本發(fā)明涉及船舶外板自動(dòng)化加工和信息處理領(lǐng)域，特別涉及一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3維到5維的轉(zhuǎn)換，等同于不定方程的求解，可得到無窮多個(gè)解。彎板機(jī)器人加工過程中需要保證加工軌跡各點(diǎn)的加熱量相同，外板才能達(dá)到較好的成形加工效果。對(duì)于彎板機(jī)器人，除了負(fù)責(zé)控制火槍在空間坐標(biāo)軸(X，Y，Z)上移動(dòng)，還要控制火槍分別繞X軸和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，控制量是5維的坐標(biāo)(X，Y，Z，RX，RZ)。這時(shí)就需要將3維的加工軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)檢測板的火工彎板加工。因此，如何在無窮多個(gè)解中找到一個(gè)能保證加工效果的解是目前存在的技術(shù)難點(diǎn)。

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，需要根據(jù)火槍和外板的位置以及加工軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)量操作，以確定加工加熱過程中的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)量操作大都是人工完成。對(duì)于大量的加工軌跡數(shù)據(jù)，技術(shù)人員計(jì)量完一條加工的控制量，然后再根據(jù)火槍新的位置進(jìn)行重復(fù)計(jì)量。對(duì)于3維到5維的轉(zhuǎn)換，在不定方程的無窮多個(gè)解中找到一個(gè)適合的解這類計(jì)量操作是非常復(fù)雜的，這就需要技術(shù)人員的耐心和注意力，操作稍有不當(dāng)就會(huì)造成結(jié)果一致性差，效率降低。因此，如何在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)計(jì)量操作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量操作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略取代人工的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)量操作，避免了人工操作不當(dāng)造成的計(jì)量結(jié)果一致性差的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，包括：

對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合；

獲取輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換得到在擬合后的曲面方程上的三維坐標(biāo)；

根據(jù)所述三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量；

根據(jù)所述三維坐標(biāo)以及所述法向量計(jì)算得到5軸位移量；

根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及所述5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度。

可選的，對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合，包括：

將掃描系統(tǒng)處理后得到的目標(biāo)曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

利用所述空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立線性方程組來確定曲面方程；

利用矩陣運(yùn)算求解所述線性方程組，得到所述曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

可選的，根據(jù)所述三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量，包括：

對(duì)所述三維坐標(biāo)進(jìn)行曲面擬合得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量，并將所述法向量進(jìn)行歸一化處理得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的單位法向量。

可選的，根據(jù)所述三維坐標(biāo)以及所述法向量計(jì)算得到5軸位移量，包括：

根據(jù)所述單位法向量逆推出RX軸和RZ軸的位移量(P_rx,P_rz)；

根據(jù)所述三維坐標(biāo)逆推出X軸、Y軸、Z軸的位移量(P_x,P_y,P_z)；

利用RX軸和RZ軸的位移量以及X軸、Y軸、Z軸的位移量，得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)。

可選的，根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及所述5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度，包括：

將加工軌跡(ΔP_xi,ΔP_yi,ΔP_zi,ΔP_rxi,ΔP_ryi)分割成N條曲線段Δd_i，并確定每條曲線段的運(yùn)行時(shí)間Δt_i；

利用所述Δd_i以及所述Δt_i，計(jì)算5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度(v_xi,v_yi,v_zi,v_rxi,v_rzi)以及加速度(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

本發(fā)明還提供一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括：

擬合模塊，用于對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合；

三維坐標(biāo)獲取模塊，用于獲取輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換得到在擬合后的曲面方程上的三維坐標(biāo)；

法向量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量；

5軸位移量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述三維坐標(biāo)以及所述法向量計(jì)算得到5軸位移量；

5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及所述5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度。

可選的，所述擬合模塊，包括：

坐標(biāo)篩選單元，用于將掃描系統(tǒng)處理后得到的目標(biāo)曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

曲面方程確定單元，用于利用所述空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立線性方程組來確定曲面方程；

曲面方程參數(shù)求解單元，用于利用矩陣運(yùn)算求解所述線性方程組，得到所述曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

可選的，所述法向量計(jì)算模塊具體為對(duì)所述三維坐標(biāo)進(jìn)行曲面擬合得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量，并將所述法向量進(jìn)行歸一化處理得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的單位法向量的模塊。

可選的，所述5軸位移量計(jì)算模塊，包括：

第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述單位法向量逆推出RX軸和RZ軸的位移量(P_rx,P_rz)；

第二計(jì)算單元，用于根據(jù)所述三維坐標(biāo)逆推出X軸、Y軸、Z軸的位移量(P_x,P_y,P_z)；

5軸位移量單元，用于利用RX軸和RZ軸的位移量以及X軸、Y軸、Z軸的位移量，得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)。

可選的，所述5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，包括：

分割單元，用于將加工軌跡(ΔP_xi,ΔP_yi,ΔP_zi,ΔP_rxi,ΔP_ryi)分割成N條曲線段Δd_i，并確定每條曲線段的運(yùn)行時(shí)間Δt_i；

5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，用于利用所述Δd_i以及所述Δt_i，計(jì)算5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度(v_xi,v_yi,v_zi,v_rxi,v_rzi)以及加速度(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

本發(fā)明所提供的一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，包括：對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合；獲取輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換得到在擬合后的曲面方程上的三維坐標(biāo)；根據(jù)三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量；根據(jù)三維坐標(biāo)以及法向量計(jì)算得到5軸位移量；根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度；

可見，該方法利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量操作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略取代人工的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)量操作，不僅提高了計(jì)算效率，同時(shí)也避免了人工操作不當(dāng)造成的計(jì)量結(jié)果一致性差的問題。本發(fā)明還提供了一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有上述有益效果，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略流程圖示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的龍門式5軸聯(lián)動(dòng)水火彎板機(jī)器人作為研究對(duì)象的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的曲面擬合以及加工軌跡示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的X、Y、Z軸的位移量曲線示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的RX、RZ軸的位移量曲線示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量操作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略取代人工的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)量操作，避免了人工操作不當(dāng)造成的計(jì)量結(jié)果一致性差的問題。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為了解決將3維加工軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)這個(gè)問題，本實(shí)施例提出一種3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換策略。即通過分析加工軌跡數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)之間的關(guān)系以及它們各自的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況找到運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)關(guān)于加工軌跡數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具體請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的流程圖；該方法可以包括：

S100、對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合；

具體的，讀取曲面數(shù)據(jù)，通過單位換算、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。利用空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過建立線性方程組來確定曲面方程的表達(dá)式；然后利用矩陣運(yùn)算求解線性方程組得到曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

優(yōu)選的，對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合可以包括：

將掃描系統(tǒng)處理后得到的目標(biāo)曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

利用空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立線性方程組來確定曲面方程；

利用矩陣運(yùn)算求解線性方程組，得到曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

具體的，利用曲面數(shù)據(jù)通過參數(shù)轉(zhuǎn)換求解獲得與實(shí)際空間坐標(biāo)系相符的曲面方程。即掃描系統(tǒng)處理后得到的目標(biāo)曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。曲面參數(shù)方程擬合的主要操作就是對(duì)這些數(shù)據(jù)建立線性方程組；確定曲面方程的表達(dá)式；最后通過線性方程組求解得到曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

S110、獲取輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換得到在擬合后的曲面方程上的三維坐標(biāo)；

具體的，根據(jù)輸入加工軌跡數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到與曲面擬合的3維軌跡數(shù)據(jù)(x_i,y_i,z_i)。

S120、根據(jù)三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量；

其中，為了便于后續(xù)計(jì)算，這里的法向量可以是單位法向量。即通過曲面擬合和歸一化處理得到加工軌跡各點(diǎn)的法向量可選的，對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行曲面擬合得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量，并將法向量進(jìn)行歸一化處理得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的單位法向量。

具體的，以水火彎板自動(dòng)化加工過程為例，根據(jù)彎板機(jī)器人數(shù)學(xué)模型以及輸入的加工坐標(biāo)(x_i,y_i,z_i)通過計(jì)算得到加工軌跡各點(diǎn)的法向量其主要操作是對(duì)加工坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行曲面擬合得到法向量，然后歸一化處理得到加工軌跡各點(diǎn)的單位法向量

S130、根據(jù)三維坐標(biāo)以及法向量計(jì)算得到5軸位移量；

具體的，根據(jù)逆推RX和RZ，根據(jù)移動(dòng)物體(如火槍頭末端)的起始位置推算X、Y、Z軸的位移量，最后得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)。即根據(jù)單位法向量逆推出RX軸和RZ軸的位移量(P_rx,P_rz)；根據(jù)三維坐標(biāo)逆推出X軸、Y軸、Z軸的位移量(P_x,P_y,P_z)；利用RX軸和RZ軸的位移量以及X軸、Y軸、Z軸的位移量，得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)。

具體的，5軸位移量計(jì)算目的是利用加工軌跡的三維坐標(biāo)和法向量通過計(jì)算得到5軸位移量。以水火彎板自動(dòng)化加工過程為例，要實(shí)現(xiàn)火槍頭與鋼板曲面垂直，則火槍在軌跡各點(diǎn)上的指向與軌跡點(diǎn)上的法向量相等，即5軸位移量計(jì)算的主要操作是根據(jù)給定的法向量逆推RX和RZ軸的位移量；根據(jù)火槍頭末端的起始位置推算X、Y、Z軸的位移量。最后得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)，其中P_x、P_y、P_z、P_rx和P_rz分別為X、Y、Z、RX和RZ軸上的位移量。

S140、根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度。

其中，該步驟通過計(jì)算得到5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度，進(jìn)一步加速度可以通過移動(dòng)速度計(jì)算得到，最終得到5軸控制量(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

可選的，根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度可以包括：

將加工軌跡(ΔP_xi,ΔP_yi,ΔP_zi,ΔP_rxi,ΔP_ryi)分割成N條曲線段Δd_i，并確定每條曲線段的運(yùn)行時(shí)間Δt_i；

利用Δd_i以及Δt_i，計(jì)算5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度(v_xi,v_yi,v_zi,v_rxi,v_rzi)以及加速度(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

具體的，根據(jù)兩控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間和5軸位移量計(jì)算五軸各點(diǎn)速度及加速度。采用微積分思想，將加工軌跡(ΔP_xi,ΔP_yi,ΔP_zi,ΔP_rxi,ΔP_ryi)分割成N條非常短的曲線段Δd_i，每條曲線段都可看作是一條直線。可以在每條曲線段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt_i進(jìn)行近似化，從而獲得5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度(v_xi,v_yi,v_zi,v_rxi,v_rzi)，這里的加速度(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)可以通過移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間計(jì)算得到。5軸速度量計(jì)算主要操作是計(jì)算兩控制點(diǎn)之間的距離、各軸在控制點(diǎn)處的速度以及各點(diǎn)之間的加速度。

即本實(shí)施例中3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法相比，本實(shí)施例在提高了數(shù)據(jù)處理效率，操作靈活，可以根據(jù)需要自行設(shè)置線速度，并且適用性更強(qiáng)。

進(jìn)一步本實(shí)施例在得到5軸控制量(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)后，還可以進(jìn)一步判斷是否有輸入數(shù)據(jù)(即下一條加工的數(shù)據(jù)讀入)，若有則重復(fù)上述過程獲取5軸控制量(即5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù))；否則，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略結(jié)束(即3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法結(jié)束)。

本實(shí)施例可以應(yīng)用于水火彎板自動(dòng)化加工過程中，是運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)對(duì)收集到的加工軌跡數(shù)據(jù)的處理方法。

請參考圖2至圖6，具體以水火彎板自動(dòng)化加工過程(具體以龍門式5軸聯(lián)動(dòng)水火彎板機(jī)器人作為研究對(duì)象)為例說明上述過程：其中，圖2為主流程，圖3所示的龍門式5軸聯(lián)動(dòng)水火彎板機(jī)器人作為研究對(duì)象，并且以實(shí)際的數(shù)據(jù)仿真進(jìn)行圖示和文字說明。運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)得到的3維加工軌跡數(shù)據(jù)主要通過4個(gè)過程：曲面參數(shù)方程擬合、軌跡各點(diǎn)法向量計(jì)算、5軸位移量計(jì)算和5軸速度量計(jì)算。具體如下：

步驟一：讀取曲面數(shù)據(jù)，通過單位換算、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

步驟二：進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合，首先通過建立線性方程組來確定曲面方程的表達(dá)式；然后利用矩陣運(yùn)算求解線性方程組得到曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

步驟三：輸入加工軌跡數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到與曲面擬合的3維軌跡數(shù)據(jù)(x_i,y_i,z_i)。

步驟四：進(jìn)行軌跡各點(diǎn)法向量計(jì)算，通過曲面擬合和歸一化處理得到加工軌跡各點(diǎn)的法向量經(jīng)過步驟三和四后得到一條加工軌跡如說明書附圖中的圖4所示。

步驟五：進(jìn)行5軸位移量計(jì)算，根據(jù)逆推RX和RZ，根據(jù)火槍頭末端的起始位置推算X、Y、Z軸的位移量，假設(shè)火槍頭末端起始位置為(0,0,L)，最后得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)如圖5和圖6所示。

步驟六：進(jìn)行5軸速度量計(jì)算，假設(shè)目標(biāo)線速度為10mm/s，對(duì)火槍在每條曲線段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行近似化，通過計(jì)算得到5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度，加速度可以通過移動(dòng)速度計(jì)算得到，最終得到5軸控制量(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

步驟七：輸出5軸控制量(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)，若還有輸入數(shù)據(jù)(即下一條加工的數(shù)據(jù)讀入)，重復(fù)步驟三到步驟七的操作；否則，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略結(jié)束。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，可以解決3維到5維的轉(zhuǎn)換具有無窮多個(gè)解的問題。具體通過對(duì)加工曲面進(jìn)行參數(shù)方程擬合；然后對(duì)輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算曲面上的三維坐標(biāo)，并計(jì)算軌跡各點(diǎn)的法向量；利用加工軌跡的三維坐標(biāo)和法向量通過計(jì)算得到5軸位移量；最后根據(jù)兩控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間和5軸位移量計(jì)算五軸各點(diǎn)速度及加速度?？梢栽谟?jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量操作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略取代人工的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)量操作，避免了人工操作不當(dāng)造成的計(jì)量結(jié)果一致性差，同時(shí)提高了轉(zhuǎn)換效率。

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行介紹，下文描述的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與上文描述的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法可相互對(duì)應(yīng)參照。

請參考圖7，圖7為本發(fā)明實(shí)施例所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；該系統(tǒng)可以包括：

擬合模塊100，用于對(duì)加工曲面進(jìn)行曲面參數(shù)方程擬合；

三維坐標(biāo)獲取模塊200，用于獲取輸入的加工軌跡數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換得到在擬合后的曲面方程上的三維坐標(biāo)；

法向量計(jì)算模塊300，用于根據(jù)三維坐標(biāo)，利用曲面擬合計(jì)算加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量；

5軸位移量計(jì)算模塊400，用于根據(jù)三維坐標(biāo)以及法向量計(jì)算得到5軸位移量；

5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算模塊500，用于根據(jù)兩量控制點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間以及5軸位移量，計(jì)算5軸各軌跡點(diǎn)的速度及加速度。

基于上述實(shí)施例，擬合模塊100可以包括：

坐標(biāo)篩選單元，用于將掃描系統(tǒng)處理后得到的目標(biāo)曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到符合條件的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

曲面方程確定單元，用于利用空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立線性方程組來確定曲面方程；

曲面方程參數(shù)求解單元，用于利用矩陣運(yùn)算求解線性方程組，得到曲面方程的各個(gè)參數(shù)。

基于上述實(shí)施例，法向量計(jì)算模塊300具體為對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行曲面擬合得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的法向量，并將法向量進(jìn)行歸一化處理得到加工軌跡中各軌跡點(diǎn)的單位法向量的模塊。

基于上述實(shí)施例，5軸位移量計(jì)算模塊400可以包括：

第一計(jì)算單元，用于根據(jù)單位法向量逆推出RX軸和RZ軸的位移量(P_rx,P_rz)；

第二計(jì)算單元，用于根據(jù)三維坐標(biāo)逆推出X軸、Y軸、Z軸的位移量(P_x,P_y,P_z)；

5軸位移量單元，用于利用RX軸和RZ軸的位移量以及X軸、Y軸、Z軸的位移量，得到5軸位移量(P_x,P_y,P_z,P_rx,P_rz)。

基于上述實(shí)施例，5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算模塊500可以包括：

分割單元，用于將加工軌跡(ΔP_xi,ΔP_yi,ΔP_zi,ΔP_rxi,ΔP_ryi)分割成N條曲線段Δd_i，并確定每條曲線段的運(yùn)行時(shí)間Δt_i；

5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，用于利用Δd_i以及Δt_i，計(jì)算5個(gè)軸在每條曲線段內(nèi)的移動(dòng)速度(v_xi,v_yi,v_zi,v_rxi,v_rzi)以及加速度(a_xi,a_yi,a_zi,a_rxi,a_rzi)。

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行介紹，下文描述的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與上文描述的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法可相互對(duì)應(yīng)參照。

說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的3維加工軌跡到5軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。