一种三角网格模型的分治加工方法技术

本发明专利技术提供一种三角网格模型的分治加工方法，属于CAM技术领域，其特征在于：选取R半径范围邻域点以精确计算三角面片模型的微分几何信息；以加工子区域的特征表述为生长原则将三角面片模型分割成不同特征的子区域，进行小面积区域和误判区域的优化合并消除过分割现象，对子区域进行边界光顺以减少锯齿状边界；对不同类型加工子区域采用不同的轨迹策略，生成等残留高度轨迹时，对凸子区域与凹子区域采用环切初始轨迹生成方法，对鞍形子区域采用行切初始轨迹生成方法，刀具轨迹投影偏置扩展时，进行子区域边界处轨迹的处理，得到合理完整的子区域加工轨迹。该方法能够由复杂三角面片模型有效地生成兼顾加工效率和加工质量的数控加工刀具轨迹。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，属于CAM
，其特征在于：选取R半径范围邻域点以精确计算三角面片模型的微分几何信息；以加工子区域的特征表述为生长原则将三角面片模型分割成不同特征的子区域，进行小面积区域和误判区域的优化合并消除过分割现象，对子区域进行边界光顺以减少锯齿状边界；对不同类型加工子区域采用不同的轨迹策略，生成等残留高度轨迹时，对凸子区域与凹子区域采用环切初始轨迹生成方法，对鞍形子区域采用行切初始轨迹生成方法，刀具轨迹投影偏置扩展时，进行子区域边界处轨迹的处理，得到合理完整的子区域加工轨迹。该方法能够由复杂三角面片模型有效地生成兼顾加工效率和加工质量的数控加工刀具轨迹。【专利说明】
本专利技术涉及CAM
，尤其涉及。
技术介绍
随着反求工程、快速成形与计算机辅助设计等技术的发展，三角网格模型在近十几年里得到了广泛应用，与其相关的轨迹规划研究和网格分割研究也成为研究热点。从三角网格模型直接生成刀具轨迹，可以避免曲面重构过程精度的损失，也可消除利用3D打印方法加工金属零件对成本及材料的限制。迄今为止，针对参数曲面模型的三轴数控加工刀具轨迹规划研究相对较多；而基于网格模型的数控加工刀具轨迹规划研究还较少，且现有研究基本上是将整个网格模型看成单一特征，采用一种轨迹生成策略生成整个加工表面的刀具加工轨迹。单一轨迹生成策略为了保证加工精度，一般要采用较小的轨迹参数，因此采用分治加工策略来兼顾加工效率和加工质量。所谓三角网格模型的分治加工，即针对复杂三角网格模型不同区域的几何特点，分别采用不同的轨迹生成策略来生成数控加工轨迹，使得在各子区域内的加工轨迹具有相同轨迹类型、在误差允许条件下具有相同或相近的、且尽可能大的轨迹行距和步距，以便达到兼顾加工效率和加工质量的目的。然而，目前三角网格模型分治加工的研究几乎没有深入开展，只有郁萌在其硕士学位论文“复杂三角网格模型数控加工特征提取及刀具轨迹生成研究”中研究了三角网格模型局部干涉特征和狭槽特征的识别分割及其刀具轨迹生成，并没有对三角网格模型的其它特征进行研究。三角网格模型分治加工研究包括两个重要的方面，即三角网格模型的加工子区域分割以及各子区域的轨迹生成。在三角网格模型的分割方面，由于网格模型的复杂性、多样性与分割目的不同，到目前为止还没有一种公认通用的分割准则。根据不同的分割目的，网格模型可以分割成具有几何意义区域、语义意义区域与加工意义区域等，如Wang J等在学术期刊《Computers&Graphics》2011，35 (3), P661-667 发表的学术论文 “Surface feature based mesh segmentation，，、Xiao D 等在学术期刊《Computers&Graphics》2011, 35(3)，P685-691 发表的学术论文“CADmesh model segmentation by clustering”等就是将模型分割为有几何意义区域。但这些分割都不是针对分治加工，因而没有考虑分割子区域的刀具轨迹是否具有相似性的问题。分治加工的另外一个方面是由分割子区域生成有效的刀具轨迹，而刀具轨迹的不同对加工精度和加工效率有重要的影响。目前，针对三角网格模型的刀具轨迹生成方法主要有如黄常标等在学术期刊《机床与液压》2009, 37 (12) P1-4发表的学术论文“三角网格模型等高线刀具轨迹生成研究”中采用的截面线法、陈晓兵等在学术期刊《中国机械工程》2013，24 (08)，P1047-1051发表的学术论文“三角网格曲面等参数线刀轨生成算法”采用的参数化法、以及徐金亭等在学术期刊《机械工程学报》2010，46(11),P193-198发表的学术论文“基于网格曲面模型的等残留刀位轨迹生成方法”和陈晓兵等在学术期刊《计算机辅助设计与图形学学报》.2009, 21 (12)，P1800-1804发表的学术论文“三角网格表面等残留高度刀轨生成算法”等等采用的等残留高度法。截面线法只适用于简单模型，对于复杂的三角网格模型无法生成等残留刀具轨迹；而参数化法是将模型映射到平面后再生成轨迹，然后再逆映射到模型表面，计算过程较为复杂。等残留高度法根据最大允许残留高度直接计算各刀触点行距，能够生成更加精确的加工轨迹。但是目前的等残留高度法研究，主要集中在基于整体模型的刀具轨迹偏置生成方法，都是以模型边界作为初始轨迹，这并不能很好解决分治加工中不同类型子模型轨迹生成问题。综上所述，目前还没有成熟方法来有效实现三角网格模型的分治加工，现有三角网格模型的分割方法、轨迹生成方法等相关技术也都无法直接或有效地应用于实现三角网格模型分治加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，可以将复杂三角网格曲面模型分解为多个子区域，使得各子区域内能采用相同或相似的轨迹，并能够根据子区域特点生成合适的刀具轨迹，最终生成兼顾加工效率和加工质量的加工轨迹。为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了，包括以下几个步骤:(I)读取三角网格模型进入内存，去除冗余顶点，建立基于半边结构的拓扑信息；(2)选取R半径范围邻域点后，采用局部二次曲面拟合法来精确计算三角网格模型的微分几何信息，包括主曲率和主方向；(3)根据三角网格模型的形状与微分几何信息将其分成六类自定义的加工特征子区域，分别为陡壁子区 域、平缓子区域、局部干涉子区域、凹子区域、凸子区域和鞍形子区域；并以最大主曲率和最小主曲率构成平面坐标系来实现所述加工特征子区域的特征表述；(4)采用以所述加工特征子区域的特征表述为生长原则的区域生长法，将三角网格模型分割成不同特征的加工特征子区域；对分割后产生过分割现象，进行小面积区域和误判区域的优化合并处理，消除面积很小的区域和误判的过渡区域；再对呈现出较多锯齿状边界的所述加工特征子区域进行边界光顺；(5)对不同类型加工子区域采用不同的刀具轨迹策略来生成刀具轨迹:陡壁子区域采用等高线切法；平缓子区域采用等行距行切法；凹子区域与凸子区域采用等残留高度环切法；鞍形子区域采用等残留高度行切法；(6)将所述初始刀具轨迹用投影偏置扩展的方法生成整个子区域的加工轨迹，并对所述整个子区域的加工轨迹的边界进行处理，从而得到合理完整的子区域加工轨迹。作为优选:所述的R半径范围邻域点具体是指:以任意面片F的中心点O为起始点，在三角网格模型表面上与所述中心点O的弧线距离小于等于R的所有顶点的集合。作为优选:所述加工特征子区域的特征表述具体是指:以最大主曲率K1为横坐标、最小主曲率K2为纵坐标建立主曲率坐标系,所述主曲率坐标系内由于!^ SK2，所有的坐标点都在直线K1=K2上或其右侧；根据不同情况设定Z轴分量阈值V。、平缓曲率阈值K。、凹区域曲率阈值1(,、凸区域曲率阈值Kn等阈值后，所述六类自定义的加工特征子区域的特征表述具体是:①陡壁子区域:面片法矢的Z轴分量K V。，其中V。为Z轴分量阈值；②平缓子区域=K1与K2的平方和? + O C，其中K。为平缓曲率阈值；③局部干涉子区域=K1X).9KT，其中Kt为球头铣刀顶端的曲率，0.9为避免局部干涉的安全系数；④凹子区域且要求Κ2>Κτ ,或Κ2〈Κτ且K2M^K1，其中Kτ为凹区域曲率阈值；⑤凸子区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角网格模型的分治加工方法，其特征在于：包括以下几个步骤：（1）读取三角网格模型进入内存，去除冗余顶点，建立基于半边结构的拓扑信息；（2）选取R半径范围邻域点后，采用局部二次曲面拟合法来精确计算三角网格模型的微分几何信息，包括主曲率和主方向；（3）根据三角网格模型的形状与微分几何信息将其分成六类自定义的加工特征子区域，分别为陡壁子区域、平缓子区域、局部干涉子区域、凹子区域、凸子区域和鞍形子区域；并以最大主曲率和最小主曲率构成平面坐标系来实现所述加工特征子区域的特征表述；（4）采用以所述加工特征子区域的特征表述为生长原则的区域生长法，将三角网格模型分割成不同特征的加工特征子区域；对分割后产生过分割现象，进行小面积区域和误判区域的优化合并处理，消除面积很小的区域和误判的过渡区域；再对呈现出较多锯齿状边界的所述加工特征子区域进行边界光顺；（5）对不同类型加工子区域采用不同的刀具轨迹策略来生成刀具轨迹：陡壁子区域采用等高线切法；平缓子区域采用等行距行切法；凹子区域与凸子区域采用等残留高度环切法；鞍形子区域采用等残留高度行切法；（6）将所述初始刀具轨迹用投影偏置扩展的方法生成整个子区域的加工轨迹，并对所述整个子区域的加工轨迹的边界进行处理，从而得到合理完整的子区域加工轨迹。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄常标，江开勇，林俊峰，刘斌，林俊义，路平，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35