基于动态界面追踪技术的拓扑自适应刀路生成方法研究

基于球头刀刀位面进行轨迹规划便于更好地控制刀路质量，但刀位面的生成存在等距计算和消除曲面自相交等难题。目前，即使是在图形学领域，自由曲面无干涉等距问题也未得到系统解决。本申请项目拟将动态界面追踪方法Level Set引入到自由曲面的等距刀位面计算中，利用Level Set方法在界面计算时良好的拓扑自适应性，解决曲面等距后的自相交问题，并基于该无干涉刀位面进行高质量轨迹规划。.本项目将重点研究Level Set应用于静态问题时的移植机制，解决该方法在开放式自由曲面等距求解中出现的特殊问题。研究内容包括：研究Level Set在解决等距刀位面求解的静态问题时的实现机制；解决零件自由曲面演化中存在的初始化和不封闭问题；跟踪求解过程，设计高精高效的等距面求解方案；基于隐式的等距刀位面，研究三轴球头刀高质量刀具路径生成策略。.本项目的实施也可为其他领域无干涉等距面的精确求解提供技术借鉴。

曲面加工在航空航天、汽车、模具等行业的需求日益广泛。然而，加工干涉是曲面加工中面临的关键问题，干涉情况的复杂性和多样性是造成当前曲面刀路生成技术缺乏通用模型的首要因素，也使得干涉检查和规避技术成为刀路轨迹生成技术的核心内容。球头刀铣削加工是曲面加工重要和经济的方式之一，基于球头刀刀位面进行轨迹规划便于更好地控制刀路质量，但刀位面的生成存在等距计算和消除曲面自相交等难题。.本项目面向曲面加工无干涉刀路生成，引入 Level Set 动态界面追踪机制解决静态的自由曲面等距自相交问题，将曲面等距问题可以看成是原始曲面上各点以恒定速度沿曲面法向推进一定时间后形成的新界面，建立动态界面追踪技术在解决静态问题时的实现机制；进而，提出了基于双等距面（刀位面、等残高面）进行曲面高质量加工的轨迹规划策略，以 Level Set 方法生成的等距曲面为特殊背景，充分利用演化过程计算资源，获得等距残高面，以辅助刀具路径有效生成；提出了面向多轴加工的无干涉可行域整体解析表达方法，针对在偏置曲面上规划刀路的方法难以推广到环形刀的局限性，采用离散曲面计算刀具姿角可行域，再通过高维拟合进行全域解析表达的方式，实现了面向多轴加工的无干涉可行域整体计算。.本项目研究工作成果中利用Level Set方法进行等距刀位面的求解思路也可为其他领域无干涉等距面的精确求解提供技术借鉴；曲面无干涉可行域整体解析表达方法的实现，避免了传统方法在干涉问题上的校验加修正反复试凑所带来的计算量大、不收敛等问题，有利于刀路规划的整体优化。.项目研究工作过程发表SCI/EI刊源论文9篇，授权发明专利1项，系列论文获得2012年浙江省自然科学学术奖二等奖。