基于边等距偏移的环切轨迹生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及CAD/CAM领域的环切轨迹生成方法，具体涉及一种基于边等距偏移的环切轨迹生成方法。
技术背景
[0002]CAD/CAM系统广泛应用于生成型腔加工刀具轨迹，其中涉及轮廓无干涉偏移问题。目前对等距偏移的研究较多采用Voronoi图法和基于像素法(pixel based)，但是Voron1图算法需构建Voron1多边形，实现较为复杂且耗时较多；基于像素法稳定性好，但获取良好的精度时计算量大且内存占用多。然而边等距法具有直观且逻辑简单，易于实现，但是仍然存在一定数值不稳定。
[0003]针对边等距法此种现状，当前已有一些解决方案。Choi等在学术期刊((Computer-Aided Design》1999，31 (12)，P735-745 上发表的论文 “A pair-wise offsetalgorithm for 2D point-sequence curve” 中，提出边干涉检查程序(Pair-Wise-1nterference-Detect1nPWID)来检测原始轮廓的无效区域，以减少了大量求交运算，提高算法的数值稳定性，但是该方法仅能处理由直线段组成的多边形，对于圆弧需要离散为微小直线段进行处理，且对于包含孤岛的封闭轮廓需要将孤岛“人工”桥接到外轮廓；陈正鸣等在学术期刊《现代制造工程》2004，(12)，P7-9上发表的论文“一个多变性快速等距偏移方法”中，基于Choi的方法提出对干涉凹点和对应干涉边组成的有向边对，采用两次调用干涉检查程序(Pair-Wise-1nterference-Detect1n，PffID)以确定全局无效区域的方法，实现了对包含孤岛的封闭轮廓直接生成环切轨迹，但是对于圆弧仍需离散为微小直线段进行处理。
【发明内容】
[0004]为解决上述边等距法不能处理圆弧轮廓的问题，本发明目的旨在提供一种基于边等距偏移法的环切轨迹生成方法，对由直线和圆弧组成且不存在自交点的二维封闭轮廓，在不需要对圆弧离散为微小直线段的情况下生成环切轨迹，减少了干涉检测的计算量，提高生成环切轨迹的效率。
[0005]为实现上述目标，本发明采用的技术方案如下:一种基于边等距偏移的环切轨迹生成方法，该方法包括以下步骤:
[0006](I)确定原始封闭轮廓，该原始封闭轮廓是由直线和圆弧组成的二维封闭轮廓，且不存在自交点；
[0007](2)确定原始封闭轮廓的方向，并设定偏移半径；
[0008](3)确定原始封闭轮廓中各顶点的凹凸性并分类存放；初始化偏移值等于偏移半径；
[0009](4)局部无效区域检测与删除:以原始封闭轮廓作为输入，根据设定的偏移值对输入的原始封闭轮廓进行局部无效区域检测，并删除检测到的局部无效区域；
[0010](5)全局无效区域检测与删除:以步骤⑷处理后所获得的封闭轮廓作为输入，根据设定的偏移值对该封闭轮廓进行全局无效区域检测，并删除检测到的全局无效区域，获得原始封闭轮廓的有效区域；
[0011](6)将原始封闭轮廓中存在有效区域的边按设定的偏移值生成环切轨迹；
[0012](7)令偏移值增加一个偏移半径，重复步骤(4)至￠)，直至原封闭轮廓按设定的偏移值经过步骤(4)和步骤(5)后不存在有效区域的边。
[0013]所述的基于边等距偏移的环切轨迹生成方法，所述的步骤(4)的局部无效区域检测和步骤(5)的全局无效区域检测都包括对由直线、凹点和圆弧任意两种构成的有向边对进行干涉检测。
[0014]所述包含圆弧的有向边对的干涉检测步骤为:首先将圆弧分段处理，然后对包含圆弧的有向边对进行干涉检测。
[0015]所述对包含圆弧的有向边对的干涉检测中的圆弧分段处理分为三类:
[0016]第一类:由所述的直线和圆弧构成的有向边对，获取圆弧上与直线斜率一致的切点，当存在切点时，则将沿圆弧方向的第一个切点作为分段点对圆弧进行分段；当不存在切点时，则圆弧不进行分段；
[0017]第二类:由所述的凹点和圆弧构成的有向边对，获取凹点和圆弧圆心的连线所在直线与圆弧的相交点，当存在相交点时，则将沿圆弧方向的第一个相交点作为分段点对圆弧进行分段；当不存在相交点时，则圆弧不进行分段；
[0018]第三类:由所述的两个圆弧构成的有向边对，获取两个圆弧的连心线所在直线分别与两个圆弧相交点，当正向边圆弧存在相交点时，则将沿正向边圆弧方向的第一个相交点作为分段点对正向边圆弧进行分段；当正向边圆弧不存在相交点时，则正向边圆弧不进行分段；当负向边圆弧存在相交点时，则将沿负向边圆弧方向的第一个相交点作为分段点对负向边圆弧进行分段；当负向边圆弧不存在相交点时，则负向边圆弧不进行分段。
[0019]所述的凹点称为反射边，凹点偏移后对应一段以凹点为圆心，连接两条相邻偏移边的圆弧。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1.本发明能够在不需要对圆弧离散为微小直线段的情况下，对由直线和圆弧组成且不存在自交点的二维封闭轮廓生成环切轨迹，减少了干涉检测的计算量，提高生成环切轨迹的效率。
[0022]2.本发明在处理圆弧时不需要离散为微小直线段，减少了因直线拟合而带来的拟合误差，提高了所生成轨迹的精度。
[0023]3.本发明的适用对象为直线和圆弧构成的二维封闭轮廓，适用范围更广。
【附图说明】
[0024]图1是本发明基于边等距偏移的环切轨迹生成方法总体流程图
[0025]图2是本发明轮廓方向示意图
[0026]图3是本发明顶点凹凸性示意图
[0027]图4是本发明实施例局部无效区域检测示意图
[0028]图5(a)是本发明实施例外轮廓全局无效区域检测示意图
[0029]图5(b)是本发明实施例包含外轮廓和内轮廓的全局无效区域检测示意图
[0030]图6(a)是本发明直线与直线构成的有向边对示意图
[0031]图6(b)是本发明直线与凹点构成的有向边对示意图
[0032]图6(c)是本发明凹点与凹点构成的有向边对示意图
[0033]图7(a)是本发明圆弧与直线构成的有向边对示意图
[0034]图7(b)是本发明圆弧与凹点构成的有向边对示意图
[0035]图7(c)是本发明圆弧与圆弧构成的有向边对示意图
[0036]图8(a)是本发明有向边被完全干涉示意图
[0037]图8(b)是本发明有向边被反向干涉示意图
[0038]图8(c)是本发明有向边被部分干涉示意图
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0040]本发明一种基于边等距偏移的环切轨迹生成方法，如附图1所示，包括以下步骤:
[0041](I)确定原始封闭轮廓，该原始封闭轮廓由直线和圆弧组成的二维封闭轮廓，且不存在自交点；
[0042](2)如附图2所示，确定由原始封闭轮廓的方向，外轮廓以顺时针为轮廓的方向，内轮廓以逆时针为轮廓的方向；设定生成环切轨迹的偏移半径。
[0043](3)如附图3所示，确定原始封闭轮廓中各顶点的凹凸性并分类存放，同时初始化偏移值等于偏移半径；顶点凹凸性确定包括以下步骤:
[0044](3.1)过顶点1所作其前后两相邻边的端点切向向量T dP T 12；
[0045](3.2)顶点V1处的角度定义为前端点切向的负向量-T ^绕顶点V ^沿逆时针旋转到后端点切向T12所转过的角度值e ;若0° < e < 180°，则顶点为凸点；若180。^ e ^ 360。，则顶点为凹点；
[0046](3.3)用凹点数组记录原始封闭轮廓中的凹点所在位置，用凸点数组记录原始封闭轮廓中的凸点所在位置。
[0047](4)如附图4所示，局