一种计算机辅助离散几何规划方法与系统的制作方法

专利名称：一种计算机辅助离散几何规划方法与系统的制作方法
一种计算机辅助离散几何规划方法与系统技术领域
本发明属先进控制与先进制造领域，具体涉及开放式数控系统中离散位置信息的 制造方法与系统。技术背景
迄今为止，现有数控系统一直采用插补迭代控制方法对机械系统进行数字控制。 插补精度与插补速度成为现有数控系统的核心技术指标。
插补迭代控制方法的基本技术方案是，对于给定的刀路(Tool Path)曲线与刀具 的进给速度，在实时操作系统的控制下，以插补周期作为分时周期，采用插补迭代算法实时 计算相关坐标轴在给定时刻的全部数字控制信息。所述数字控制信息包括坐标轴进给的位 置信息与这些位置信息之间的关联信息。
众所周知，在求解曲线的坐标值增量时，插补是数值计算方法中的一种迭代算法。 所谓插补算法，在本质上，就是从)(n中获得χη+1的运算规则。由于函数的连续性，Xn中必然 蕴涵xn+1的部分信息，充分利用这些信息导致高阶复杂运算简化为低阶简单运算，从而大大 提高插补算法的速度。为避免复杂的高阶运算，一些最优插补迭代控制算法无法使用。另 一方面，对于一些复杂曲线，从Xn中获得χη+1的运算规则是相当困难的。因此，高速高精度 的插补迭代控制算法成为现有数控技术中的核心技术。
发明人发现，插补迭代控制方法存在下述四个本质特征。
1、为了提高进给速度，现有开放式数字控制系统必须采用时间分割法(又称数字 增量法)进行插补迭代控制。
对于直线，根据进给速度F和插补周期T，时间分割法必须将直线离散为若干条称 之为轮廓步长的微线段ALi Σ ALi = L，ALi = FT。
众所周知，对于长为L的直线，只要给出进给速度F，便可完成加工任务。然而，上 述公式表明，由于插补周期导致的实时迭代，插补迭代控制方法不得不将一条直线离散为 若干条微线段Δ L”微线段ALi的长度必须是FT的整数倍。
对于曲线，时间分割法首先用若干条微线段ALi来逼近，ALi = FT，这是粗插补。 然后再进行精插补，即对每条微线段ALi进行数据点密化。
公式
er = (TF)2/ (8r)
描述了逼近误差 与进给速度F和插补周期T、曲率半径r之间的关系。
该公式指出，对于曲线插补，逼近误差 与进给速度F和插补周期T的平方成正 比，与曲率半径r成反比。进给速度F和插补周期T的增长将导致逼近误差^的指数增长， 换言之，逼近误差^对时间与曲率高度敏感。
因此，在插补迭代控制方法中，逼近误差^对时间的高度敏感性导致时间被插补 周期锁定，不是一个可控的外部变量，而是一个系统参数。
时间成为系统参数是插补迭代控制方法的第一个本质特征，是插补迭代控制技术内生的基本缺陷。
2、在插补迭代控制方法中，每个插补周期中由插补所生成的数字控制信息，一方 面立即实时发送给运动控制系统(步进控制系统/伺服控制系统)用于实时驱动坐标轴运 动，另一方面又作为下一个插补周期的输入实时进行迭代以生成下一个数字控制信息，从 而构成数字控制信息的实时迭代。跟随插补周期的节拍，数字控制信息不断地生成、发送、 执行，从而又以过程迭代的方式周而复始，构成控制过程的实时迭代。因此，通过数字控制 信息的实时迭代与控制过程的实时迭代，插补迭代控制方法将数字控制信息的生成、发送、 执行的整个制造过程予以实时化。
数字控制信息的实时迭代与控制过程的实时迭代(简称信息实时迭代与过程实 时迭代，即I&P实时迭代)是插补迭代控制方法的第二个本质特征，是插补迭代控制技术内 生的基本缺陷。
3、在插补迭代控制方法中，在实时操作系统的插补周期统一指挥下的I&P实时迭 代是一种集中控制模式。在这种控制模式中，实时操作系统指挥一切，“大权独揽，小权不 放”，一竿子插到底，规划、设计、施工全包，而且是“边规划、边设计、边施工”。
“边规划、边设计、边施工”的集中控制模式是插补迭代控制方法的第三个本质特 征，是插补迭代控制技术内生的基本缺陷。
4、在插补迭代控制方法中，逼近误差 与曲率半径r成反比，与进给速度F和插 补周期T的平方成正比。然而，工件轮廓只是一个几何问题，因而刀路曲线以及逼近误差 与曲率半径r也只是一个几何问题。至于刀具中心即相关坐标轴以什么运动速度完成加工 任务，则是一个加工工艺问题与机械系统的动力学问题。
在插补迭代控制方法中，逼近误差ep曲率半径r、插补周期T、进给速度F全部紧 密耦合在一起，涉及空间、时间、速度、加速度(减速度)，甚至于加加速度。这就是说，插补 迭代控制方法将插补迭代算法与曲线的几何结构强相关，将工件轮廓的几何特征、工艺特 征、机械系统的动力学特征全部紧密耦合在一起。刀路曲线的这种时空之间的耦合关系可 简称为时空结构的耦合性。
刀路曲线的时空结构的耦合性是插补迭代控制方法的第四个本质特征，是插补迭 代控制技术内生的基本缺陷。
发明人发现，由于插补迭代控制存在上述四个内生的基本缺陷，插补迭代控制技 术作为现有开放式数控系统的普适控制方法，在位置信息的离散方面存在下述问题
1、刀具曲线的几何结构是预先确定的，因此，坐标轴之间的运动关系是确定性的。 数字控制系统将位置信息离散，以控制相关坐标轴的位移(角位移)，通过这些位移的合成 来实现刀路曲线。位移的合成意味着相关坐标轴必须联动。位置信息的离散是数字控制系 统的核心任务，本质上，纯粹是一个几何问题。
然而，插补迭代控制方法产生了刀路曲线的时空结构的耦合性，完全忽视了数字 控制信息的离散纯粹是一个离散几何问题，而且进一步将数字控制信息的整个离散过程实 时化，导致数字控制信息的封闭性。
2、在插补迭代控制方法中，插补迭代算法既涉及数值计算方法又涉及在计算机上 实时地实现该方法的运算规则，数字控制信息的实时迭代与离散过程的实时迭代必然涉及 实时操作系统中的进程调度与线程调度，导致数字控制信息的离散方法的封闭性。
3、在插补迭代控制方法中，数字控制信息的整个离散过程的实时化必然导致整个 控制过程的封闭性与数字控制信息的离散、发送、执行等子过程之间的界面的封闭性。
4、在插补迭代控制方法中，插补算法、插补速度、插补精度是其核心技术指标。因 而，插补迭代控制方法与CPU的位数、频率以及实时操作系统密不可分。换言之，插补迭代 控制方法导致数控技术的进步与芯片技术的进步及实时操作系统的进步密不可分。
在发明专利《计算机数字控制系统数据流关联控制方法与体系结构》中(中国专 利号ZL2007101M304.9，授权公告日2009年8月19日)，本发明人提出了一种数据流关 联控制方法(Data-stream Related Control, DRC) 0与插补迭代控制方法相反，数据流关 联控制方法将位置信息的离散转化为一个纯粹的几何学问题。数据流关联控制方法将控 制机械系统之间的确定性运动关系所要求的数字控制信息的整个制造过程非实时化，在PC 系统中非实时地制造出全部数字控制信息，包括坐标轴进给的离散位置信息与这些离散位 置信息之间的关联信息。
在上述发明专利中，离散位置信息为“ 1，，或“0”形态的步进型关联数据流，未涉及 刀路曲线的微线段AL1，. . .，ALn(即增量型关联数据流)的优化问题。
现有开放式数控系统有三种模式PC嵌入NC模式、NC嵌入PC模式、软开放式模 式。在这三种模式中，PC系统往往配置CAD/CAM/CAPP功能，成为一个编程系统，用于完成 刀路曲线规划，甚至进一步完成粗插补，也就是将刀路曲线离散为微线段△ Li,生成所述微 线段ALi的G代码数控程序传送给数控系统进行精插补。显然，CAD/CAM/CAPP系统以及其 他数控编程系统也存在微线段的优化问题。
微线段Δ L1，...，ALn的优化涉及坐标轴被约束的运动形式及其产生的对称破 缺。在这种情况下，刀路曲线的几何学不再是欧几里得几何学而是离散几何学。刀路曲线 的离散因而是一个离散几何学问题。因此，需要研究离散几何学的基本原理，从而设计一种 简单、高效、开放的技术方案消除刀路曲线的非欧化误差，全面解决微线段AL1，...，ALn 的优化问题。发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种开放式数控系统的计算机辅助离散几何规 划方法及其系统，在数据流关联控制方法中为刀路曲线生成优化的开放的离散数字映像。
计算机仿真已成为影响最为深远最为广泛的计算机应用领域之一。机械系统中 的二轴、三轴乃至多轴的确定性运动关系可以通过三维图形界面，以可视的图像展现其运 动过程，具有良好的人机界面。对于离散控制信息制造系统的PC系统，本发明在三维图 形界面上构建一种计算机辅助离散几何规划方法(Computer Aided Discrete Geometry Planning, CADGP)，与几何作图法类似，通过可视化的简单而直观的技术方法获得控制机械 系统中多轴的确定性运动关系所需要的全部离散位置信息。
本发明的技术问题是通过以下技术方案予以实现的。
一种计算机辅助离散几何规划方法，用于规划刀路曲线的本征L分割，包括以下 步骤
离散坐标系规划步骤(Si)按照设定的离散标度，用距离为离散标度的等距线将 坐标平面网格化，建立离散坐标系；
刀路曲线规划步骤(S2):在离散坐标系中规划刀路曲线，按照特征点将刀路曲线 分割为k条曲线，对分割后的每条曲线，将坐标轴划分为主动轴和联动轴，生成刀路曲线文 件；
L分割规划步骤(S3)对所述k条曲线中的每条曲线，按照设定的优化目标，通过 导引点逐点构造符合所述优化目标的本征L分割；
上述计算机辅助离散几何规划方法，所述步骤(S2)中，根据工件轮廓尺寸的公 差，将基本曲线调整为正则曲线，对正则曲线进行修正，生成正则曲线的刀路曲线。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述步骤(S； )包括以下步骤
步骤(S301)、从所述k条曲线中顺序取出一条曲线，设定优化目标；
步骤(S302)、以所述曲线的起点为原始导引点，生成所述原始导引点的邻域；
步骤(S303)、根据设定的优化目标，在所述原始导引点的邻域中确定一个导引点， 生成所述导引点与所述原始导引点的坐标值增量；
步骤(S304)、在所述导引点与所述原始导引点之间生成一条直线段；
步骤(S305)、对于所述曲线在所述导引点与所述原始导引点之间的曲线段，判断 所述直线段是否为所述曲线段的微线段；
步骤(S306)、如果所述直线段是所述曲线段的微线段，则返回步骤O02)，继续生 成下一个导引点；
步骤(S307)、如果所述直线段不是所述曲线段的微线段，则所述导引点的上一个 导引点就是本征映像，所述本征映像即为所述微线段的终点，所述上一个导引点与所述原 始导引点的坐标值增量就是所述微线段的坐标值增量；
步骤(S308)、以所述本征映像作为下一条微线段的原始导引点，顺序重复步骤 (S301)至步骤(S307)，生成所述曲线的下一条微线段，直至所述曲线的终点，生成所述曲 线的符合所述优化目标的本征L分割。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述步骤630 还包括下述步骤
步骤(S3051)、在刀路方位上生成所述直线段的邻域；
步骤(S3052)、判断所述直线段的邻域是否为所述曲线段的邻域的子集。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述步骤(S301)中的优化目标为路程最 短，所述坐标轴中每个坐标轴都按优先运动方向进给。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述步骤(S301)中的优化目标为离散误 差最小，所述本征L分割中每个导弓I点的离散误差最小。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述步骤(S301)中的优化目标为配合最 优，所述本征L分割中每个导引点的离散误差在正则曲线公差带中的分布一致。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述坐标轴为三轴以上。
上述计算机辅助离散几何规划方法中，所述离散坐标系为非正交离散坐标系。
一种计算机辅助离散几何规划系统，包括硬件平台、软件平台和应用软件系统，所 述硬件平台为PC系统，软件平台为图形界面操作系统；所述应用软件系统包括离散坐标 系规划模块、刀路曲线规划模块、L分割规划模块；
所述离散坐标系规划模块用于按照设定的离散标度，用距离为离散标度的等距线 将坐标平面网格化，建立离散坐标系；
所述刀路曲线规划模块用于在离散坐标系中规划刀路曲线，按照特征点将刀路曲 线分割为k条曲线，对分割后的每条曲线，将坐标轴划分为主动轴和联动轴，生成刀路曲线 文件；
所述L分割规划模块用于对所述k条曲线中的每条曲线，按照设定的优化目标，通 过导引点逐点构造符合所述优化目标的本征L分割；
上述计算机辅助离散几何规划系统中，所述应用软件系统建立在中间件之上，各 模块之间采用应用编程接口 API。
上述计算机辅助离散几何规划系统中，所述软件平台还包括三维图形库。
上述计算机辅助离散几何规划系统中，所述离散坐标系生成模块还用于建立非正 交离散坐标系。
本发明与现有插补迭代控制技术对比所具有的有益效果是
1、刀路曲线的几何结构是预先确定的，因此，坐标轴之间的运动关系是确定性的。 数字控制系统的核心任务是将位置信息离散，以控制相关坐标轴的位移，通过这些位移的 合成来实现刀路曲线。位置信息的离散纯粹是一个几何问题。
然而，插补迭代控制方法产生了刀路曲线的时空结构耦合性，完全忽视了位置信 息的离散纯粹是一个几何问题，而且进一步将位置信息的整个离散过程实时化，导致离散 位置信息的封闭性。
在插补迭代控制方法中，插补迭代算法既涉及数值计算方法又涉及在计算机上实 时地实现该方法的运算规则，离散位置信息的实时迭代与离散过程的实时迭代必然涉及实 时操作系统中的进程调度与线程调度，导致位置信息的离散方法的封闭性。
在插补迭代控制方法中，位置信息的整个离散过程的实时化必然导致整个控制过 程的封闭性与位置信息的离散、发送、执行等子过程之间的界面的封闭性。
本发明解除了刀路曲线的时空结构耦合性，将刀路曲线的离散几何结构与加工过 程的工艺特征、机械系统的动力学特征解耦，在计算机辅助下进行离散几何规划，离散位置 信息是开放的，离散位置信息的离散方法是开放的，整个控制过程是开放的，位置信息的离 散、发送、执行等子过程之间的界面也是开放的。因此，与现有插补迭代控制技术对比，本发 明完全解决了数字控制技术的开放性与数字控制过程的开放性，与现有技术对比，具有显 著的实质性进步。
2、插补算法、插补速度、插补精度是现有技术的核心技术指标。本发明允许采用 任何数值计算方法来离散位置信息，换言之，在本发明中，插补算法、插补速度、插补精度都 是一些伪问题，因而，与现有插补迭代控制技术对比，本发明使数控技术完全摆脱了插补算 法、芯片技术与实时操作系统的制约，对于数控技术的普及与数控系统的标准化具有实质 性显著进步。
3、在零件轮廓中，直线大约占70%以上。加工直线时，一般需要将直线划分为加 速段、勻速段与减速段。在插补迭代控制方法中，对于直线的勻速段，必须按照公式ALi = FT将勻速段进一步离散为若干条称之为轮廓步长的微线段ALi，由此耗费了大量的计算 资源，显著降低了加工速度与加工质量。对于直线的勻速段，本发明无须进一步离散为若干 条微线段Δ Li，从而在提高加工速度与加工质量方面取得了显著的有益效果。
3、在插补迭代控制方法中，多轴联动技术成为现有技术中的最尖端技术，并导致工艺参数的实时控制的复杂化，其技术瓶颈是随着轴数的增加，CPU的位数、频率必须增 加，实时操作系统的位数必须增加且实时性必须更强。
从关联数据流来看，联动的轴数增加只是简单地增加发送关联数据流的通道；其 次，工艺参数的实时控制与坐标轴联动并无本质上的差别。本发明将控制需要实时控制的 工艺参数之开关视为虚拟坐标轴，参数值视为虚拟坐标轴的值，从而将坐标轴联动与工艺 参数的实时控制统一起来。在本发明中，多轴多参数联动所需要的多坐标轴的离散位置增 量和多参数的改变量既与离散算法无关又与实时操作系统无关，与现有插补迭代控制技术 对比，彻底解决了多轴多参数联动技术的复杂性，取得了显著的有益效果。
5、现有技术基于欧几里得几何学，完全忽略了刀路曲线的非欧特性及其离散几何 结构，因而所离散的位置信息(即逼近折线)必然产生刀路曲线的非欧化误差。本发明基 于离散几何学，完全消除了离散位置信息的非欧化误差。
6、曲线的本征L分割是其全部逼近折线的上界，因而在曲线的本征L分割中，微线 段的条数最少，即逼近折线的拐点最少。本发明基于刀路曲线的离散几何结构，按照路程最 短、离散误差最小、配合最优等优化目标通过导引点逐点构造刀路曲线的本征L分割，与现 有技术对比，解决了离散位置信息的优化问题。
7、本发明所提出的方法是一种计算机辅助下的基于曲线的离散几何结构的几何 作图法，通过显示点击的直观简单的可视化操作步骤生成刀路曲线的离散数字映像，为DRC 控制方法的推广发展提供一个开放式平台。


图1为正交离散坐标系的示意图2为计算机辅助离散几何规划系统模块图3为计算机辅助离散几何规划方法的流程图。
具体实施方式
在先进制造领域，进给速度F是用户指定的工艺参数，指的是刀具上的基准点沿 着刀具轨迹相对于工件移动时的速度。用户程序所要求的工件轮廓取决于刀具中心相对于 工件移动的轨迹即刀路曲线。根据加工工艺的要求，刀路曲线一般由若干条连续的曲线按 照规划的顺序构成。
工件轮廓的几何结构是预先确定的，因此，坐标轴之间的运动关系是确定性的。数 字控制系统的核心任务就是制造离散控制信息，用于控制工作机中的坐标轴完成给定的确 定性机械运动，并通过相关坐标轴的位移(角位移)的合成实现刀路曲线。位移的合成意 味着相关坐标轴必须联动。因此，通过相关坐标轴位移的合成来实现刀路曲线，本质上，纯 粹是一个几何问题。
众所周知，在经典的欧几里得几何学中，曲线的延伸方向是任意的，其坐标值则是 连续的。
在数控系统中，坐标轴的运动方向不再是任意的，而是受约束的，只允许按照坐标 轴的特定机械结构作正向与反向运动。例如，直线坐标轴只能沿轴方向作正向进给与反向 进给，旋转坐标轴只能正向旋转与反向旋转。因此，在数控系统中，刀路曲线的延伸方向(或运动方向)不是任意的，而是受约束的。在数控系统中，离散性取代了连续性，刀路曲线 的延伸量不再是连续的，而是离散的。显然，经典的欧几里得几何学不再是刀路曲线的几何 学基础。为此，发明人提出了离散几何学的观念。
离散几何学研究曲线在延伸方向受约束与延伸量被离散的情况下的几何不变量， 揭示了关联数据流的结构与曲线之间的内在联系，从而为关联数据流的生成、优化与控制 奠定了理论基础，为本申请所提出的计算机辅助离散几何规划方法奠定了技术基础。
不失一般性，本发明以二维运动为例，建立离散几何学的若干基本概念。
(1)、离散坐标系
数字化用离散量代替连续量，这就必然产生误差。在数控系统中，必须以一定的精 度离散曲线。这种预先设定的允许的离散误差也称为离散标度，记为e。
对于坐标轴来说，由于零部件的加工误差与装配误差、运动副之间的间隙与摩擦、 残余应力、机械系统的刚性等因素的影响，其机械位移存在一个最小分辨率，一般称之为进 给当量，以&表之。对于坐标轴来说，小于％的机械位移是毫无意义的。
一般情况下，离散标度等于进给当量。在精细结构中，离散标度小于进给当量。
每个坐标轴的离散标度可以不同，例如，χ轴的离散标度为ex,y轴的离散标度为ey。
以离散标度将坐标轴离散，相互之间的距离为离散误差的平行线将坐标平面网格 化。由此建立的坐标系称之为离散坐标系。离散标度 .....ey是离散坐标系的系统参数。
如图1所示，坐标轴的运动方向相互垂直的离散坐标系称之为正交离散坐标系， 例如直角坐标系、极坐标系；坐标轴的运动方向相互不垂直的离散坐标系称之为非正交离 散坐标系。
坐标轴之间的不垂直度、不平行度，以及坐标轴的反向间隙、螺距误差等是机械系 统的固有特征，也是离散坐标系的系统参数。
O)、格点
在正交离散坐标系中，距离为离散标度的等距线将坐标平面网格化。彼此平行的 等距线之交点称为格点，如图1中的a、b、c等交点。
只有格点才是坐标轴的离散运动能达到的位置。
(3)、允许运动方向、排斥运动方向和优先运动方向
在数控系统中，坐标轴的运动方向是受约束的。例如，对于x/y坐标工作台，运动 方向为士χ方向、士y方向、以及χ轴和y轴联动所形成的+x/+y、+x/-y、-x/+y、-x/-y四个 方向。这8个运动方向称之为机械系统的允许运动方向。
在数控系统中，加工是刀具相对工件的运动过程，刀路曲线的延伸具有方向性，存 在逆时针与顺时针两种延伸方向。这种方向性称之为刀路方位。
例如，对于第1象限的逆时针圆弧，刀路方位为西北方位。
当刀路方位为西北方位时，只有-X方向、+y方向与-x/+y方向是允许运动方向， 其他方向为排斥运动方向。
圆弧上点的切线的斜率进一步约束了运动方向。例如，对于圆弧上的点，该点处 切线的斜率如果大于1，-X方向的运动必然偏离圆弧，因而-X方向是排斥运动方向，或者 说，-X方向被-x/+y方向所蕴涵，允许运动方向为+y方向与-x/+y方向；该点处切线的斜 率如果小于l，+y方向的运动必然偏离圆弧，因而+y方向是排斥运动方向，或者说，+y方向
该点处的切线如果靠近χ轴，则-χ方向是优先运动方向；该点处的切线如果靠近 y轴，则+y方向是优先运动方向；该点处的切线如果靠近45°线，则_x/+y方向是优先运动 方向。
G)、曲线的映像集
曲线上的点称为原像，如图1中的m点与η点。
一个格点，如果与曲线的某个原像的距离小于或等于离散误差，则称为该原像的 数字映像，简称为映像，如图1中的a、b、c、d、e诸点。
曲线的全部映像构成一个集合，称之为该曲线的映像集。例如，对于半径为r的 圆，e为离散标度，半径为(r-e)的圆与半径为(r+e)的圆之间的圆环上与圆环内的全部格 点就是该圆的映像集。
在给定的离散坐标系中，曲线的映像集及其在离散坐标系中的分布完全取决于该 曲线的几何结构。
显然，对于曲线上的一个原像，存在多个映像；反之，对于一个映像，在该曲线上则 存在多个原像。
对于一个给定的映像，在允许运动方向上与该曲线的原像的距离小于或等于离散 误差的全部映像称之为该映像的邻域。例如对于图1中的映像b，如果刀路曲线为逆时针 的，其邻域为a点；如果刀路曲线为顺时针的，其邻域为d点与e点，c点位于排斥运动方向， 不是映像b的邻域。
对于给定的曲线，其全部邻域构成一个集合，称之为该曲线的邻域集。曲线的邻域 集是其映像集在允许运动方向上的一个子集。
(5)、关联数据流
数字化就是离散化。按离散标度将曲线离散为其映像的一个序列。映像之间的坐 标值增量为一个离散标度，即等于“1”或“0”，该映像序列称为曲线的微观数字映像。对于 所有的坐标轴，将曲线的微观数字映像按顺序排列，所产生的“1” “0”形式的坐标轴离散位 置信息就是该曲线的步进型关联数据流。
曲线的步进型关联数据流描述了该曲线的精细微观结构。
如果映像之间的各个坐标值的增量不是一个离散标度而是若干个离散标度，该映 像序列称为增量型数字映像。对于所有的坐标轴，将曲线的增量型数字映像按顺序排列，所 产生的坐标值增量形式的坐标轴离散位置信息就是该曲线的增量型关联数据流。
对于多个坐标轴，所述关联数据流构成多维关联数据流。
表1为刀路曲线的5轴联动增量型关联数据流的示意图。
表权利要求
1.一种计算机辅助离散几何规划方法，用于规划刀路曲线的本征L分割，其特征在于， 包括以下步骤离散坐标系规划步骤(Si)按照设定的离散标度，用距离为离散标度的等距线将坐标 平面网格化，建立离散坐标系；刀路曲线规划步骤(S2)在离散坐标系中规划刀路曲线，按照特征点将刀路曲线分割 为k条曲线，对分割后的每条曲线，将坐标轴划分为主动轴和联动轴，生成刀路曲线文件；L分割规划步骤(S3)对所述k条曲线中的每条曲线，按照设定的优化目标，通过导引 点逐点构造符合所述优化目标的本征L分割。
2.如权利要求1所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S2) 中，根据工件轮廓尺寸的公差，将基本曲线调整为正则曲线，对正则曲线进行修正，生成正 则曲线的刀路曲线。
3.如权利要求1所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S3)包 括以下步骤步骤(S301 )、从所述k条曲线中顺序取出一条曲线，设定优化目标； 步骤(S302)、以所述曲线的起点为原始导引点，生成所述原始导引点的邻域； 步骤(S303)、根据设定的优化目标，在所述原始导引点的邻域中确定一个导引点，生成 所述导引点与所述原始导引点的坐标值增量；步骤(S304)、在所述导引点与所述原始导引点之间生成一条直线段； 步骤(S305)、对于所述曲线在所述导引点与所述原始导引点之间的曲线段，判断所述 直线段是否为所述曲线段的微线段；步骤(S306)、如果所述直线段是所述曲线段的微线段，则返回步骤002)，继续生成下 一个导引点；步骤(S307)、如果所述直线段不是所述曲线段的微线段，则所述导引点的上一个导引 点就是本征映像，所述本征映像即为所述微线段的终点，所述上一个导引点与所述原始导 引点的坐标值增量就是所述微线段的坐标值增量；步骤(S308)、以所述本征映像作为下一条微线段的原始导引点，顺序重复步骤(S301) 至步骤(S307)，生成所述曲线的下一条微线段，直至所述曲线的终点，生成所述曲线的符合 所述优化目标的本征L分割。
4.如权利要求3所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S305) 还包括下述步骤步骤(S3051)、在刀路方位上生成所述直线段的邻域；步骤(S3052)、判断所述直线段的邻域是否为所述曲线段的邻域的子集。
5.如权利要求4所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S301) 中的优化目标为路程最短，所述坐标轴中每个坐标轴都按优先运动方向进给。
6.如权利要求4所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S301) 中的优化目标为离散误差最小，所述本征L分割中每个导引点的离散误差最小。
7.如权利要求4所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述步骤(S301) 中的优化目标为配合最优，所述本征L分割中每个导引点的离散误差在正则曲线公差带中 的分布一致。
8.如权利要求1 7中任意一项所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于 所述坐标轴为三轴以上。
9.如权利要求8所述的计算机辅助离散几何规划方法，其特征在于所述离散坐标系 为非正交离散坐标系。
10.一种计算机辅助离散几何规划系统，包括硬件平台、软件平台和应用软件系统，所 述硬件平台为PC系统，软件平台为图形界面操作系统；其特征在于，所述应用软件系统包 括离散坐标系规划模块、刀路曲线规划模块、L分割规划模块；所述离散坐标系规划模块用于按照设定的离散标度，用距离为离散标度的等距线将坐 标平面网格化，建立离散坐标系；所述刀路曲线规划模块用于在离散坐标系中规划刀路曲线，按照特征点将刀路曲线 分割为k条曲线，对分割后的每条曲线，将坐标轴划分为主动轴和联动轴，生成刀路曲线文 件；所述L分割规划模块用于对所述k条曲线中的每条曲线，按照设定的优化目标，通过导 引点逐点构造符合所述优化目标的本征L分割。
11.如权利要求10所述的计算机辅助离散几何规划系统，其特征在于，所述应用软件 系统建立在中间件之上，各模块之间采用应用编程接口 API。
12.如权利要求10所述的计算机辅助离散几何规划系统，其特征在于，所述软件平台 还包括三维图形库。
13.如权利要求10所述的计算机辅助离散几何规划系统，其特征在于所述离散坐标 系生成模块用于建立非正交离散坐标系。
全文摘要
本发明公开了一种开放式数控系统的计算机辅助离散几何规划方法与系统。刀路曲线的几何学不是欧几里得几何学而是离散几何学。刀路曲线的离散是一个纯粹的离散几何学问题。按照离散几何学的基本原理，本发明基于曲线的离散几何结构，按照优化目标通过导引点构造曲线的L分割，消除了刀路曲线的非欧化误差，解决了离散位置信息的优化问题。本发明实现了离散位置信息的可视化与离散方法的可视化，具有直观、简便、开放的人机界面。
文档编号G05B19/4103GK102033513SQ20101053679
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者江俊逢 申请人:江俊逢