一种多特征铸件三维模型检索方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多特征铸件三维模型检索方法及装置，属于铸件三维模型检索领域，方法包括：获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化；计算待检索铸件的形状特征和领域知识；计算待检索铸件的形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；计算待检索铸件的领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；其中，领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。本发明专利技术实现了在铸件受到平移、旋转等变化下，鲁棒地进行相似三维模型检索，同时由于实现了三维模型的检索，相比于二维模型的检索组建，在工艺设计方面缩短了周期。面缩短了周期。面缩短了周期。

【技术实现步骤摘要】
一种多特征铸件三维模型检索方法及装置


[0001]本专利技术属于铸件三维模型检索领域，更具体地，涉及一种多特征铸件三维模型检索方法及装置。

技术介绍

[0002]铸件广泛应用于航空、航天、轨道交通和工程机械等国民经济多个领域，其中，以箱体和转向桥、机匣、航天发动机叶片等为代表的典型铸件，存在多维扭曲和异形曲面等复杂工艺结构，导致工艺设计难度大和周期长等问题，实现“成熟工艺复用”是解决上述问题的关键之一。
[0003]目前，铸造企业往往将历史铸件产品的浇注系统、冒口、冷铁等成熟铸造工艺设计方案以文字、图片等形式在铸造工艺卡中进行数据保存，在检索过程中只能通过检索产品号、批次号等信息进行工艺卡的查询。当进行新铸件产品的工艺设计时，常基于设计人员经验判定该产品与历史某批次、某型号产品的相似性，再以该批次产品的批次号、产品号进行历史成熟工艺的检索。显然，以上“新产品—人工判定—批次/产品号—历史产品成熟工艺”过程极大地依赖于设计人员的知识储备以及对历史产品的熟悉程度，存在着检索流程长、效率低、极大依赖于人工经验、智能化程度低等问题，造成了检索结果查询准确率低、查询结果少等缺陷，难以通过“成熟工艺复用”改善箱体、转向桥等复杂铸件铸造工艺设计难度大和周期长现状。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种多特征铸件三维模型检索方法及装置，旨在解决现有的铸件检索方法，大都基于二维进行检索，实现工艺复用，但是二维检索后的结果需要重新组建为三维模型，因此，通过现有的铸件检索方法获取的检索结果，在工艺设计方面存在难度较大和周期较长的问题。
[0005]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种多特征铸件三维模型检索方法，包括以下步骤：
[0006]获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化且姿态归一化处理；
[0007]基于三角形面片化后待检索铸件的三维模型，计算待检索铸件的形状特征和领域知识；
[0008]计算待检索铸件的形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；
[0009]计算待检索铸件的领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；
[0010]其中，领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。
[0011]优选地，形状特征包括三维模型的D2算子、N2算子和NaN算子；
[0012]D2算子的计算方法为：
[0013]随机在待检索铸件表面上选取若干个点对，并计算每个点对的两点之间的距离，获得一个包含所有点对距离的数组，将数组归一化；
[0014]设置统计区间，统计归一化后数组内点对距离在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的D2算子；
[0015]N2算子的计算方法为：
[0016]随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片对，计算每个面片对的两面片法向量夹角的余弦值，获得一个包含所有余弦值的数组；
[0017]设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的N2算子；
[0018]NaN算子的计算方法为：
[0019]以面片邻接点为线索，找到每个三角形面片的所有邻接面片；
[0020]随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片，计算每个面片与其邻接面片法向量夹角的余弦值；
[0021]对余弦值求平均，获取一个包含所有平均余弦值的数组；
[0022]设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的NaN算子。
[0023]优选地，领域知识包括三维模型的Mod算子、Sym算子和Env算子；
[0024]获取Env算子的方法为：
[0025]通过遍历待检索铸件的三维模型所有三角形面片顶点，确定三维模型在笛卡尔坐标系下X、Y和Z轴上的最大值及最小值，得到待检索铸件三维模型沿坐标主轴方向上的包络尺寸；
[0026]通过计算包络尺寸的宽长比、宽高比和高长比组合得到三维特征向量，三维特征向量为Env算子；
[0027]获取Mod算子的方法为：
[0028]将待检索铸件的三角形面积之和作为待检索铸件三维模型的散热面积；
[0029]将待检索铸件三维模型的体积除以散热面积，获取Mod算子；
[0030]获取Sym算子的方法为：
[0031]比较待检索铸件的各面片的重心与坐标面的关系，将待检索铸件的三维模型分别沿YOZ面、XOZ面和XOY面进行分割；
[0032]计算沿各坐标面分割后三维模型两部分的表面积误差作为坐标面的对称度，依次计算三个坐标面的对称度形成三维模型的特征向量，特征向量为Sym算子。
[0033]优选地，对待检索铸件的三维模型进行姿态归一化的方法，包括以下步骤：
[0034]利用三维建模软件对待检索铸件的三维模型文件进行解析读取；
[0035]利用软件中三维模型面片化功能，获取待检索铸件的三维模型的“三角形面片化”文件；
[0036]根据海伦公式，计算待检索铸件上所有三角形面片的面积；
[0037]根据中心坐标公式，计算待检索铸件的三维模型所有三角形面片的中心，进而计算待检索铸件三维模型的重心；
[0038]根据各三角形面片的重心以及待检索铸件三维模型的重心，计算待检索铸件三维模型的平移矩阵；
[0039]计算待检索铸件三维模型的所有三角形面片顶点的协方差矩阵，获取待检索铸件的旋转矩阵；
[0040]将平移矩阵和旋转矩阵作用于待检索铸件三维模型的各顶点，完成三维模型的姿态归一化。
[0041]优选地，NaN算子的获取方法，包括以下步骤：
[0042]S4.1：根据海伦公式，计算待检索三维模型上所有三角形面片的面积，得到有序面积数组；
[0043]S4.2：以是否含有面片邻接点为条件，检索每个三角形面片的所有邻接面片，以“面片序号
‑
邻接面片序号集合”创建key
‑
value字典；
[0044]S4.3：通过查询key
‑
value字典，找到待检索铸件三维模型所有三角形面片的所有邻接面片，计算各面片与其所有邻接面片的法向量的夹角余弦值并求平均，得到一个法矢夹角余弦值列表；
[0045]S4.4：利用随机数函数，在有序面积数组中生成若干个随机数，利用二分查找确定随机数在面积数组中的下标，确定若干个采样面片；查询S4.3中法矢夹角余弦值列表得到若干个采样面片的法矢夹角余弦值；
[0046]S4.5：确定统计区间的数量，从而确定每一个统计区间的范围，统计在各个区间范围内面片的法矢夹角余弦值出现的次数，得到相应的频数分布，除以采样个数后，以此作为三维模型的NaN算子。
[0047]优选地，获取Sym算子的方法，具体包括以下步骤：
[0048]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待检索铸件的三维模型，并对其进行三角形面片化且姿态归一化处理；基于所述三角形面片化后的待检索铸件的三维模型，计算待检索铸件的形状特征和领域知识；其中，所述三角形面片化进行了姿态归一化处理；计算待检索铸件的所述形状特征与模型库中各模型的相似度，在模型库中筛选出一定比例的模型；计算待检索铸件的所述领域知识与筛选出的模型的相似度，筛选出三维模型检索结果；其中，所述领域知识包括待检索铸件的热节特征、对称面特征以及包络尺寸；所述形状特征包括待检索铸件的几何形状特征以及凹凸程度特征。2.根据权利要求1所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，所述形状特征包括三维模型的D2算子、N2算子和NaN算子；所述D2算子的计算方法为：随机在待检索铸件表面上选取若干个点对，并计算每个点对的两点之间的距离，获得一个包含所有点对距离的数组，将数组归一化；设置统计区间，统计归一化后数组内点对距离在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的D2算子；所述N2算子的计算方法为：随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片对，计算每个面片对的两面片法向量夹角的余弦值，获得一个包含所有余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的N2算子；所述NaN算子的计算方法为：以面片邻接点为线索，找到每个三角形面片的所有邻接面片；随机在待检索铸件的三维模型上选取若干个面片，计算每个面片与其邻接面片法向量夹角的余弦值；对余弦值求平均，获取一个包含所有平均余弦值的数组；设置统计区间，统计数组内夹角余弦值在各区间中出现的次数，形成的特征向量为待检索铸件的NaN算子。3.根据权利要求2所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，所述领域知识包括三维模型的Mod算子、Sym算子和Env算子；获取所述Env算子的方法为：通过遍历待检索铸件的三维模型所有三角形面片顶点，确定三维模型在笛卡尔坐标系下X、Y和Z轴上的最大值及最小值，得到待检索铸件三维模型沿坐标主轴方向上的包络尺寸；通过计算包络尺寸的宽长比、宽高比和高长比组合得到三维特征向量，三维特征向量为Env算子；获取所述Mod算子的方法为：将待检索铸件的三角形面积之和作为待检索铸件三维模型的散热面积；
将待检索铸件三维模型的体积除以散热面积，获取Mod算子；获取所述Sym算子的方法为：比较待检索铸件的各面片的重心与坐标面的关系，将待检索铸件的三维模型分别沿YOZ面、XOZ面和XOY面进行分割；计算沿各坐标面分割后三维模型两部分的表面积误差，作为坐标面的对称度；依次计算三个坐标面的对称度形成三维模型的特征向量，特征向量为Sym算子。4.根据权利要求1至3任一所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，对待检索铸件的三维模型进行姿态归一化的方法，包括以下步骤：利用三维建模软件对待检索铸件的三维模型文件进行解析读取；利用软件中三维模型面片化功能，获取待检索铸件的三维模型的“三角形面片化”文件；根据海伦公式，计算待检索铸件上所有三角形面片的面积；根据中心坐标公式，计算待检索铸件的三维模型所有三角形面片的中心，进而计算待检索铸件三维模型的重心；根据各三角形面片的重心以及待检索铸件三维模型的重心，计算待检索铸件三维模型的平移矩阵；计算待检索铸件三维模型的所有三角形面片顶点的协方差矩阵，获取待检索铸件的旋转矩阵；将平移矩阵和旋转矩阵作用于待检索铸件三维模型的各顶点，完成三维模型的姿态归一化。5.根据权利要求2所述的多特征铸件三维模型检索方法，其特征在于，NaN算子的获取方法，包括以下步骤：S4.1：根据海伦公式，计算待检索三维模型上所有三角形面片的面积，得到有序面积数组；S4.2：以是否含有面片邻接点为条件，检索每个三角形面片的所有邻接面片，以“面片序号
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邻接面片序号集合”创建key
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value字典；S4.3：通过查询key
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value字典，找到待检索铸件三维模型所有三角形面片的所有邻接面片，计算各面片与其所有邻接面片的法向量的夹角余弦值并求平均，得到一个法矢夹角余弦值列表；S4.4：利用随机数函数，在有序面积数组中生成若干个随机数，利用二分查找确定随机数在面积数组中的下标，确定若干个采样面片；查询S4.3中法矢夹角余弦值列表得到若干个采样面片的法矢夹角余弦值；S4.5：确定统计区间的数量，从而确定每一个统计区间的范围，统计在各个区间范围内面片的法矢夹角余弦值出现的次数，得到相应的频数分布，除以采样个数后，以此作为三维模型的NaN算子。6.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：计效园，孙晓龙，周建新，潘徐政，王先飞，李宝辉，殷亚军，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：