[發(fā)明專(zhuān)利]一種STL模型到空間分割模型的轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210454459.X
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103810313A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭銳鋒;王鴻亮;于東;陳蕊蕊;杜威
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種STL模型到空間分割模型的轉(zhuǎn)換方法，尤其涉及在多軸加工仿真應(yīng)用中，以STL標(biāo)準(zhǔn)作為初始毛坯模型數(shù)據(jù)交換格式，并利用STL模型向空間分割模型的轉(zhuǎn)換方法將STL模型轉(zhuǎn)換為空間分割模型，以實(shí)現(xiàn)基于空間分割模型的多軸實(shí)時(shí)加工仿真。

背景技術(shù)

由于多軸加工尤其是五軸加工的代碼復(fù)雜，對(duì)首次使用的數(shù)控加工程序，不能保證正確性，需要對(duì)其驗(yàn)證。虛擬數(shù)控加工仿真能夠高效，低成本的驗(yàn)證代碼?，F(xiàn)有虛擬加工仿真的初始毛坯僅能提供簡(jiǎn)單的正方體、圓柱體等基本圖元，只能實(shí)現(xiàn)以初始簡(jiǎn)單毛坯為起點(diǎn)的仿真。數(shù)控加工過(guò)程可分為粗加工、半精加工和精加工。實(shí)際上，精加工過(guò)程對(duì)工件最后精度的影響較大。為了實(shí)現(xiàn)粗加工、半精加工和精加工獨(dú)立階段試的加工仿真，需要仿真系統(tǒng)能夠提供以較為復(fù)雜的半精加工和精加工初始毛坯為起點(diǎn)的加工仿真。STL模型是CAD系統(tǒng)通用的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)STL文件可以實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，以任意形狀的毛坯模型為仿真加工起點(diǎn)。但是直接利用STL模型進(jìn)行仿真，會(huì)因?yàn)樾枰瓿纱罅咳敲嫫南嘟挥?jì)算而達(dá)不到仿真實(shí)時(shí)要求?；诳臻g分割模型的仿真有著較快的仿真速度，例如dexel模型和voxel模型。dexel模型中不斷變化的z值可以表達(dá)平行于xy平面的切削面變化，所以只適用于三軸加工。對(duì)于五軸加工，voxel模型較為適用，且利用表面重構(gòu)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)voxel模型的精確顯示。因此，要實(shí)現(xiàn)采用STL模型完成實(shí)時(shí)仿真的要求，首先要將STL模型轉(zhuǎn)換為空間分割模型，這里的空間分割模型是指voxel模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有加工仿真技術(shù)在初始毛坯模型輸入方式上的不足，本發(fā)明考慮到能夠利用STL標(biāo)準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的毛坯初始模型輸入，并實(shí)現(xiàn)基于空間分割模型的實(shí)時(shí)仿真，提供了一種STL模型到空間分割模型的轉(zhuǎn)換方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種STL模型到空間分割模型的轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟：

根據(jù)STL模型中三角面片頂點(diǎn)的最大坐標(biāo)P_max和最小坐標(biāo)P_min構(gòu)建包括STL實(shí)體的最小的正方形包圍盒；

判斷分割次數(shù)是否到規(guī)定值j，若大于規(guī)定值j則分割結(jié)束，若小于或等于規(guī)定值j則繼續(xù)遞歸分解；

判斷分割次數(shù)是否小于規(guī)定值k，k＜j，若小于規(guī)定值k則進(jìn)行劃分子集處理的相交關(guān)系檢測(cè)，若大于或等于k，則進(jìn)行相交關(guān)系檢測(cè)；

若此體素不符合相交關(guān)系則依次進(jìn)行體外關(guān)系和體內(nèi)關(guān)系的判斷；

判斷該體素是否為邊界體素，若是邊界體素則對(duì)該體素進(jìn)行遞歸分割，若不是邊界體素則分割結(jié)束。

所述劃分子集處理的相交關(guān)系檢測(cè)具體為：

遍歷每一個(gè)三角面片，將三角面片三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)與體素的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)作比較，若有至少一個(gè)點(diǎn)在體素內(nèi)則此體素為邊界體素，否則進(jìn)行邊面相交關(guān)系測(cè)試，若符合邊面相交關(guān)系則此體素為邊界體素，將檢測(cè)到的與該邊界體素相交的所有三角面片編號(hào)記錄在此體素中。

所述相交關(guān)系檢測(cè)具體為：

將三角面片三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)與體素的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)作比較，若有至少一個(gè)點(diǎn)在體素內(nèi)則此體素為邊界體素，否則進(jìn)行邊面相交關(guān)系測(cè)試，若符合邊面相交關(guān)系則此體素為邊界體素，當(dāng)檢測(cè)到相交關(guān)系時(shí)，停止后面三角面片的相交關(guān)系檢測(cè)，并判斷此體素即為邊界體素。

所述邊面相交關(guān)系測(cè)試為空間線段與三角面片的相交測(cè)試：

線段S(t)為：

S(t)=(x_P0,y_P0,z_P0)^T+t[(x_P1,y_P1,z_P1)^T-(x_P0,y_P0,z_P0)^T]????（1）三角面片Q(u,v,w)為：

Q(u,v,w)=u(x_V0,y_V0,z_V0)^T+v(x_V1,y_V1,z_V1)^T+w(x_V2,y_V2,z_V2)^T??????（2）