面上的定位点变为A’和B’，P点变为P’；根据测地线等距原理，即LA＝LA’，LB＝LB’来求得曲面变形后实际点P’；理论上曲面两个定位点测地线等距能够求得两个解，三个及以上的定位点能够求得一个最优解，因此定位点至少为3个。


5.根据权利要求1所述的基于点云数据的工件曲面轮廓补偿系统，其特征在于，所述映射补偿模块通过匹配点映射插值对理论刀路进行补偿计算；
对理论曲面进行网格划分，将理论曲面划分为多个等距网格曲线，每个网格曲线之间的交点为节点；
取任意理论刀路点P进行插值映射，理论点P落在网格点P1、P2、P3、P4围成的网格内；根据理论曲面和实际曲面的映射关系，找到网格点P1、P2、P3、P4在实际曲面上的映射网格点P1’、P2’、P3’、P4’；
测量理论点P在理论曲面上的测地线距离PP1、PP2、PP3、PP4，根据曲面上任意两点测地线在变形前后不变的原理，得出实际曲面上的点P’到实际网格点P1’、P2’、P3’、P4’的测地线距离也为PP1、PP2、PP3、PP4，根据实际点距离实际网格点的测地线距离，逆向求出实际点P’在曲面上的坐标值，从而得到实际加工刀路。


6.一种基于点云数据的工件曲面轮廓补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：毕庆贞，汪洪彬，朱志强，张伟晢，王宇晗，
申请(专利权)人：上海拓璞数控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31