一种理化试样自动排样的方法技术

本发明专利技术涉及计算机辅助设计技术领域，特别是涉及一种理化试样自动排样的方法，包括将三维实体离散化、边界搜索、边界距离计算和试样摆放。通过本自动排样的方法，在三维数模中代替人工给定理化试样位置，同时本方法具有一定稳定性并易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种理化试样自动排样的方法
本专利技术涉及计算机辅助设计
，特别是涉及一种理化试样自动排样的方法。
技术介绍
为检测锻件力学性能、化学成分、冶金组织等，需在锻件三维数模中根据试样大小、锻件尺寸排布理化试样的位置。目前，理化试样排布完全依靠人工进行，CAD软件操作复杂、重复性劳动量大，随着锻件数量不断增加，人工排样已不能满足业务发展需求。同时，目前常见的排样算法仅适用于二维平面图，如板料、皮革的排料，这种算法不能应用于三维模型表达的锻件理化试样排布中。此外，不同于钣金零件等规则结构件，锻件的CAD模型曲面特征丰富、建模过程繁杂，其特征结构包含多个层级的倒角、圆角、拔模、曲面桥接等，难以直接采用CAD图形特征识别进行理化试样的自动排布。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种理化试样自动排样的方法，在三维数模中代替人工给定理化试样位置，同时本方法具有一定稳定性并易于实现。本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：包括以下步骤：a.三维实体离散化：将三维实体模型分割、离散，以单元体积或高度代替三维实体高度方向几何信息，实现三维实体图形二维化，建立对应的体积参数表；b.边界搜索：利用滤镜搜索并记录体积参数表中的边界单元；c.边界距离计算：建立行列数与体积参数表一致的边界距离表，重复利用滤镜，计算被扫描单元至其周边特定单元的距离；d.试样摆放：利用体积参数表和边界距离表，结合理化试样尺寸，计算理化试样三维坐标和旋转角度，生成锻件理化试样三维数模。所述步骤a中的三维实体离散化具体包括：沿三维实体长度、宽度方向建立二维坐标系x-y，以Δa为间距，将三维实体离散为若干个面积为Δa2的离散单元；沿x方向为离散单元编号为i，沿y方向离散单元编号为j，将i作为列号，j作为行号，测量相应脚标(i,j)的离散单元的体积vi,j或高度hi,j，并填入相应行列的表格单元中，形成体积参数表，其中测量离散单元的体积包括：构建两层循环程序结构，分别以i、j作循环，通过CAD软件二次开发接口测量坐标为(i,j)的单元体积为vi,j。测量离散单元的高度具体指：在两层循环程序结构上再增加一层循环，沿三维实体的厚度方向进行若干层的切片，逐层累计各单元格高度。所述步骤b中的边界搜索具体包括：b1.构建滤镜，滤镜扫描体积参数表中的任意一个单元X，以单元X为中心，根据距离单元X的不同距离，将单元X周边的单元格分为多层，分别给予滤镜层号η，滤镜层号η＝1表示离单元X越近；b2.构建两层循环程序结构分别以i、j作循环，遍历体积参数表中的单元X；判断是否遍历完所有的单元，若是，进入步骤b6，若否，进入步骤b3；b3.使用滤镜观测单元X，判断是否存在任一η＝1的滤镜单元的Vi',j'＝0，若不存在，则进入步骤b2，若存在，则该单元X为边界单元，进入步骤b4；b4.查询该边界单元X是否被记录过，若是，进入步骤b2，若否，进入步骤b5；b5.记录该边界单元X的脚标，并从η＝1的滤镜单元中搜索与该X单元相邻的下一个边界单元，沿边界继续搜索其他的边界单元直至该条边界的所有单元被记录；然后进入步骤b2；b6.结束。所述步骤b5中沿边界继续搜索其他的边界单元，同一边界上的边界单元被记录到同一组中，不同边界上的边界单元被记录到不同组中。所述步骤c中边界距离计算具体包括：c1.构建滤镜，滤镜扫描体积参数表中的任意一个单元X，以单元X为中心，根据距离单元X的不同距离，将单元X周边的单元格分为1～4层，分别给予滤镜层号η，滤镜层号η＝1表示离单元X最近；建立行列数与体积参数表一致的边界距离表S，所述边界距离表S用于记录相应单元的边界距离Si,j，其最大值为Smax，初始时Si,j＝Smax；c2.逐行、逐列遍历体积参数表Vi,j，使用滤镜观测体积参数表中任意一个Vi,j≠0的单元X；c3.遍历滤镜中的所有单元，若其第η层单元中任意一个单元的Vi',j'＝0或Si',j'<Smax，则该单元距离边界的单元距离为Si,j＝Si',j'+η-1，记录边界距离，并开始扫描下一个体积参数表单元，直至所有单元遍历完成，记录Si,j的最大值Smax；c4.逐行、逐列遍历边界距离表Si,j，使用滤镜观测Si,j＝Smax的单元，重复步骤C3，直至Smax不再变化。所述步骤d的试样摆放具体包括：d1.根据边界距离表中的最大值Smax,计算位于待排样材料中心区域的单元X＂距离边界：r≈Δa·Smax；d2.对Si,j＝Smax的单元，在其半径为r的范围内取对角线长度为2r的正方形试样摆放区，则该正方形区域在待取样材料的包容体内，计算可供摆放试样的正方形区域的实际边长：该区域在体积参数表中占用的单元格格数B为b对Δa的整除：B＝[b/Δa]d3.遍历试样摆放区内单元，计算最低单元高度hmin，对一个长、宽、高分别为u、v、w的理化试样，u平行于试样摆放区域的x轴方向，若满足u＜b且v＜b且w＜hmin时，具备摆放试样的条件，计算试样的中心坐标，若不满足，则不计算试样的中心坐标；其中，计算试样的中心坐标具体包括：令理化试样中心坐标初始值x0＝(i-b)·Δa，y＝(j-b)·Δa，并将上一个试样的Y坐标值记为y'，初始时y'＝0；试样摆放于材料厚度方向的中间位置，则该理化试样的中心坐标为：x＝x0+u/2z＝z/2；记录umax和上一个试样的尺寸v’和上一个试样的Y坐标值y'；d4.若当前试样列在y方向上的试样摆放空间用尽，则令x0＝x0+umax，d5.重复步骤d3和步骤d4，直至所需理化试样全部摆放，或可摆放试样区消耗完，即出现u<b-x0时；d6.计算旋转角度：根据边界距离表中的最大值Smax作为边长，建立一个以试样摆放区域中心单元X＂为中心的正方形，遍历体积参数表中i-d～i+d，j-d～j+d方形区域内的单元，根据边界单元记录搜寻正方形中的边界单元；若边界存在偏转，则能搜索到一个坐标为(i,j)的边界单元X，查询边界单元记录得到其附近相邻或相近边界单元X＇，坐标为(i＇,j＇)，则该边界的偏转角度，也即取样区域的试样随外形偏转角度为：d7.根据试样中心位置坐标、旋转角度，可在CAD软件中建立相应的理化试样模型，完成理化试样排布。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：1、通过三维实体离散化、建立体积参数表，将三维问题转化为二维问题，实现了三维排样。利用本方法，可在1～3分钟内完成锻件理化试样自动排布，减少人工重复劳动量，提高锻件理化试样排布速度，可提高工作效率10倍。本专利技术的方法可通过简单的数学运算和循环结构实现，避免处理复杂的CAD图形特征问题，降低了程序开发难度。同时本方法具有极强普适性，不同图形格式的CAD数模均可采用，不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：包括以下步骤：/na.三维实体离散化：将三维实体模型分割、离散，以单元体积或高度代替三维实体高度方向几何信息，实现三维实体图形二维化，建立对应的体积参数表；/nb.边界搜索：利用滤镜搜索并记录体积参数表中的边界单元；/nc.边界距离计算：建立行列数与体积参数表一致的边界距离表，重复利用滤镜，计算被扫描单元至其周边特定单元的距离；/nd.试样摆放：利用体积参数表和边界距离表，结合理化试样尺寸，计算理化试样三维坐标和旋转角度，生成锻件理化试样三维数模。/n

【技术特征摘要】
1.一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.三维实体离散化：将三维实体模型分割、离散，以单元体积或高度代替三维实体高度方向几何信息，实现三维实体图形二维化，建立对应的体积参数表；
b.边界搜索：利用滤镜搜索并记录体积参数表中的边界单元；
c.边界距离计算：建立行列数与体积参数表一致的边界距离表，重复利用滤镜，计算被扫描单元至其周边特定单元的距离；
d.试样摆放：利用体积参数表和边界距离表，结合理化试样尺寸，计算理化试样三维坐标和旋转角度，生成锻件理化试样三维数模。


2.根据权利要求1所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：所述步骤a中的三维实体离散化具体包括：沿三维实体长度、宽度方向建立二维坐标系x-y，以Δa为间距，将三维实体离散为若干个面积为Δa2的离散单元；沿x方向为离散单元编号为i，沿y方向离散单元编号为j，将i作为列号，j作为行号，测量相应脚标(i,j)的离散单元的体积vi,j或高度hi,j，并填入相应行列的表格单元中，形成体积参数表，其中


3.根据权利要求2所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：测量离散单元的体积包括：构建两层循环程序结构，分别以i、j作循环，通过CAD软件二次开发接口测量坐标为(i,j)的单元体积为vi,j。


4.根据权利要求2所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：测量离散单元的高度具体指：在两层循环程序结构上再增加一层循环，沿三维实体的厚度方向进行若干层的切片，逐层累计各单元格高度。


5.根据权利要求3或4所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：所述步骤b中的边界搜索具体包括：
b1.构建滤镜，滤镜扫描体积参数表中的任意一个单元X，以单元X为中心，根据距离单元X的不同距离，将单元X周边的单元格分为多层，分别给予滤镜层号η，滤镜层号η＝1表示离单元X越近；
b2.构建两层循环程序结构分别以i、j作循环，遍历体积参数表中的单元X；判断是否遍历完所有的单元，若是，进入步骤b6，若否，进入步骤b3；
b3.使用滤镜观测单元X，判断是否存在任一η＝1的滤镜单元的Vi',j'＝0，若不存在，则进入步骤b2，若存在，则该单元X为边界单元，进入步骤b4；
b4.查询该边界单元X是否被记录过，若是，进入步骤b2，若否，进入步骤b5；
b5.记录该边界单元X的脚标，并从η＝1的滤镜单元中搜索与该X单元相邻的下一个边界单元，沿边界继续搜索其他的边界单元直至该条边界的所有单元被记录；然后进入步骤b2；
b6.结束。


6.根据权利要求5所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：所述步骤b5中沿边界继续搜索其他的边界单元，同一边界上的边界单元被记录到同一组中，不同边界上的边界单元被记录到不同组中。


7.根据权利要求6所述的一种理化试样自动排样的方法，其特征在于：所述步骤c中边界距离计算具体包括：
c1.构建滤镜，滤镜扫描体积参数表中的任意一个单元X，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少阳，彭富华，谢林杉，王园，聂海平，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51