数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取方法技术

本发明专利技术涉及一种数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其步骤为：建立工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，运用空间解析法快速求出此求交范围内一组相交的三角面片对；利用向量的点乘和叉乘特点，建立矢量判别模型，判断三角面片是否相交，得到相交三角面片对；求解相交三角面片对的交线，利用相邻交线段共端点的特点，结合相交三角面片对法向量与交线的关系，依次求出余下交线，得到交线环。本发明专利技术能有效克服现有算法中运算效率低、误差大、考虑不全面等问题，可以有效的提高运算效率及精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种虚拟数控加工领域，特别是关于一种数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法。
技术介绍
目前，国内在基于SLT模型求取交线环的方法很少，主要有两种求取交线环的方法：(1)通过建立三角形点线面的索引信息，给每个三角形边建立ID编号，通过对三角形进行相交测试，求出所有相交的三角面片的交点，然后再一一提取出交线环的每段交线段，达到提取交线环目的。该算法整体思路较为清晰，但是在三角形相交测试方面并未给出全面具体的方法，且求交过程计算量大，计算较为繁琐，运算效率低。(2)通过建立三角形之间的拓扑关系，利用六元组的方法记录交线段，对每段交线进行六元组的赋值，根据三角面片的相交情况，分别存储记录交线段和交点，运用邻边的特点在存储记录中一一找出所有的交线段，最终提取交线环。该方法只适用于部分STL模型的布尔运算，在三角形相交情况及交线段的求取上并没有给出具体的方法，运算效率及精确度有待提高。在整个交线环的求取过程中，涉及到三角面片的相交判断，已有Tropp、Deviller和Guigue等传统算法。其中算法是其它算法的基础，它从几何角度对命题进行简化，最终简化为两段线段的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：1)建立被加工工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，运用空间解析法快速求出此求交范围内一组相交的三角面片对；2)利用向量的点乘和叉乘特点，建立矢量判别模型，判断三角面片是否相交，得到相交三角面片对；3)求解步骤2)中确定的相交三角面片对的交线，利用相邻交线段共端点的特点，结合相交三角面片对法向量与交线的关系，依次求出余下交线，得到交线环。

【技术特征摘要】
1.一种数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：1)建立被加工工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，运用空间解析法快速求出此求交范围内一组相交的三角面片对；2)利用向量的点乘和叉乘特点，建立矢量判别模型，判断三角面片是否相交，得到相交三角面片对；3)求解步骤2)中确定的相交三角面片对的交线，利用相邻交线段共端点的特点，结合相交三角面片对法向量与交线的关系，依次求出余下交线，得到交线环。2.如权利要求1所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤1)中，快速求出一组相交的三角面片对过程如下：1.1)建立包含被加工工件三角面片的最小包围盒A，包含刀具扫掠体三角面片的最小包围盒B，记包围盒表面指向外部的法向方向为正；1.2)滤除在最小包围盒A外的刀具扫掠体上所有完整的三角面片，保留刀具扫掠体上剩余三角面片，滤除在最小包围盒B外部的工件上所有完整的三角面片，保留工件上剩余三角面片；1.3)更新最小包围盒A、最小包围盒B，循环步骤1.2)，直到剩余的总三角面片数不再增加为止，建立剩余总三角面片的最小包围盒C；1.4)对最小包围盒C进行空间网格划分，划分为若干个边长为d的小正方体，并对这些正方体网格进行编号，坐标轴上以小正方体的一个边长距离为单位进行标记；1.5)记录并存储每个三角面片所占据的空间网格，选取占据有相同空间网格的三角面片进行相交判断，当检测到相交三角面片对时，停止并且记录此相交三角面片对；反之，则工件与刀具扫掠体不相交。3.如权利要求1所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2)中，三角面片对是否相交的精确判断方法如下：2.1)提取拟进行相交判断的两个三角面片T1和T2，设三角面片T1的3个顶点分别为A1、B1和C1，法向量为三角面片T2的3个顶点分别为A2、B2和C2，法向量为设三角面片T1所在平面为π1，三角面片T2所在平面为π2；2.2)分别计算和如果计算结果中三者为同号且不同时为零，则三角面片T1和T2不相交，则结束判断；2.3)如果计算结果为1，且则表示三角面片T1和T2在一个平面，则转化为平面三角面片相交判断问题；2.4)如计算结果不为1，三角面片T1和T2异面，分别判断线段A1B1、B1C1、C1A1和三角面片T2是否相交、线段A2B2、B2C2、C2A2和三角面片T1是否相交，如果以上判断结果均为否，则三角面片T1和T2不相交；反之，则三角面片T1和T2相交，记录参与相交的边，结束判断。4.如权利要求3所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2.3)中，平面三角面片相交判断方法如下：2.3.1)分别判断三个顶点A1、B1和C1是否在三角面片T2内、三个顶点A2、B2和C2是否在三角面片T1内，如果以上判断结果有一个为真，则三角面片T1和T2相交；如果以上判断结果均为否，进入下一步；2.3.2)判断三角面片T2的三顶点是否在三角面片T1每条边A1B1、B1C1、C1A1异侧，三角面片T1的三顶点是否在三角面片T2每条边A2B2、B2C2、C2A2异侧；如果都满足，则三角面片T1、T2相交，否则不相交。5.如权利要求4所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2.3.1)中，判断三个顶点A1、B1和C1是否在三角面片T2内、三个顶点A2、B2和C2是否在三角面片T1内的算法如下：各顶点判断方法相同，根据STL格式三角面片顶点沿指向实体外部法向方向逆时针排列，以三角面片T2的顶点A2为例，判断其是否在三角面片T1内，分别计算和若三个结果均为非正，点A2在三角面片T1内...

【专利技术属性】
技术研发人员：关立文，王立平，戴玉喜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11