本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料成型制造，尤其涉及一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、碳纖維鋪放是一種將連續(xù)纖維按照特定的路徑和角度進(jìn)行疊放，然后一般通過樹脂固化形成復(fù)合材料的工藝。這種工藝可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的零件制造，且具有優(yōu)異的強(qiáng)度和剛度。

2、軌跡規(guī)劃技術(shù)是碳纖維鋪放的關(guān)鍵技術(shù)，其主要作用是根據(jù)設(shè)計(jì)的鋪放方向，生成鋪放軌跡，同時(shí)盡可能的減少重疊、間隙、褶皺等瑕疵?，F(xiàn)階段對于簡單構(gòu)件，多采用完全定角度、等距偏置等算法，然而在不規(guī)則的曲面、或者有特殊角度要求的曲面上，這些算法常常產(chǎn)生間隙重疊過大、加工褶皺、與預(yù)定角度偏差較大的缺點(diǎn)，無法滿足要求。

3、現(xiàn)有的鋪放軌跡規(guī)劃方法并不能完全解決在有嚴(yán)格角度要求時(shí)或曲面較為復(fù)雜時(shí)的軌跡規(guī)劃問題。如在規(guī)劃鋪絲軌跡時(shí)需要投影，然而很多(如回轉(zhuǎn)曲面)曲面無法進(jìn)行投影，其具體的規(guī)劃方法仍采用傳統(tǒng)固定角或測地線算法；同時(shí)，其密鋪方法僅采用變換帶寬的方法，沒有利用鋪絲的動(dòng)態(tài)增減，在曲面角度要求復(fù)雜時(shí)無法滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法及裝置，以解決現(xiàn)有鋪絲軌跡規(guī)劃方法無法滿足對有嚴(yán)格角度要求時(shí)或曲面較為復(fù)雜時(shí)的軌跡規(guī)劃要求，容易出現(xiàn)間隙重疊過大、加工褶皺以及與預(yù)定角度偏差較大的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，包括：

3、獲取待鋪絲工件的三維曲面模型，通過設(shè)置若干條引導(dǎo)線，將所述三維曲面模型的鋪放曲面分割為若干個(gè)區(qū)域；

4、確定每個(gè)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線為當(dāng)前軌跡，對當(dāng)前軌跡進(jìn)行等距偏置，判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求，若滿足，則確定新軌跡為當(dāng)前軌跡，否則，根據(jù)期望鋪放方向?qū)π萝壽E進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整，確定調(diào)整后的新軌跡為當(dāng)前軌跡；

5、在所述等距偏置過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)該區(qū)域的邊界或下一條引導(dǎo)線時(shí)停止，根據(jù)得到的所有當(dāng)前軌跡，完成待鋪絲工件軌跡規(guī)劃。

6、優(yōu)選地，在所述獲取的三維曲面模型的鋪放曲面上，設(shè)置的用于標(biāo)記鋪放區(qū)域和/或開窗區(qū)域的閉合曲線；

7、其中，所述邊界為：所述鋪放區(qū)域的閉合曲線。

8、優(yōu)選地，所述通過設(shè)置若干條引導(dǎo)線，將所述三維曲面模型的鋪放曲面分割為若干個(gè)區(qū)域的方法，包括：

9、每個(gè)所述區(qū)域最多與兩條所述引導(dǎo)線相鄰，最少與一條所述引導(dǎo)線相鄰，且所述引導(dǎo)線之間不存在交叉。

10、優(yōu)選地，所述判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求的方法，包括：

11、判斷所述待鋪絲工件是否具有確定的軸線，若為是，則所述軸線方向在該新軌跡上任意一點(diǎn)的投影，為所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向；

12、若為否，則根據(jù)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線確定所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向。

13、優(yōu)選地，所述根據(jù)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線確定所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向的方法，包括：

14、若所述區(qū)域內(nèi)與一條引導(dǎo)線相鄰，則：

15、確定所述新軌跡上任意一點(diǎn)p1到達(dá)引導(dǎo)線距離最近時(shí)對應(yīng)的引導(dǎo)線上的點(diǎn)p2；

16、確定點(diǎn)p2處的切線方向v1；

17、確定鋪放曲面在點(diǎn)p1處的切平面s；

18、將v1向s投影得到的v2為p1點(diǎn)的期望鋪放方向。

19、優(yōu)選地，所述根據(jù)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線確定所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向的方法，包括：

20、若所述區(qū)域與兩條引導(dǎo)線相鄰，則：

21、確定所述新軌跡上任意一點(diǎn)p1到達(dá)兩條引導(dǎo)線距離最近時(shí)對應(yīng)的引導(dǎo)線上的點(diǎn)p2、p3；

22、確定點(diǎn)p2、p3處的切線方向v1、v2；

23、根據(jù)v1、v2，確定兩條引導(dǎo)線方向的加權(quán)方向v3；

24、將v3向s投影，得到p1點(diǎn)的期望鋪放方向v4；

25、和/或，

26、所述根據(jù)v1、v2，確定兩條引導(dǎo)線方向的加權(quán)方向v3的方法，包括：

27、所述加權(quán)方向v3＝d2*v1+d1*v2；

28、式中：d1為p2到p1點(diǎn)的距離，d2為p3到p1點(diǎn)的距離。

29、優(yōu)選地，判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求的方法，包括：

30、判斷所述新軌跡與對應(yīng)的該區(qū)域的期望鋪放方向之間的夾角是否不超過預(yù)定值，若為是，則所述新軌跡滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求，否則，所述新軌跡不滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求。

31、優(yōu)選地，所述根據(jù)期望鋪放方向?qū)π萝壽E進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整的方法，包括：

32、將所述新軌跡方向調(diào)整為對應(yīng)的期望鋪放方向，同時(shí)調(diào)整該新軌跡與其前一個(gè)當(dāng)前軌跡之間的間距，使兩者之間的重疊率和間隙率達(dá)到最小。

33、優(yōu)選地，所述根據(jù)得到的所有當(dāng)前軌跡，完成待鋪絲工件軌跡規(guī)劃的方法，包括：

34、將得到的所述當(dāng)前軌跡，利用所述閉合曲線分割為鋪放區(qū)域軌跡和非鋪放區(qū)域軌跡；

35、將所述分割后的當(dāng)前軌跡離散為軌跡點(diǎn)，根據(jù)所述軌跡點(diǎn)生成數(shù)控加工代碼。

36、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃裝置，包括：

37、區(qū)域分割單元，用于獲取待鋪絲工件的三維曲面模型，通過設(shè)置若干條引導(dǎo)線，將所述三維曲面模型的鋪放曲面分割為若干個(gè)區(qū)域；

38、軌跡線確定單元，用于確定每個(gè)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線為當(dāng)前軌跡，對當(dāng)前軌跡進(jìn)行等距偏置，判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求，若滿足，則確定新軌跡為當(dāng)前軌跡，否則，根據(jù)期望鋪放方向?qū)π萝壽E進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整，確定調(diào)整后的新軌跡為當(dāng)前軌跡；

39、軌跡規(guī)劃單元，用于在所述等距偏置過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)該區(qū)域的邊界或下一條引導(dǎo)線時(shí)停止，根據(jù)得到的所有當(dāng)前軌跡，完成待鋪絲工件軌跡規(guī)劃。

40、本發(fā)明至少具有如下有益效果：

41、本發(fā)明提出了一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法及裝置，通過設(shè)置引導(dǎo)線進(jìn)行區(qū)域分割，在引導(dǎo)線處規(guī)劃與引導(dǎo)線角度一致的軌跡，在引導(dǎo)線分割的區(qū)域內(nèi)通過增減絲在符合角度要求的前提下進(jìn)行滿鋪放，可以使鋪層角度的設(shè)計(jì)具有很高的自由度，讓規(guī)劃出的軌跡盡量符合設(shè)計(jì)角度，同時(shí)將間隙與重疊控制在較小范圍。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述通過設(shè)置若干條引導(dǎo)線，將所述三維曲面模型的鋪放曲面分割為若干個(gè)區(qū)域的方法，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求的方法，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線確定所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向的方法，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線確定所述新軌跡對應(yīng)的所述期望鋪放方向的方法，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，判斷每次等距偏置后得到的新軌跡是否滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求的方法，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)期望鋪放方向?qū)π萝壽E進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整的方法，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)得到的所有當(dāng)前軌跡，完成待鋪絲工件軌跡規(guī)劃的方法，包括：

10.一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料成型制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜曲面的纖維鋪絲軌跡規(guī)劃方法及裝置。該方法包括：通過設(shè)置若干條引導(dǎo)線將鋪放曲面分割為若干個(gè)區(qū)域；確定每個(gè)區(qū)域內(nèi)的引導(dǎo)線為當(dāng)前軌跡，對當(dāng)前軌跡進(jìn)行等距偏置，若每次等距偏置后得到的新軌跡滿足對應(yīng)的期望鋪放方向要求，則確定新軌跡為當(dāng)前軌跡，否則根據(jù)期望鋪放方向?qū)π萝壽E進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整；在等距偏置過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)該區(qū)域的邊界或下一條引導(dǎo)線時(shí)停止，根據(jù)得到的所有當(dāng)前軌跡，完成待鋪絲工件軌跡規(guī)劃。以解決現(xiàn)有鋪絲軌跡規(guī)劃方法無法滿足對有嚴(yán)格角度要求時(shí)或曲面較為復(fù)雜時(shí)的軌跡規(guī)劃要求，容易出現(xiàn)間隙重疊過大、加工褶皺以及與預(yù)定角度偏差較大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：安東,郭生,劉洪成,楊曉東,張立偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：通用技術(shù)齊齊哈爾二機(jī)床有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19