一种新型小线段拟合方法与流程

本发明涉及自动化加工轨迹规划，尤其涉及一种新型小线段拟合方法。

背景技术：

1、当前数控切割的轨迹一般由小线段组成，这些小线段由样条或圆弧离散而成，且离散之后的小线段数据量较大，轨迹不光滑，若加减速频繁，则容易引起机床震动，从而降低加工效率。传统的方案通常使用圆弧拟合小线段以光滑轨迹，但是常用的拟合方法较为繁琐，不能快速查找当前符合条件的小线段范围。

2、因此，亟需一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种新型小线段拟合方法，以解决现有技术使用圆弧拟合小线段以光滑轨迹存在的拟合方法较为繁琐，以及不能快速查找当前符合条件的小线段范围的技术问题。

2、上述目的是通过以下技术方案来实现：

3、一种新型小线段拟合方法，包括：

4、步骤(1)从待拟合的图形数据中提取满足圆弧或是样条特征的小线段；

5、步骤(2)将符合条件的小线段进行圆弧拟合与圆弧计算，获取圆弧数据；其中，所述圆弧拟合通过区间迭代拟合算法实现，所述圆弧计算通过拟合误差计算方法实现。

6、进一步地，所述步骤(1)具体包括：

7、步骤(1-1)输入待拟合的图形数据；

8、步骤(1-2)判断数据的起始序号是否等于终止序号；若是，则输出起始序号与终止序号并结束；若否，则进入步骤(1-3)；

9、步骤(1-3)计算夹角并判断夹角是否小于等于最大角度；若是，则从当前位置开始查找，并输出起始序号与终止序号，然后进入步骤(1-2)；若否，则判断夹角是否大于等于最小角度；若是，则从当前位置开始查找，并输出起始序号与终止序号，然后进入步骤(1-2)；若否，则进入步骤(1-4)；

10、步骤(1-4)计算线段长度并判断是否小于等于最大长度；若是，则从当前位置开始查找，并输出起始序号与终止序号，然后进入步骤(1-2)；若否，则判断夹角是否小于等于最大角度和；若是，则从当前位置开始查找，并输出起始序号与终止序号，然后进入步骤(1-2)；若否，进入步骤(1-5)；

11、步骤(1-5)判断当前曲线是否为圆弧；若是，则从下个位置开始查找，并输出起始序号与终止序号，然后进入步骤(1-2)；若否，进入步骤(1-6)；

12、步骤(1-6)确认当前序号是否为最后一行；若否，则进入步骤(1-2)；若是，则输出起始序号与终止序号并结束。

13、进一步地，步骤(2)中所述圆弧拟合通过区间迭代拟合算法实现，具体包括：

14、步骤(2-1)判断当前数据的起始序号与终止序号是否相同；若是，则输出直线并结束；若否，则向后查找复位，并进入步骤(2-2)；

15、步骤(2-2)圆弧计算，并进入步骤(2-3)；

16、步骤(2-3)判断三点是否共线；若否，则进入步骤(2-4)；若是，则再判断拟合小线段数是否小于2；若否，则分段数加1并进入步骤(2-2)；若是，则拟合为直线并输出，调整起始序号为下一段序号并进入步骤(2-1)；

17、步骤(2-4)判断圆弧误差是否满足误差阈值，若是，则进入步骤(2-41)；若否，则进入步骤(2-42)：

18、步骤(2-41)判断是否向后查找置位，若是，则确认上边界为上一次拟合失败的序号，将分段数加1，并进入步骤(2-2)；若否，则确认上边界为当前拟合段的最后一个点的序号，将分段数加1，并进入步骤(2-2)；

19、步骤(2-42)判断当前段是否有可拟合点，若有，则进入步骤(2-43)；若否，则进入步骤(2-44)；

20、步骤(2-43)判断是否向后查找置位；若是，则确认上边界为上一次拟合失败的序号，将查找的可拟合段二分，并进入步骤(2-2)；若否，则向后查找置位，确认上边界为上一次拟合失败的序号，将查找的可拟合段二分，并进入步骤(2-2)；

21、步骤(2-44)输出圆弧参数，并向后查找复位，调整起始序号为下一段序号并进入步骤(2-1)。

22、进一步地，所述步骤(2-2)中所述圆弧计算包括：构造最小二乘圆弧拟合的模型，使用拉格朗日求解极值的方法对求解的变量求偏导，添加端点限制，构造求解系数矩阵，利用高斯消元求解系数矩阵，并判断矩阵是否无解；

23、若是，则启用三点圆弧计算；

24、若否，则输出圆弧数据并结束。

25、进一步地，所述三点圆弧计算具体为：取数据中间序号计算三点圆弧，并判断是否三点共线；

26、若是，则输出共线标志并结束；

27、若否，则输出圆弧数据并结束。

28、进一步地，所述取数据中间序号计算三点圆弧，并判断是否三点共线，具体为：查找数据的中间点序号，计算起点指向中点向量与中点指向终点向量的叉积，若叉积接近0，则三点共线。

29、有益效果

30、本发明所提供的一种新型小线段拟合方法，利用最小二乘和三点圆弧相结合的方法拟合圆弧，通过整体分段拟合，并结合向后迭代查找待拟合区间可拟合点，提高拟合效率。本方案能有效解决原始轨迹不光滑且数据量庞大的问题，并提高加工效率。

技术特征：

1.一种新型小线段拟合方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种新型小线段拟合方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种新型小线段拟合方法，其特征在于，步骤(2)中所述圆弧拟合通过区间迭代拟合算法实现，具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种新型小线段拟合方法，其特征在于，所述步骤(2-2)中所述圆弧计算包括：构造最小二乘圆弧拟合的模型，使用拉格朗日求解极值的方法对求解的变量求偏导，添加端点限制，构造求解系数矩阵，利用高斯消元求解系数矩阵，并判断矩阵是否无解；

5.根据权利要求4所述的一种新型小线段拟合方法，其特征在于，所述三点圆弧计算具体为：取数据中间序号计算三点圆弧，并判断是否三点共线；

6.根据权利要求5所述的一种新型小线段拟合方法，其特征在于，所述取数据中间序号计算三点圆弧，并判断是否三点共线，具体为：查找数据的中间点序号，计算起点指向中点向量与中点指向终点向量的叉积，若叉积接近0，则三点共线。

技术总结
本发明涉及自动化加工轨迹规划技术领域，具体是一种新型小线段拟合方法，包括步骤(1)从待拟合的图形数据中提取满足圆弧或是样条特征的小线段；步骤(2)将符合条件的小线段进行圆弧拟合与圆弧计算，获取圆弧数据；其中，所述圆弧拟合通过区间迭代拟合算法实现，所述圆弧计算通过拟合误差计算方法实现。利用最小二乘和三点圆弧相结合的方法拟合圆弧，通过整体分段拟合，并结合向后迭代查找待拟合区间可拟合点，提高拟合效率。本方案能有效解决原始轨迹不光滑且数据量庞大的问题，并提高加工效率。

技术研发人员：刘宇,陈利敏,魏旭东
受保护的技术使用者：无锡信捷电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24