一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统，以CAD设计平台为基础，首先基于钣金雕塑的型面曲面，按照型面钢架布置规则，建立设计基准面，使用设计基准面与型面曲面相交获得型面钢架设计特征曲线，对型面钢架特征曲线进行处理，得到特征曲线主曲线，采用插值法将特征曲线转化为多段线，采用曲线偏置方法完成型面钢架的界面设计，采用拉伸建模的方法完成型面钢架实体模型设计；根据型面钢架布置规则，进行型面钢架配合槽的截面图形设计，完成配合槽切除设计，采用虚拟装配的方法进行干涉检查，检查未完成配合槽切除的位置，完成干涉部位处理，最终完成型面钢架设计，能够有效的提高设计速度，大大减轻设计者的设计工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统及设计方法
本专利技术涉及一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统以及设计方法技术，属于智能化、自动化

技术介绍
钣金雕塑建筑总体上可以认为是由三部分组成，第一部分是复杂型面，就是人们看到的雕塑的精美外观；第二部分是复杂型面附着的型面钢架，这一部分既起着造型功能，又有型面曲面加强肋板的作用；第三部分为承重钢架，是雕塑的主要承力部件。在钣金雕塑的设计工作中，型面钢架的设计最为复杂，为了能够保证型面钢架正确配合，以及型面钢架与雕塑型面和承重主结构的安装，型面钢架上需要设计不同规格的槽孔结构，这些结构数量往往很大，因此型面钢架的设计是工作量最大的部分。目前大型钣金雕塑型面钢架的传统设计方式有很大的局限性，完全依赖设计者进行绘图操作，这种设计方式工作效率低，要占用大量的人力资源，设计速度依赖设计人员的熟练程度，而且设计过程中容易出错，严重制约了生产效率。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种钣金雕塑型面钢架的智能化、自动化的设计系统和设计方法方法，设计速度快，工作效率高。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术所涉及的一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统，包括CAD支撑平台、型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块，型面钢架切槽设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块，其中：所述设计系统通过CAD支撑平台，通过型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块完成钣金雕塑型面钢架的设计、装配、检查与工程图输出；所述型面自动分层分块模块利用型面相交线设计与处理模块得到型面特征位置数据，通过曲面裁剪的方式自动完成钣金雕塑型面曲面的分层分块设计；所述型面相交线设计与处理模块完成型面曲面与设计基准面相交线的设计，并通过广度优先遍历算法完成相交线的处理，得到型面相交线的主曲线，采用插值法将曲线转化成为多段线；所述型面钢架建模设计模块利用多段线偏置完成型面钢架界面图形设计，并采用拉伸建模的方式完成型面钢架实体模型设计，对实体模型进行分析，完成型面钢架接头偏差修正，以此为基础，通过对数学模型的计算获得型面钢架槽空的位置信息和形状信息，完成槽孔的截面图形设计并完成切除设计；所述型面钢架自动装配模块将完成设计的型面钢架在三维环境中完成虚拟装配工作；所述型面钢架干涉检查模块在型面钢架装配环境中对型面钢架进行干涉检查，自动检查出未能完配合切槽设计的位置，并输出检查结果；所述型面钢架装配环境裁剪模块完成装配环境下型面钢架的修改设计工作，可以在装配环境下通过简单的草图设计即可完成型面钢架的各种槽孔的裁剪设计工作；所述工程图输出模块以型面钢架切槽设计模块的结果为基础，完成型面钢架的二维加工工程图设计，并完成批量导出。所述型面相交线设计与处理模块根据雕塑型面曲面进行型面钢架特征曲线的设计与处理，包括型面相交线设计子模块、主曲线提取子模块、复杂曲线多段线转换子模块、转换精度分析子模块，其中：所述型面相交线设计子模块，以钣金雕塑型面曲面和型面曲面分层分块结果为基础，通过按照设计规则建立的一系列设计基准面与之相交，求得型面相交线曲线，此结果作为主曲线提取子模块的设计基础；所述主曲线提取子模块，对型面相交线设计子模块的设计结果进行处理，使用广度优先遍历算法对型面相交曲线进行处理，对相交曲线所有组成元素进行遍历搜索，依据钣金雕塑的外形特征，对组成元素进行分析，将无用分支以及孤立图形剔除，保留主曲线作为型面钢架设计特征曲线；所谓复杂曲线多段线转换子模块，将主曲线提取子模块之处理结果，采用插值法，将复杂曲线转换成为由直线段和圆弧段组成的多段线；所谓转换精度分析子模块，将特征曲线转换成为的多段线与原曲线进对比，分析转换产生的误差，并统计出误差最大值，以备转换结果分析。所述型面钢架设计模块以型面特征曲线为基础，完成型面钢架的实体建模设计，型面钢架接头误差修正设计，配合槽切除设计，种钉孔切除设计，端面螺栓孔切除设计，型面钢架分割与刻字设计；包括型面钢架拉伸建模设计子模块、型面钢架接头误差修正与端面螺栓孔设计子模块、型面钢架配合槽与种钉孔设计子模块、型面钢架分割与刻字设计子模块，其中：所述型面钢架实体拉伸建模设计子模块，以特征曲线转换成为的多段线为基础，将之进行偏置处理，完成型面钢架的截面草图设计，通过拉伸建模的方式完成型面钢架的实体建模设计，并输出型面钢架端面数据以用来对端面误差进行修正设计；所述型面钢架接头误差修正与端面螺栓孔设计子模块，以端面数据为设计基础，对产生端面误差的型面钢架自动进行误差修正设计，并依据修正设计结果完成端面连接螺栓孔设计；型面钢架配合槽与种钉孔设计子模块，依据型面钢架的数学模型，计算出型面钢架配合槽与种钉孔的位置数据以及形状主句，完成配合槽与种钉孔的界面草图设计，通过拉伸切除的方法完成型面钢架配合槽与种钉孔设计；所述型面钢架分割与刻字子模块，完成对尺寸较大的型面钢架的分割与刻字设计，将尺寸过大不易进行加工的型面钢架切割成为较小尺寸的型面钢架，并依据型面钢架的位置规则对型面钢架进行编号设计。本专利技术通过xml数据文件和excel文件保存和交换数据。本专利技术所涉及的钣金雕塑型面钢架智能设计方法，包括以下步骤：第一步，钣金雕塑型面曲面导入，在设计系统CAD支撑平台中导入钣金雕塑的型面曲面模型；第二步，依据型面分块设计规则，通过型面分层分块设计模块，将第一步得到的曲面文件分割成为较小的曲面文件集合，并保存设计信息至xml数据文件中；具体步骤如下：(1)建立型面分块设计数学模型以Status{face，edge，vertex}来表示雕塑型面曲面，其中face为其拓扑面对象，edge为其边线对象；vertex为其顶点对象；以S{S1,S2,S3……}表示曲面块集合；以P{P1,P2,P3……}表示基准面集合；(2)建立型面分块设计数学公式曲面块集合S{S1,S2,S3……}为设计目标，钣金雕塑的型面曲面实体Status{face，edge，vertex}，分块边界基准面集合P{P1,P2,P3……}为设计基本要素，约束条件即分块边界基准面为曲面块边界，约束方程式如下：S{S1,S2,S3……}＝(Status，P，C(Status，P))第三步，以第二步完成分割的小曲面文件为设计基础，进行型面相交线设计与处理，并将完成处理的特证曲线输出成为单独的曲线文件；具体步骤如下：(1)建立特征曲线设计数学模型Si{face，edge，vertex}来表示雕塑型面曲面块，其中face为其拓扑面对象，edge为其边线对象；vertex为其顶点对象；以Pc{Pc1,Pc2,Pc3……}表示基准面集合；以Curve{Curve1,Curve2,Curve3……}表示特征曲线集合；特征曲线集合Curve{Curve1,Curve2,Curve3……}为设计目标，雕塑型面曲面块Si{face，edge，vertex}，特征曲线基准面集合Pc{Pc1,Pc2,Pc3……}为设计基本要素，约束条件为雕塑型面曲面块与特征曲线基准面相交，约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统，其特征在于，包括智能设计系统CAD支撑平台、型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块，型面钢架设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块，其中：所述设计系统通过CAD支撑平台，通过型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块完成钣金雕塑型面钢架的设计、装配、检查与工程图输出；所述型面自动分层分块模块利用型面相交线设计与处理模块得到型面特征位置数据，通过曲面裁剪的方式自动完成钣金雕塑型面曲面的分层分块设计；所述型面相交线设计与处理模块完成型面曲面与设计基准面相交线的设计，并通过广度优先遍历算法完成相交线的处理，得到型面相交线的主曲线，采用插值法将曲线转化成为多段线；所述型面钢架设计模块利用多段线偏置完成型面钢架截面图形设计，并采用拉伸建模的方式完成型面钢架实体模型设计，对实体模型进行分析，完成型面钢架接头偏差修正，以此为基础，通过对数学模型的计算获得型面钢架槽孔的位置信息和形状信息，完成槽孔的截面图形设计并完成切除设计；所述型面钢架自动装配模块将完成设计的型面钢架在三维环境中完成虚拟装配工作；所述型面钢架干涉检查模块在型面钢架装配环境中对型面钢架进行干涉检查，自动检查出未能完配合切槽设计的位置，并输出检查结果；所述型面钢架装配环境裁剪模块完成装配环境下型面钢架的修改设计工作，可以在装配环境下通过简单的草图设计即可完成型面钢架的各种槽孔的裁剪设计工作；所述工程图输出模块以型面钢架切槽设计模块的结果为基础，完成型面钢架的二维加工工程图设计，并完成批量导出。...

【技术特征摘要】
1.一种钣金雕塑型面钢架的智能设计系统，其特征在于，包括智能设计系统CAD支撑平台、型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块，型面钢架设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块，其中：所述设计系统通过CAD支撑平台，通过型面曲面分层分块模块，型面相交线设计与处理模块、型面钢架建模设计模块、型面钢架自动装配模块、型面钢架干涉检查模块、型面钢架装配环境裁剪模块、工程图输出模块完成钣金雕塑型面钢架的设计、装配、检查与工程图输出；所述型面自动分层分块模块利用型面相交线设计与处理模块得到型面特征位置数据，通过曲面裁剪的方式自动完成钣金雕塑型面曲面的分层分块设计；所述型面相交线设计与处理模块完成型面曲面与设计基准面相交线的设计，并通过广度优先遍历算法完成相交线的处理，得到型面相交线的主曲线，采用插值法将曲线转化成为多段线；所述型面钢架设计模块利用多段线偏置完成型面钢架截面图形设计，并采用拉伸建模的方式完成型面钢架实体模型设计，对实体模型进行分析，完成型面钢架接头偏差修正，以此为基础，通过对数学模型的计算获得型面钢架槽孔的位置信息和形状信息，完成槽孔的截面图形设计并完成切除设计；所述型面钢架自动装配模块将完成设计的型面钢架在三维环境中完成虚拟装配工作；所述型面钢架干涉检查模块在型面钢架装配环境中对型面钢架进行干涉检查，自动检查出未能完配合切槽设计的位置，并输出检查结果；所述型面钢架装配环境裁剪模块完成装配环境下型面钢架的修改设计工作，可以在装配环境下通过简单的草图设计即可完成型面钢架的各种槽孔的裁剪设计工作；所述工程图输出模块以型面钢架切槽设计模块的结果为基础，完成型面钢架的二维加工工程图设计，并完成批量导出。2.根据权利要求1所述的钣金雕塑型面钢架设的智能设计系统，其特征在于，所述型面相交线设计与处理模块根据雕塑型面曲面进行型面钢架特征曲线的设计与处理，包括型面相交线设计子模块、主曲线提取子模块、复杂曲线多段线转换子模块、转换精度分析子模块，其中：所述型面相交线设计子模块，以钣金雕塑型面曲面和型面曲面分层分块结果为基础，通过按照设计规则建立的一系列设计基准面与之相交，求得型面相交线曲线，此结果作为主曲线提取子模块的设计基础；所述主曲线提取子模块，对型面相交线设计子模块的设计结果进行处理，使用广度优先遍历算法对型面相交曲线进行处理，对相交曲线所有组成元素进行遍历搜索，依据钣金雕塑的外形特征，对组成元素进行分析，将无用分支以及孤立图形剔除，保留主曲线作为型面钢架设计特征曲线；所谓复杂曲线多段线转换子模块，将主曲线提取子模块之处理结果，采用插值法，将复杂曲线转换成为由直线段和圆弧段组成的多段线；所谓转换精度分析子模块，将特征曲线转换成为的多段线与原曲线进对比，分析转换产生的误差，并统计出误差最大值，以备转换结果分析。3.根据权利要求1所述的钣金雕塑型面钢架设的智能设计系统，其特征在于，所述型面钢架设计模块以型面特征曲线为基础，完成型面钢架的实体建模设计，型面钢架接头误差修正设计，配合槽切除设计，种钉孔切除设计，端面螺栓孔切除设计，型面钢架分割与刻字设计；包括型面钢架拉伸建模设计子模块、型面钢架接头误差修正与端面螺栓孔设计子模块、型面钢架配合槽与种钉孔设计子模块、型面钢架分割与刻字设计子模块，其中：所述型面钢架实体拉伸建模设计子模块，以特征曲线转换成为的多段线为基础，将之进行偏置处理，完成型面钢架的截面草图设计，通过拉伸建模的方式完成型面钢架的实体建模设计，并输出型面钢架端面数据以用来对端面误差进行修正设计；所述型面钢架接头误差修正与端面螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓军，倪中华，仇晓黎，杨颖，唐亮，易扬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32