基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法技术

本发明专利技术涉及基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法。首先对零件进行特征识别，形成不同类型的特征，并提取特征中特征面的几何属性信息，构造特征面几何属性信息单元对几何属性信息进行存储。其次，对识别得到特征中的转角面进行提取，对转角面进行进一步的细分，针对不同特征类型，完成了不同几何属性转角面的分离；继而，通过计算转角面的相对曲率半径，检测出转角面中小转角曲面所在的部位，并通过相对面积的计算，最终分离出零件中需要多次加工的小转角面区域。本方法解决了数控工艺程序编制中，零件的小转角自动化检测及小转角驱动几何的自动化构建问题，减少了工艺人员对零件几何模型处理的工作量，提升了数控工艺编程的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法
本专利技术属于数控加工快速程编领域，涉及一种制造特征小转角检测及驱动几何构造方法
技术介绍
现有技术《基于设计意图推理的圆角过渡特征识别》公开了一种基于设计意图的圆角过度特征识别方法。该方法以STEP格式的实体边界模型为输入，以模型的设计意图对圆角过度特征进行定义，对圆角过度面形状进行识别，并通过识别得到的结果，按照设计意图推理得到圆角过渡特征先后排序，从而识别出完整的圆角过渡特征。文献所述方法是在设计模型的基础上，利用设计意图，从几何层面识别过渡特征，并推理出其之间的顺序。其本质依旧是在几何层面从设计意图出发对模型中的过渡圆角进行处理，忽略在真实加工环境下由于实际加工所形成的小转角部位的检测与识别。同时在识别过渡圆角面时，仅从面之间的邻接关系出发，通过判断连接边的凹凸性来判断圆角面的类型，从而未考虑更加细化的转角面分类，因此无法对其中的小转角面进行检测与分离；在最后的圆角识别过程中，更多的是通过圆角顺序的推理从而完成过度圆角的重建与输出，并未考虑其在实际加工过程中驱动几何的构建。因此，这样生成得到的圆角只适用于设计过程，但无法用于实际加工，难以满足加工操作中驱动几何的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：在数控加工工艺编程的过程中，由于零件中存在多个小曲面形成的小转角结构，这种结构具有局部曲率半径与面积较小的特点，在加工时无法一次加工到位，需要对其进行单独的多次加工。因此，在数控加工工艺编程的过程中，需要工艺人员人工地对零件中小转角部分进行检测，并对得到的小转角部位进行几何的重构，得到符合加工要求的驱动几何，由此导致了工艺人员在零件几何检测与处理中的工作量增大，降低了数控加工工艺编制的效率。本专利技术提出了一种基于高斯曲率的制造特征小转角检测与驱动几何构造方法。具体地说是一种通过对三维模型进行解析，利用特征面高斯曲率的特性，通过计算特征面相对曲率半径及相对面积，对特征识别得到的特征中的小转角部位进行检测与分离，同时针对具体加工方式构建小转角部位驱动几何的方法。该方法首先对零件进行特征识别，得到型腔、轮廓、孔特征；继而从特征中提取出类型为转角的面组，计算对应面的高斯曲率，依据高斯曲率的正负等特性将转角的类型进行进一步划分，并通过局部相对曲率及相对面积的计算，检测过滤出加工小转角，完成小转角的自动检测与分离。并以此为基础，根据对应的特征类型，构建符合加工要求的小转角加工处的驱动几何。本专利技术的技术方案是：基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：特征识别及面信息提取。在CATIA系统下，以零件的属性邻接图为基础，通过对加工方向下刀具所能覆盖的特征面进行分类，从而形成特征集合Fs，其中Fs包含m个制造特征fi，分属于型腔(pocket)、轮廓(profile)、孔(hole)类别，记作：Fs＝{fi|fi∈pocket，profile，hole}，1＜i＜m。同时，并对每个特征fi中特征面的类型、法向矢量及面积进行提取并存储，形成特征面几何属性信息单元：FGA＝{FaceType，FaceVec，FaceArea}其中：FGA表示特征面的几何属性信息单元，FaceType表示特征面的几何类型，FaceVec表示特征面法向矢量方向，FaceArea表示特征面的面积；步骤二：特征中转角面组提取。对步骤一得到的特征集合Fs中每个特征fi进行判断：(1)若fi为型腔特征，则特征面包括侧面集合fS、底面fB与顶面fT，遍历侧面集合fS中的所有面，判断前一步骤提取得到的特征面类型FaceType是否为CATProfile(catia中非平面类型)，若是，则将其存储至型腔转角面集合FPcorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；(2)若fi为轮廓特征，则特征面仅包括侧面集合fS，遍历侧面集合fS中的所有面，判断特征面类型FaceType是否为CATProfile，若是，则将其存储至轮廓转角面集合FScorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；(3)若fi为孔特征，则特征面包括侧面集合fS、底面fB与顶面fT，遍历侧面集合fS中的所有面，判断特征面类型FaceType是否为CATProfile，若是，则将其存储至孔转角面集合FHcorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；步骤三：小转角检测与分离。根据前述步骤一所得的特征类型、特征面信息及步骤二中提取得到的转角集合，需要计算转角集合中面的高斯曲率，并以此对转角集合中的小转角部分从几何层面进行分离，继而对分离后转角面的相对曲率半径及相对面积进行计算，从尺寸层面检测出小转角的区域，从而完成小转角的检测分离。具体包括以下步骤：子步骤一：转角面高斯曲率判定。根据子步骤二得到的不同特征类型的转角面集合，计算集合中每一个面的中心ci，求出其转角面在中心点ci处的高斯曲率k，k＝k1·k2，其中k1、k2分别为该点处曲面的主曲率，则：当中心处高斯曲率k>0，此曲面为正高斯曲率曲面，对应于加工时向内弯曲转角；当中心处高斯曲率k＝0，此曲面为零高斯曲率曲面，对应于加工时内外轮廓中包含的直纹转角面；当中心处高斯曲率k<0，此曲面为负高斯曲率曲面，对应于加工时向外弯曲转角面；子步骤二：相对曲率及相对面积计算。根据步骤二形成的不同特征类型转角面集(FPcorner、FScorner、FHcorner)及子步骤一种计算所得的高斯曲率，分别对其中的小转角区域进行检测：(1)对于型腔转角面集合FPcorner，由于型腔中小转角面类型为正高斯曲率曲面，因此只对FPcorner中正高斯曲率曲面进行分析；(2)对于轮廓特征转角面集合FScorner，由于轮廓中小转角面只在零高斯曲率曲面中出现，因此只对FScorner中零高斯曲率曲面进行分析；对于孔特征转角面集合FHcorner，由于孔特征中小转角面只在负高斯曲率曲面中出现，因此只对FHcorner中负高斯曲率曲面进行分析；在对每一类型转角面集合进行独立分析时，由于小转角面具有局部曲率半径及面积较小的特性，因此，分别计算FPcorner/FScorner/FHcorner中对应要求特征面的相对主曲率半径与相对面积，公式如下，若δij大于阈值δ1(阈值范围在0-1之间)，则说明当前特征面与其相邻接的特征面曲率半径越相近，属于同一小转角区域，从而进行相对面积的计算，否则对下一特征面进行判断，直至对集合中所有面判断完毕；δij为两个转角面之间的曲率半径相似度，ki1为当前转角曲面的主曲率，kj1为与该面相邻接的面的主曲率。在对转角面与相邻接面之间的相对面积计算时，具体计算公式如下：其中Aij为两个转角面之间的相对面积相似度，ai为当前转角曲面的相对面积，aj为与该面相邻接的面的相对面积；继而判断相对面积与阈值δ2(阈值范围在0-1之间，具体大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：特征识别及面信息提取：在CATIA系统下，以零件的属性邻接图为基础，通过对加工方向下刀具所能覆盖的特征面进行分类，从而形成特征集合F

【技术特征摘要】
1.基于高斯曲率的制造特征小转角检测及驱动几何构造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：特征识别及面信息提取：在CATIA系统下，以零件的属性邻接图为基础，通过对加工方向下刀具所能覆盖的特征面进行分类，从而形成特征集合Fs，其中Fs包含m个制造特征fi，分属于型腔(pocket)、轮廓(profile)、孔(hole)类别，记作：Fs＝{fi|fi∈pocket，profile，hole}，1＜i＜m；同时，并对每个特征fi中特征面的类型、法向矢量及面积进行提取并存储，形成特征面几何属性信息单元：
FGA＝{FaceType，FaceVec，FaceArea}
其中：FGA表示特征面的几何属性信息单元，FaceType表示特征面的几何类型，FaceVec表示特征面法向矢量方向，FaceArea表示特征面的面积；
步骤二：特征中转角面组提取：对步骤一得到的特征集合Fs中每个特征fi进行判断：
(1)若fi为型腔特征，则特征面包括侧面集合fS、底面fB与顶面fT，遍历侧面集合fS中的所有面，判断前一步骤提取得到的特征面类型FaceType是否为CATProfile(catia中非平面类型)，若是，则将其存储至型腔转角面集合FPcorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；
(2)若fi为轮廓特征，则特征面仅包括侧面集合fS，遍历侧面集合fS中的所有面，判断特征面类型FaceType是否为CATProfile，若是，则将其存储至轮廓转角面集合FScorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；
(3)若fi为孔特征，则特征面包括侧面集合fS、底面fB与顶面fT，遍历侧面集合fS中的所有面，判断特征面类型FaceType是否为CATProfile，若是，则将其存储至孔转角面集合FHcorner；若不是，则对下一个特征面进行判断，直至对侧面集合fS遍历完成；
步骤三：小转角检测与分离；根据前述步骤一所得的特征类型、特征面信息及步骤二中提取得到的转角集合，需要计算转角集合中面的高斯曲率，并以此对转角集合中的小转角部分从几何层面进行分离，继而对分离后转角面的相对曲率半径及相对面积进行计算，从尺寸层面检测出小转角的区域，从而完成小转角的检测分离，具体包括以下步骤：
子步骤一：转角面高斯曲率判定：根据子步骤二得到的不同特征类型的转角面集合，计算集合中每一个面的中心ci，求出其转角面在中心点ci处的高斯曲率k，k＝k1·k2，其中k1、k2分别为该点处曲面的主曲率，则：



当中心处高斯曲率k＞0，此曲面为正高斯曲率曲面，对应于加工时向内弯曲转角；当中心处高斯曲率k＝0，此曲面为零高斯曲率曲面，对应于加工时内外轮廓中包含的直纹转角面；当中心处高斯曲率k＜0，此曲面为负高斯曲率曲面，对应于加工时向外弯曲转角面；
子步骤二：相对曲率及相对面积计算：根据步骤二形成的不同特征类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉宸，张树生，黄波，纪强，赖艺文，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61