基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法及装置与流程

本发明涉及数字程序控制，特别涉及一种基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法及装置。

背景技术：

1、在复杂曲面零件的等离子切割加工中，现有的设备通常利用工业视觉扫描工件表面以获取点云数据，并基于点云法向量提取三维静态切割轨迹，随后将该轨迹指令直接下发至多轴数控系统，驱动等离子切割割炬沿既定空间轨迹进行切割。

2、在面对曲率变化剧烈或带有深凹特征的异形工件时，等离子切割割炬在跟随法向量调整姿态的过程中，容易逼近各运动轴的机械极限或陷入运动学奇异区间，且存在与工件发生碰撞干涉的风险。

3、为了规避上述冲突，通常会在作业台中引入旋转夹具带动工件运动以提供冗余自由度。但在切割过程中，工件的实时连续旋转会导致由工业视觉初始点云建立的全局静态坐标系发生偏转。现有的控制系统缺乏针对静态空间轨迹与工件动态旋转的位姿解耦及坐标映射机制，若仍以静态轨迹坐标驱动等离子切割割炬，会导致割炬与工件的实际复合相对运动偏离预期的目标轨迹。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法及装置，以保障动态加工过程中的轨迹映射一致性与连续切割质量。

2、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法，包括：

3、通过工业视觉感知获取待切割曲面工件的全局点云数据，基于所述全局点云数据构建全局静态坐标系，并生成带有法向量信息的初始静态切割轨迹；所述初始静态切割轨迹包括各轨迹点在所述全局静态坐标系下的位置坐标与等离子切割割炬理论姿态角；

4、将所述初始静态切割轨迹输入预设的机床运动学模型进行全局扫描，得到与所述等离子切割割炬理论姿态角对应的轴姿态冲突检测结果；

5、当所述轴姿态冲突检测结果达到预设冲突阈值时，对所述等离子切割割炬理论姿态角进行位姿解耦，分别生成旋转限位夹具的旋转补偿角指令，以及映射至工件实时旋转局部坐标系下的等离子切割割炬相对位移与姿态指令；

6、按照时间同步机制对所述旋转补偿角指令与所述等离子切割割炬相对位移与姿态指令进行多轴协同插补，生成用于驱动机床各轴与所述旋转限位夹具的协同控制程序；所述协同控制程序用于使等离子切割割炬与所述待切割曲面工件的复合相对运动贴合所述初始静态切割轨迹。

7、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于点云数据的曲面等离子切割装置，包括：

8、点云获取与轨迹生成模块，用于通过工业视觉感知获取待切割曲面工件的全局点云数据，基于所述全局点云数据构建全局静态坐标系，并生成带有法向量信息的初始静态切割轨迹；所述初始静态切割轨迹包括各轨迹点在所述全局静态坐标系下的位置坐标与等离子切割割炬理论姿态角；

9、全局扫描与冲突检测模块，用于将所述初始静态切割轨迹输入预设的机床运动学模型进行全局扫描，得到与所述等离子切割割炬理论姿态角对应的轴姿态冲突检测结果；

10、位姿解耦模块，用于当所述轴姿态冲突检测结果达到预设冲突阈值时，对所述等离子切割割炬理论姿态角进行位姿解耦，分别生成旋转限位夹具的旋转补偿角指令，以及映射至工件实时旋转局部坐标系下的等离子切割割炬相对位移与姿态指令；

11、多轴协同插补模块，用于按照时间同步机制对所述旋转补偿角指令与所述等离子切割割炬相对位移与姿态指令进行多轴协同插补，生成用于驱动机床各轴与所述旋转限位夹具的协同控制程序；所述协同控制程序用于使等离子切割割炬与所述待切割曲面工件的复合相对运动贴合所述初始静态切割轨迹。

12、为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电子设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法。

13、本发明针对等离子切割割炬在加工复杂曲面时面临的姿态超限与坐标偏离问题，在依托工业视觉获取全局数据并生成初始静态切割轨迹后，通过预设机床运动学模型对加工路径进行全局扫描，并在触发姿态冲突条件时实施位姿解耦，将原本由等离子切割割炬单独承担的姿态调整量合理分配给旋转限位夹具分担，使得机床各轴避开机械极限、奇异区间及物理干涉；同时，将等离子切割割炬的控制指令动态映射至工件实时旋转局部坐标系中，结合时间同步机制对机床轴与旋转限位夹具进行多轴协同插补，使得在工件连续旋转的实际切割作业中，等离子切割割炬与工件的复合相对运动能够重合于由工业视觉数据构建的原始静态空间曲线，保障了动态加工过程中的轨迹映射一致性与连续切割质量。

1.一种基于点云数据的曲面等离子切割轨迹生成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过工业视觉感知获取待切割曲面工件的全局点云数据，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述全局点云数据构建全局静态坐标系，并生成带有法向量信息的初始静态切割轨迹，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到与所述等离子切割割炬理论姿态角对应的轴姿态冲突检测结果，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述等离子切割割炬理论姿态角进行位姿解耦，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述映射至工件实时旋转局部坐标系下的等离子切割割炬相对位移与姿态指令，包括：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋转补偿角指令按照使所述机床各轴位姿参数远离所述预设轴限区间且无碰撞干涉的分配目标确定，具体包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照时间同步机制对所述旋转补偿角指令与所述等离子切割割炬相对位移与姿态指令进行多轴协同插补，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在所述协同控制程序驱动机床执行切割的过程中，还包括：

10.一种基于点云数据的曲面等离子切割装置，其特征在于，包括：