用于数控车床的加工工件三维图形显示的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于数控车床所加工工件的三维图形显示的方法，其首先建立工件的漫反射光照模型，设定光照强度、角度和计算工件的轮廓形状，根据工件在光照后各像素点的亮度不同绘制出被加工工件的三维图形，同时判断工件是否有螺纹和内孔，如有螺纹则采用直线近似方法绘制螺纹线，直线的斜率按螺纹导程和外径推算，如有内孔则将内孔轴的上半部分绘制剖视图，而内孔轴的下半部分绘制工件外表面，最后将绘制的工件三维图形输出至显示屏；利用本方法显示的工件三维图形逼真、美观，且无需三维建模和三维图形库，不依赖于３Ｄ图形芯片，计算简单，处理速度快，节约了三维图形显示的成本，适用于各类较低配置的数控车床。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于数控车床所加工工件的三维图形显示的方法。
技术介绍
随着数控技术的发展，数控车床得到了广泛的应用。通常数控车床在加工工件时， 通过模拟仿真显示加工工件的三维图形，以使操作人员对加工的工件有直观的了解。目前 工件的模拟仿真大致有两种方式一种是用简单的平面图形来模拟出加工工件的线框轮 廓；另一种是用3D渲染库进行描绘，如常见的用OpenGL库来实现。第一种方法算法简单， 但是效果不够逼真，无法给出一个直观的仿真结果。而第二种方法通常要依赖于复杂的三 维图形算法库或专用3D图形芯片。实现起来需要较高的软硬件成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于数控车床的加工工件三维图形显示 的方法，利用本方法显示的工件三维图形逼真、美观，且无需三维建模和三维图形库，不依 赖于3D图形芯片，计算简单，处理速度快，节约了三维图形显示的成本。 为解决上述技术问题，本专利技术包括 如下步骤 步骤一、使用计算机程序建立所述工件的漫反射光照模型，以表现出数控车床加 工产生的各种回转面工件的外表面和内表面形状，设光照模型各点像素的亮度值为I，则1=(1' max—I' min)*C0Sa*C0S|3+I' min 式中a和|3分别为回转体径向和轴向两个方向上光线与工件表面的法线方向的夹角，即光线的入射角，r max为工件表面最亮处的亮度值，r ^为工件表面最暗处的 亮度值，在计算机程序中，光照亮度设为r ，其中r为o时为最小亮度，表示没有反射光， i'为满值时为最大亮度，表示入射的光完全被反射，在将工件的每一个像素点绘制到计算 机屏幕上时，其亮度值i需要与色调和饱和度参数组合，最终转换为一个用于在计算机上 显示的颜色值， 为了能够区分工件表面上未加工的部分和被加工的部分，在绘制这两部分的像素点时应当选取不同的色调和色彩饱和度参数， 在计算机程序中a默认设置为30度，13由各像素点所在位置工件的外表面或内 表面的形状确定，I' _默认设置为最大亮度的90%，1' ^默认设置为最大亮度的20%，夹角a、亮度I'^和亮度I' min这三个值和用于决定颜色的色调、饱和度参数都允许根据实际显示效果的需要进行调整； 步骤二、在计算机程序中设定所述工件轮廓形状数据，其包括工件外表面轮廓，内 孔轮廓和螺纹； 步骤三、根据步骤一中光照模型各像素点的亮度I和步骤二设定的所述工件形状 数据，绘制工件图形并判断所述工件外轮廓是否设定了螺纹尺寸数据，如设定了螺纹尺寸数据执行下述步骤，如否则执行步骤五； 步骤四、在工件正视图中，将工件螺纹的每一条螺纹线由曲线简化为直线，在每一段螺纹导程F上，设定以一点P沿螺纹线方向画直线，直线与水平方向的夹角为A， 则tanA = D/(F/2)式中D为当前螺纹线所在工件外圆的直径， 在画完一条螺纹线之后，向该条螺纹线的左和右按偏置导程F距离再画下一条螺纹线，直至所画螺纹线充满整个螺纹长度， 当螺纹槽宽度较小时，默认设定一个螺纹槽显示的最小宽度为3个像素，当要显 示的螺纹槽小于该宽度时，以该最小宽度绘制螺纹， 在当螺纹的螺旋升角，即螺纹线与垂直于中轴线方向的夹角较小且接近O度时，设定一个螺旋升角的最小显示角度B， B默认设定为10° ， 当(90° _B)<A<(90° +B)时，螺纹线以垂直方向绘制； 步骤五、判断工件是否设定了内孔数据，如工件无内孔数据，执行步骤八，如工件 设定了内孔数据，则在内孔长度部分，内孔中心轴以上部分绘制内孔剖面，内孔中心轴以下 部分绘制完整的外圆面，所述剖面与完整外圆面之间在水平方向上保持一定的间距L， L默 认设定为3 5毫米； 步骤六、判断工件是否设定了内孔螺纹，如无，执行步骤八，如是，则执行下述步 骤； 步骤七、在内孔剖面上按上述步骤四所述的方式绘制内孔螺纹； 步骤八、将绘制的工件三维图形输出至显示屏显示。 由于本专利技术采用了上述技术方案， 即建立工件的漫反射光照模型，根据工件在光照后各像素点的亮度不同绘制出被加工工件 的三维图形，在加工工件存在有内孔或螺纹时，采用简化的方法绘制出加工工件的内孔或 螺纹；利用本方法显示的工件三维图形逼真、美观，且无需三维建模和三维图形库，不依赖 于3D图形芯片，计算简单，处理速度快，节约了三维图形显示的成本，适用于各类较低配置 的数控车床。附图说明 下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明 图1为本专利技术工件正面光照模型的示意图， 图2为本专利技术工件横截面光照模型的示意图， 图3为本专利技术加工工件螺纹绘制的示意图， 图4为本专利技术加工工件内孔绘制的示意图， 图5为本专利技术的流程框图。具体实施例方式如图5所示，本专利技术的方法包括如下步骤 步骤一、如图1和图2所示，使用计算机程序建立所述工件的漫反射光照模型，以 表现出数控车床加工产生的各种回转面工件的外表面和内表面形状，所述漫反射光照模型 为当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于反射表面上各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无 规则地反射，这种反射称之为漫反射或漫射，它与镜面反射是一对相反的概念，而 所述法线方向即为垂直于工件表面的方向，设光照模型各点像素的亮度值为I，则<formula>formula see original document page 5</formula> 式中a和|3分别为回转体径向和轴向两个方向上光线与工件表面的法线方向的夹角，即光线的入射角，r max为工件表面最亮处的亮度值，r ^为工件表面最暗处的 亮度值，在计算机程序中，光照亮度设为r ，其中r为o时为最小亮度，表示没有反射光，I'为满值时为最大亮度，表示入射的光完全被反射，在将工件的每一个像素点绘制到计算 机屏幕上时，其亮度值I需要与色调和饱和度参数组合，最终转换为一个用于在计算机上 显示的颜色值， 为了能够区分工件表面上未加工的部分和被加工的部分，在绘制这两部分的像素点时应当选取不同的色调和色彩饱和度参数， 在计算机程序中a默认设置为30度，13由各像素点所在位置工件的外表面或内表面的形状确定，I' _默认设置为最大亮度的90%，1' ^默认设置为最大亮度的20%， 夹角a、亮度I'^和亮度I' min这三个值和用于决定颜色的色调、饱和度参数都允许根据实际显示效果的需要进行调整； 步骤二、在计算机程序中设定所述工件轮廓形状数据，其包括工件外表面轮廓，内 孔轮廓和螺纹； 步骤三、根据步骤一中光照模型各像素点的亮度I和步骤二设定的所述工件形状 数据，绘制工件图形并判断所述工件外轮廓是否设定了螺纹尺寸数据，如设定了螺纹尺寸 数据执行下述步骤，如否则执行步骤五； 步骤四、如图3所示，在工件1正视图中，将工件1螺纹的每一条螺纹线由曲线简 化为直线2，在每一段螺纹导程F上，设定以一点P沿螺纹线方向画直线2，直线2与水平方 向的夹角为A， 则tanA = D/(F/2)式中D为当前螺纹线所在工件外圆的直径， 在画完一条螺纹线之后，向该条螺纹线的左和右按偏置导程F距离再画下一条螺纹线，直至所画螺纹线充满整个螺纹长度， 当螺纹槽宽度较小时，默认设定一个螺纹槽显示的最小宽度为3个像素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于数控车床的加工工件三维图形显示的方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：步骤一、使用计算机程序建立所述工件的漫反射光照模型，以表现出数控车床加工产生的各种回转面工件的外表面和内表面形状，设光照模型各点像素的亮度值为Ｉ，则Ｉ＝（Ｉ′↓［ｍａｘ］－Ｉ′↓［ｍｉｎ］）＊Ｃｏｓα＊ｃｏｓβ＋Ｉ′↓［ｍｉｎ］式中：α和β分别为回转体径向和轴向两个方向上光线与工件表面的法线方向的夹角，即光线的入射角，Ｉ′↓［ｍａｘ］为工件表面最亮处的亮度值，Ｉ′↓［ｍｉｎ］为工件表面最暗处的亮度值制内孔螺纹；步骤八、将绘制的工件三维图形输出至显示屏显示。，在计算机程序中，光照亮度设为Ｉ′，其中Ｉ′为０时为最小亮度，表示没有反射光，Ｉ′为满值时为最大亮度，表示入射的光完全被反射，在将工件的每一个像素点绘制到计算机屏幕上时，其亮度值Ｉ需要与色调和饱和度参数组合，最终转换为一个用于在计算机上显示的颜色值，为了能够区分工件表面上未加工的部分和被加工的部分，在绘制这两部分的像素点时应当选取不同的色调和色彩饱和度参数，在计算机程序中α默认设置为３０度，β由各像素点所在位置工件的外表面或内表面的形状确定，Ｉ′↓［ｍａｘ］默认设置为最大亮度的９０％，Ｉ′↓［ｍｉｎ］默认设置为最大亮度的２０％，夹角α、亮度Ｉ′↓［ｍａｘ］和亮度Ｉ′↓［ｍｉｎ］这三个值和用于决定颜色的色调、饱和度参数都允许根据实际显示效果的需要进行调整；步骤二、在计算机程序中设定所述工件轮廓形状数据，其包括工件外表面轮廓，内孔轮廓和螺纹；步骤三、根据步骤一中光照模型各像素点的亮度Ｉ和步骤二设定的所述工件形状数据，绘制工件图形并判断所述工件外轮廓是否设定了螺纹尺寸数据，如设定了螺纹尺寸数据执行下述步骤，如否则执行步骤五；步骤四、在工件正视图中，将工件螺纹的每一条螺纹线由曲线简化为直线，在每一段螺纹导程Ｆ上，设定以一点Ｐ沿螺纹线方向画直线，直线与水平方向的夹角为Ａ，则ｔａｎＡ＝Ｄ／（Ｆ／２）式中Ｄ为当前螺纹线所在工件外圆的直径，在画完一条螺纹线之后，向该条螺纹线的左和右按偏置导程Ｆ距离再画下一条螺纹线，直至所画螺纹线充满整个螺纹长度，当螺纹槽宽度较小时，默认设定一个螺纹槽显示的最小宽度为３个像素，当要显示的螺纹槽小于该宽度时，以该最小宽度绘制螺纹，在当螺纹的螺旋升角，即螺纹线与垂直于中轴线方向的夹角较小且接近０度时，设定一个螺旋升角的最小显示角度Ｂ，Ｂ默认设定为１０°，当（９０°－Ｂ）＜...

【技术特征摘要】
一种用于数控车床的加工工件三维图形显示的方法，其特征在于，本方法包括如下步骤步骤一、使用计算机程序建立所述工件的漫反射光照模型，以表现出数控车床加工产生的各种回转面工件的外表面和内表面形状，设光照模型各点像素的亮度值为I，则I＝(I′max-I′min)*Cosα*cosβ+I′min式中α和β分别为回转体径向和轴向两个方向上光线与工件表面的法线方向的夹角，即光线的入射角，I′max为工件表面最亮处的亮度值，I′min为工件表面最暗处的亮度值，在计算机程序中，光照亮度设为I′，其中I′为0时为最小亮度，表示没有反射光，I′为满值时为最大亮度，表示入射的光完全被反射，在将工件的每一个像素点绘制到计算机屏幕上时，其亮度值I需要与色调和饱和度参数组合，最终转换为一个用于在计算机上显示的颜色值，为了能够区分工件表面上未加工的部分和被加工的部分，在绘制这两部分的像素点时应当选取不同的色调和色彩饱和度参数，在计算机程序中α默认设置为30度，β由各像素点所在位置工件的外表面或内表面的形状确定，I′max默认设置为最大亮度的90％，I′min默认设置为最大亮度的20％，夹角α、亮度I′max和亮度I′min这三个值和用于决定颜色的色调、饱和度参数都允许根据实际显示效果的需要进行调整；步骤二、在计算机程序中设定所述工件轮廓形状数据，其包括工件外表面轮廓，内孔轮廓和螺纹；步骤三、根据步骤一中光照模型各...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭熠帆，蒋知峰，
申请(专利权)人：上海开通数控有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]