本发明专利技术公开一种冰刀轮廓切削优化方法和冰刀切削装置，属于数控系统加工领域。包括：对测量到的样板冰刀轮廓曲线进行拟合，保存样板冰刀拟合曲线；对测量到的修磨冰刀轮廓曲线进行拟合，拟合方式与样板冰刀一致；将样板冰刀拟合曲线和修磨冰刀拟合曲线投影到同一个坐标系下；平移旋转样板冰刀拟合曲线，使之与修磨冰刀拟合曲线之间面积最小，此时样板冰刀在该坐标系下的轨迹即为修磨冰刀的最佳切削路径。本发明专利技术采用冰刀切削轨迹跟随修磨冰刀装夹位置移动而平移，紧贴修磨冰刀冰刃轮廓，解决冰刀装夹不一致冰刀磨削轨迹偏离问题；由于修磨冰刀的最佳切削路径与修磨冰刀拟合曲线之间面积最小，在修磨冰刀上切削出样板冰刀的轮廓时可确保切削量最小。廓时可确保切削量最小。廓时可确保切削量最小。
【技术实现步骤摘要】
一种冰刀轮廓测量与切削优化方法和冰刀切削装置
[0001]本专利技术属于数控系统加工领域，更具体地，涉及一种冰刀轮廓测量与 切削优化方法和冰刀切削装置。
技术介绍
[0002]从滑冰运动的发展历程来看，冰刀是冰上运动的基础，无论是速 度滑冰、花样滑冰、冰上舞蹈、冰上溜石还是冰球，离开冰刀是无法 进行的。随着我国冰刀事业发展需求，迫切需要研制一种能高精度、 多样化加工、修复冰刀的装置，研制这种装置最关键的技术是冰刀轮 廓曲线的测量与优化出合理的加工轨迹。
[0003]现有技术中也有很多关于冰刀轮廓测量与切削优化方法研究。例如在 非专利文献《冰刀弧的测量与数据处理研究》中基于接触式测量的理论， 利用最小二乘法对冰刀弧的测量数据进行处理，求出了冰刀的弧度和顶弧 位置等参数，从而得出冰刀切削的重要参数依据，该方法存在如下问题： 问题一、接触式测头测量效率低和测量精度差无法达到目前工艺需求，现 在的冰刀普遍存在十几段二十几段弧甚至存在非圆轮廓，接触式测头难以 实现高精度高密集点测量，而且接触式测头易磨损造成设备误差；问题二、 如冰刀磨损较大采用二次逼近法无法准确求出顶弧位置。问题三、两段弧 之间连接处未经有效的平滑处理，生成的加工轨迹会造成冰刀表面光滑度 差。非专利文献《冰刀弧研磨系统的测量与加工技术研究》、《便携式数控 冰刀研磨机的研制》、《速滑冰刀测量技术的研究》等文献中主要研究了冰 刀测量拟合方法，对冰刀轮廓切削优化方法研究较少，现实中由于设计的 切削轨迹与冰刀之间没有紧密贴合使得冰刀测量与冰刀磨削脱离，形成了 只能测不能磨的现状。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种冰刀轮廓测量与 切削优化方法和冰刀切削装置，其目的在于实现测量磨削一体化设计并对 冰刀加工轨迹进行优化使得切削路径更贴合冰刀表面。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种冰刀轮廓测量 与切削优化方法，该方法包括：
[0006]准备阶段：对测量得到的样板冰刀轮廓曲线进行拟合，保存样板冰刀 拟合曲线；
[0007]切削优化阶段：对测量得到的修磨冰刀轮廓曲线进行拟合，所述拟合 方式与样板冰刀一致；将样板冰刀拟合曲线和修磨冰刀拟合曲线投影到同 一个坐标系下；平移旋转样板冰刀拟合曲线，使两条拟合曲线之间面积最 小，此时的样板冰刀在该坐标系下的轮廓轨迹即为修磨冰刀的最佳切削路 径。
[0008]优选地，冰刀轮廓曲线的测量方式为：
[0009]待冰刀水平放置后，在冰刃一侧上方投下线光源，所述线光源由一排 若干个等距的光点组成；
[0010]通过投射到冰刀上的连续光点数以及光点的间距，计算出冰刀边沿位 置；等间距连续测量多个点得出冰刀的轮廓曲线。
[0011]有益效果：本专利技术提出一种新的冰刀轮廓曲线测量方法，采用“连续有 效光源法”采集冰刀的轮廓数据，由于投射到冰刀上的光点可返回有效数据， 投射到悬空区域反射的光点不在有效测量范围内无法返回有效数据，本发 明采用连续有效光源法对投射到冰刀的光点必须满足是连续(中间存在有 效返回光点与无效光点交替出现，则认为此段返回光点无效，排除悬浮物 干扰)，因此，相较于现有的测高度方法，具有抗干扰性强的优点。
[0012]优选地，等间距连续测量多个点得出冰刀的轮廓曲线计算公式如下：
[0013][0014]D
i
＝S*M/N
i
[0015]其中，(x
i
,y
i
)表示机床坐标系下第i个测量点位置，(X
p
,Y
P
)表示机床坐 标系下测量基准点位置，H
d
表示测量间隔，D
i
表示第i个测量点相对测量基 准点的位置，H表示冰刀长度，S表示投射到冰刀上的连续光点数，M表示 线激光测头的自身测量宽度，N
i
表示第i个线光源投射的有效光点个数。
[0016]有益效果：线激光测头测量数据经过上面的计算公式可得冰刀冰刃轮 廓在机床坐标系下的轨迹。
[0017]优选地，所述拟合采用改进的三阶B样条拟合，包括：
[0018]将冰刀轮廓曲线头部去掉n个点，尾部去掉m个点，得到i
‑
m
‑
n个测 量点数；
[0019]对掐头去尾后的冰刀轮廓曲线进行三阶B样条拟合曲线。
[0020]有益效果：本专利技术采用改进的三阶B样条拟合轮廓曲线，由于冰刀轮 廓头尾位置为非磨削区域且图形不规则容易影响整体轮廓拟合精度，采用
ꢀ“
掐头去尾”三阶B样条拟合，确保切削轨迹平滑的基础上使得拟合曲线更 接近实际测量曲线，减少拟合误差。
[0021]优选地，所述平移旋转样板冰刀拟合曲线，使之与修磨冰刀拟合曲线 之间面积最小，此时的样板冰刀在该坐标系下的轨迹即为修磨冰刀的最佳 切削路径，包括：
[0022]在修磨冰刀拟合曲线中逐一取点，作为样板冰刀拟合曲线旋转重心；
[0023]平移旋转样板冰刀拟合曲线，计算出每个旋转重心对应两条曲线间面 积最小值；
[0024]采用二次极小值方法求出所有旋转重心对应曲线间面积最小值；
[0025]由最小值推导出样板冰刀拟合曲线的最佳平移位置和旋转角度。
[0026]有益效果：本专利技术采用二次极小值方法平移旋转样板冰刀曲线使之与 修磨冰刀曲线之间面积最小，此时的样板冰刀在该坐标系下的轨迹就是修 磨冰刀的最佳切削路径，由于修磨冰刀的最佳切削路径与修磨冰刀拟合曲 线之间面积最小，在修磨冰刀上切削出样板冰刀的轮廓时可确保切削量最 小。
[0027]优选地，所述所有旋转重心对应最小曲线间面积的最小值D
min
计算过 程如下：
[0028][0029]D
k
＝min
θ
D
θ
，θ∈(0
°
,360
°
)
[0030][0031][0032]其中，D
k
表示第k个重心对应的最小曲线之间的面积，D
θ
表示旋转θ角 度后两条曲线之间的面积，D
min
表示D
k
中的最小值，表示中间变量， 表示样板拟合曲线旋转θ角度后的曲线坐标，表示修磨冰 刀拟合曲线坐标，ΔX
b2
、ΔY
B2
分别表示修磨冰刀拟合曲线XY坐标平移量。
[0033]有益效果：通过计算出D
min
便可得到对应的最小夹角θ
min
及重心k
min
值，由θ
min
、k
min
,得到冰刀切削优化轨迹函数。
[0034]优选地，冰刀切削优化轨迹函数为：
[0035][0036][0037][0038]其中，表示优化后的磨削轨迹，表示样板冰刀 拟合曲线，ΔX...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冰刀轮廓测量与切削优化方法，其特征在于，该方法包括：准备阶段：对测量得到的样板冰刀轮廓曲线进行拟合，保存样板冰刀拟合曲线；切削优化阶段：对测量得到的修磨冰刀轮廓曲线进行拟合，所述拟合方式与样板冰刀一致；将样板冰刀拟合曲线和修磨冰刀拟合曲线投影到同一个坐标系下；平移旋转样板冰刀拟合曲线，使两条拟合曲线之间面积最小，此时的样板冰刀在该坐标系下的轮廓轨迹即为修磨冰刀的最佳切削路径。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冰刀轮廓曲线的测量方式为：待冰刀水平放置后，在冰刃一侧上方投下线光源，所述线光源由一排若干个等距的光点组成；通过投射到冰刀上的连续光点数以及光点的间距，计算出冰刀边沿位置；等间距连续测量多个点得出冰刀的轮廓曲线。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，等间距连续测量多个点得出冰刀的轮廓曲线计算公式如下：D
i
＝S*M/N
i
其中，(x
i
,y
i
)表示机床坐标系下第i个测量点位置，(X
P
,Y
P
)表示机床坐标系下测量基准点位置，H
d
表示测量间隔，D
i
表示第i个测量点相对测量基准点的位置，H表示冰刀长度，S表示投射到冰刀上的连续光点数，M表示线激光测头的自身测量宽度，N
i
表示第i个线光源投射的有效光点个数。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述拟合采用改进的三阶B样条拟合，包括：将冰刀轮廓曲线头部去掉n个点，尾部去掉m个点，得到i
‑
m
‑
n个测量点数；对掐头去尾后的冰刀轮廓曲线进行三阶B样条拟合曲线。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述平移旋转样板冰刀拟合曲线，使之与修磨冰刀拟合曲线之间面积最小，此时的样板冰刀在该坐标系下的轨迹即为修磨冰刀的最佳切削路径，包括：在修磨冰刀拟合曲线中逐一取点，作为样板冰刀拟合曲线旋转重心；平移旋转样板冰刀拟合曲线，计算出每个旋转重心对应两条曲线间面积最小值；采用二次极小值方法求出所有旋转重心对应曲线间面积最小值；由最小值推导出样板冰刀拟合曲线的最佳平移位置和旋转角度...
【专利技术属性】
技术研发人员：向华，严飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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