專利名稱：數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)領域，特別涉及利用數(shù)控系統(tǒng)的加工工藝中刀具控制方法技術(shù)領域，具體是指一種數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對待加工的工件進行刀具半徑補償，刀具的實際運行路徑相對于工件的編程路徑有一個刀具半徑的偏移。在數(shù)控系統(tǒng)常用的G代碼指令中，G41和G42分別指示建立刀具的左刀補和右刀補。刀具半徑補償對于精確加工工件具有重要意義:客戶的刀具在加工了一些工具之后會有一些磨損，利用半徑補償，還可以利用原有的工件路徑為磨損了的刀具生成合適的加工路徑。現(xiàn)有技術(shù)中的刀具補償控制方法，當?shù)毒甙霃窖a償?shù)穆窂缴梢院?，補償后的刀具運行路徑經(jīng)過的區(qū)域不能與原有工件路徑相交，如果有相交出現(xiàn)就會切壞工件，這稱為干涉，有切壞工件的危險。對于刀補干涉的檢測，大部分數(shù)控系統(tǒng)都只有局部干涉檢測，力口工過程中可以利用刀補后路徑方向向量與工件路徑方向向量進行比較來確定是否有局部干涉。然而，實際的加工文件可能會產(chǎn)生全局干涉的情況。這種情況無法用檢測局部干涉的方法檢測出來。一旦出現(xiàn)這種干涉，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)就會切壞工件。如圖1所示，如果此時按刀補后的路徑加工，就會把工件切壞。橢圓中，刀具將工件的一個棱角切掉了。對于此類的干涉是無法實時計算的，因為未來任意一條線段都可能與當前紅色線段相交。所以檢測全局干涉只能離線進行?，F(xiàn)實加工的工件會比圖1所示的復雜很多，并且線段數(shù)量多，如果出現(xiàn)的工件路徑有幾十萬條，上百萬條的線段，那么采用一般的方法離線進行檢測全局干涉速度會非常慢。龐大的數(shù)據(jù)量可能使程序檢測速度極慢，無法應用于實際的軟件產(chǎn)品中。因此，如何實現(xiàn)快速有效地檢測全局干涉，提前警告用戶用當前刀具加工工件可能產(chǎn)生過切的情況，成為本技術(shù)領域中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種基于掃描線進行快速的全局干涉判斷，其運行時間只與線段交點數(shù)量相關，判斷速度快，準確率高，能夠?qū)崟r警告用戶用當前刀具加工工件可能產(chǎn)生過切的情況，適用于復雜的工件加工，且實現(xiàn)方式簡便，實現(xiàn)成本低廉的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法包括以下步驟:( I)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)原有工件路徑生成刀具外側(cè)路徑；(2)數(shù)控系統(tǒng)將所述的原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按從左到右的順序進行排列，并將所述的端點按照自上而下的順序存入事件隊列中；
(3)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的事件隊列中是否有事件點，若沒有，則結(jié)束本方法，若有，則進入步驟(4)；(4)數(shù)控系統(tǒng)初始化狀態(tài)隊列；所述的狀態(tài)隊列用以存儲當前與掃描線相交的所有線段，并指定順序存儲；(5)數(shù)控系統(tǒng)利用掃描線從左到右掃描所述的事件隊列中的事件點，并根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列；(6)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，否是則進入步驟(7)，若否，則返回步驟(5);(7)數(shù)控系統(tǒng)將交點插入所述的事件隊列中，并判斷構(gòu)成交點的線段是否分別為原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段，若是，則進入步驟(8)，若否，則返回步驟(5)；(8)數(shù)控系統(tǒng)報告存在全局干涉。該數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法中，所述的事件點為所述的原有工件路徑或刀具外側(cè)路徑的組成線段的交點。該數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法中，所述的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列，具體為:所述的數(shù)控系統(tǒng)將所述的事件點之后的線段順序更新入所述的狀態(tài)隊列。該數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法中，所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，具體包括以下步驟:(61)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中更新的線段順序是否有新的相鄰線段；(62)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的新的相鄰線段是否會產(chǎn)生交點。該數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法中，所述的狀態(tài)隊列為平衡二叉樹結(jié)構(gòu)的狀態(tài)隊列采用了該發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其先將原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按從左到右的順序進行排列，并將端點按照自上而下的順序存入事件隊列中；而后判斷事件隊列中是否有事件點，若沒有，則不存在全局干涉，若有，則利用掃描線從左到右掃描所述的事件隊列中的事件點，并根據(jù)掃描狀態(tài)更新狀態(tài)隊列；而后判斷狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，否是則進一步判斷構(gòu)成交點的線段是否分別為原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段，若是，則報告存在全局干涉。該方法基于掃描線進行快速的全局干涉判斷，其運行時間只與線段交點數(shù)量相關，從而能夠保證判斷速度快，準確率高，而且能夠?qū)崟r警告用戶用當前刀具加工工件可能產(chǎn)生過切的情況，適用于復雜的工件加工，且本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其實現(xiàn)方式簡便，實現(xiàn)成本低廉。


圖1為利用現(xiàn)有技術(shù)的刀具補償方法發(fā)生全局干涉的加工路徑示意圖。圖2為本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法的流程示意圖。
圖3為本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法中利用掃描線進行快速的全局干涉判斷的示意圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖2所示，為本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法的流程示意圖。在一種實施方式中，該方法包括以下步驟:( I)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)原有工件路徑生成刀具外側(cè)路徑；(2)數(shù)控系統(tǒng)將所述的原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按從左到右的順序進行排列，并將所述的端點按照自上而下的順序存入事件隊列中；(3)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的事件隊列中是否有事件點，若沒有，則結(jié)束本方法，若有，則進入步驟(4)，其中，所述的事件點為所述的原有工件路徑或刀具外側(cè)路徑的組成線段的交占.
(4)數(shù)控系統(tǒng)初始化狀態(tài)隊列；所述的狀態(tài)隊列用以存儲當前與掃描線相交的所有線段，并指定順序存儲；(5)數(shù)控系統(tǒng)利用掃描線從左到右掃描所述的事件隊列中的事件點，并根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列；(6)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，否是則進入步驟(7)，若否，則返回步驟(5);(7)數(shù)控系統(tǒng)將交點插入所述的事件隊列中，并判斷構(gòu)成交點的線段是否分別為原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段，若是，則進入步驟(8)，若否，則返回步驟(5)；(8)數(shù)控系統(tǒng)報告存在全局干涉。在較優(yōu)選的實施方式中，所述的步驟(5)中數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列，具體為:所述的數(shù)控系統(tǒng)將所述的事件點之后的線段順序更新入所述的狀態(tài)隊列。其步驟(6)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，具體包括以下步驟:(61)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中更新的線段順序是否有新的相鄰線段；(62)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的新的相鄰線段是否會產(chǎn)生交點。 在更優(yōu)選的實施方式中，所述的狀態(tài)隊列為平衡二叉樹結(jié)構(gòu)的狀態(tài)隊列。在實際的數(shù)控系統(tǒng)加工過程中，補償后刀具的另一側(cè)形成了一個與原有工件路徑平行的線段，如果沒有全局干涉，則此路徑應當與原有工件的加工路徑不會出現(xiàn)交點。所以在本發(fā)明的實際應用中，第一步，利用傳統(tǒng)的方法生成刀具外側(cè)路徑，該刀具外側(cè)路徑不是刀具補償后的刀具中心點運行軌跡，而是刀具與工件路徑相對應的另一端的路徑，距離工件路徑正好是刀具直徑，即圖1中實線線段組成的路徑。生成后的兩種類型的路徑其實都是線段的集合。假設有一條掃描線從圖形的左邊掃描到右邊。當某個地方出現(xiàn)全局干涉，掃描線在掃描到該點時會將結(jié)果警告用戶。一次從左到右的掃描就可以將所有干涉點輸出。將所有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的端點都存儲到一個隊列中，并將這些點按照從左到右，從上到下的順序排序。這些節(jié)點用平衡二叉樹存儲，每次插入新的節(jié)點和刪除新的節(jié)點都相當迅速。用Q表示此二叉樹，實際上Q就是一個事件點隊列，隨著掃描線從左到右掃描檢測可能出現(xiàn)的交點，如果有新的交點出現(xiàn)，則將此交點加入Q。另外定義一個平衡二叉樹L，L記錄了掃描線狀態(tài)，即所有與當前掃描線相交的線段集合。當然，有些線段來自于工件路徑，有些線段來自于刀具外側(cè)路徑。L中的線段按照與掃描線的交點，從小到大進行排列，掃描線從左向右邊掃描，遇到事件點就處理當前節(jié)點出現(xiàn)的事件。每一個事件點都會更新L中的記錄，并且將可能產(chǎn)生的新的線段交點插入到Q中。如圖3所示，在事件點(2、4交點)，綠色掃描線與1、2、3、4、5、6相交，那么，在掃描線處理此事件點之前,L中的線段順序是(5、4、3、2、1)，經(jīng)過事件點處理后，使L中的線段順序為(5、6、2、4、1)，這樣產(chǎn)生了新的1、4相鄰和5、6相鄰。由于新相鄰線段的產(chǎn)生，會判斷新相鄰的線段是否有交點，如果有新的交點產(chǎn)生(這里5、6產(chǎn)生新的交點)，將新的交點插入到事件點隊列Q中。具體處理某一事件點P時，對L有如下操作:1、定義與P點相交的所有線段集合A，找出A上面的線段，如果存在，用U表示，找出A下面的線段，如果存在，用d表示。2、刪除L中所有右端點在P點的線段。3、刪除L中與P點相交的線段。4、插入與P點相交的線段到L中，插入所有左端點在P點的線段。之所以要進行步驟3、4的操作，是為了正確地更新L中線段順序，找到新插入線段的最上面線段nu ;找到新插入線段的最下面線段nd (nu和nd在只有一條線段插入時代表同一線段XL為平衡二叉樹，但與一般的平衡二叉樹有區(qū)別，每次刪除和插入判決元素順序的標準不一樣。5、如果同時存在nu和u,判斷兩個線段是否相交,如果產(chǎn)生新的交點，并且新的交點在掃描線的右邊，則將新的交點作為新的事件點插入到Q中。如果同時存在nd和d，則進行同樣的操作。當然，如果沒有nu和nd，那么如果存在u和d，就進行u和d的相交檢測，如果產(chǎn)生新的交點，并且新的交點在掃描線的右邊，則將新的交點作為新的事件點插入到Q中。只要還有Q中的事件點，繼續(xù)對其它事件點進行如上操作。過程中可能產(chǎn)生新的事件點，插入到Q中適當位置。如果在處理某一事件點時，出現(xiàn)了新的交點，這個交點的兩個線段分別是來自于工件路徑和刀具外側(cè)路徑，那么，就出現(xiàn)了全局干涉。在實際的刀補模塊中，高效全局干涉模塊實現(xiàn)非常復雜。涉及到L中線段更新操作實際上是根據(jù)在掃描線左邊還是右邊采用完全想法的斜率判決標準。要完成本發(fā)明的方法，需要可以在狀態(tài)隊列L中從指定線段按順序遍歷，這是為了可以較快的尋找到待判定的相鄰線段。采用了該發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其先將原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按從左到右的順序進行排列，并將端點按照自上而下的順序存入事件隊列中；而后判斷事件隊列中是否有事件點，若沒有，則不存在全局干涉，若有，則利用掃描線從左到右掃描所述的事件隊列中的事件點，并根據(jù)掃描狀態(tài)更新狀態(tài)隊列；而后判斷狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，否是則進一步判斷構(gòu)成交點的線段是否分別為原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段，若是，則報告存在全局干涉。該方法基于掃描線進行快速的全局干涉判斷，其運行時間只與線段交點數(shù)量相關，從而能夠保證判斷速度快，準確率高，而且能夠?qū)崟r警告用戶用當前刀具加工工件可能產(chǎn)生過切的情況，適用于復雜的工件加工，且本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其實現(xiàn)方式簡便，實現(xiàn)成本低廉。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)原有工件路徑生成刀具外側(cè)路徑； (2)數(shù)控系統(tǒng)將所述的原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按從左到右的順序進行排列，并將所述的端點按照自上而下的順序存入事件隊列中； (3)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的事件隊列中是否有事件點，若沒有，則結(jié)束本方法，若有，則進入步驟(4)； (4)數(shù)控系統(tǒng)初始化狀態(tài)隊列；所述的狀態(tài)隊列用以存儲當前與掃描線相交的所有線段，并指定順序存儲； (5)數(shù)控系統(tǒng)利用掃描線從左到右掃描所述的事件隊列中的事件點，并根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列； (6)數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，否是則進入步驟(7)，若否，則返回步驟(5)； (7)數(shù)控系統(tǒng)將交點插入所述的事件隊列中，并判斷構(gòu)成交點的線段是否分別為原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段，若是，則進入步驟(8)，若否，則返回步驟(5)； (8)數(shù)控系統(tǒng)報告存在全局干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其特征在于，所述的事件點為所述的原有工件路徑或刀具外側(cè)路徑的組成線段的交點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其特征在于，所述的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)掃描狀態(tài)更新所述的狀態(tài)隊列，具體為: 所述的數(shù)控系統(tǒng)將所述的事件點之后的線段順序更新入所述的狀態(tài)隊列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其特征在于，所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中的線段是否產(chǎn)生交點，具體包括以下步驟: (61)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的狀態(tài)隊列中更新的線段順序是否有新的相鄰線段； (62)所述的數(shù)控系統(tǒng)判斷所述的新的相鄰線段是否會產(chǎn)生交點。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，其特征在于，所述的狀態(tài)隊列為平衡二叉樹結(jié)構(gòu)的狀態(tài)隊列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法，屬于數(shù)據(jù)系統(tǒng)控制方法技術(shù)領域。該方法先將原有工件路徑和刀具外側(cè)路徑的組成線段的端點按序進行排列，并將端點依序存入事件隊列中；而后判斷事件隊列中是否有事件點，若有，則利用掃描線依序各個事件點，更新狀態(tài)隊列；狀態(tài)隊列中的線段的交點若是原有工件路徑的組成線段和刀具外側(cè)路徑的組成線段的交點，則報告存在全局干涉。該方法基于掃描線進行快速的全局干涉判斷，其運行時間只與線段交點數(shù)量相關，判斷速度快，準確率高，而且能夠?qū)崟r警告可能產(chǎn)生過切的情況，適用于復雜的工件加工，且本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)刀具半徑補償全局干涉的控制方法實現(xiàn)方式簡便，實現(xiàn)成本低廉。
文檔編號G05B19/404GK103116315SQ201310051619
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月17日
發(fā)明者陳文君, 趙冬, 牟鳳林, 湯同奎, 鄭之開 申請人:上海維宏電子科技股份有限公司