[發(fā)明專利]一種三角網(wǎng)格模型的分治加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410081684.2
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103885385A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃常標;江開勇;林俊峰;劉斌;林俊義;路平
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CAM技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三角網(wǎng)格模型的分治加工方法。

背景技術(shù)

隨著反求工程、快速成形與計算機輔助設(shè)計等技術(shù)的發(fā)展，三角網(wǎng)格模型在近十幾年里得到了廣泛應(yīng)用，與其相關(guān)的軌跡規(guī)劃研究和網(wǎng)格分割研究也成為研究熱點。從三角網(wǎng)格模型直接生成刀具軌跡，可以避免曲面重構(gòu)過程精度的損失，也可消除利用3D打印方法加工金屬零件對成本及材料的限制。迄今為止，針對參數(shù)曲面模型的三軸數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃研究相對較多；而基于網(wǎng)格模型的數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃研究還較少，且現(xiàn)有研究基本上是將整個網(wǎng)格模型看成單一特征，采用一種軌跡生成策略生成整個加工表面的刀具加工軌跡。單一軌跡生成策略為了保證加工精度，一般要采用較小的軌跡參數(shù)，因此采用分治加工策略來兼顧加工效率和加工質(zhì)量。

所謂三角網(wǎng)格模型的分治加工，即針對復(fù)雜三角網(wǎng)格模型不同區(qū)域的幾何特點，分別采用不同的軌跡生成策略來生成數(shù)控加工軌跡，使得在各子區(qū)域內(nèi)的加工軌跡具有相同軌跡類型、在誤差允許條件下具有相同或相近的、且盡可能大的軌跡行距和步距，以便達到兼顧加工效率和加工質(zhì)量的目的。然而，目前三角網(wǎng)格模型分治加工的研究幾乎沒有深入開展，只有郁萌在其碩士學位論文“復(fù)雜三角網(wǎng)格模型數(shù)控加工特征提取及刀具軌跡生成研究”中研究了三角網(wǎng)格模型局部干涉特征和狹槽特征的識別分割及其刀具軌跡生成，并沒有對三角網(wǎng)格模型的其它特征進行研究。三角網(wǎng)格模型分治加工研究包括兩個重要的方面，即三角網(wǎng)格模型的加工子區(qū)域分割以及各子區(qū)域的軌跡生成。在三角網(wǎng)格模型的分割方面，由于網(wǎng)格模型的復(fù)雜性、多樣性與分割目的不同，到目前為止還沒有一種公認通用的分割準則。根據(jù)不同的分割目的，網(wǎng)格模型可以分割成具有幾何意義區(qū)域、語義意義區(qū)域與加工意義區(qū)域等，如Wang?J等在學術(shù)期刊《Computers&Graphics》2011,35(3)，P661-667發(fā)表的學術(shù)論文“Surface?feature?based?mesh?segmentation”、Xiao?D等在學術(shù)期刊《Computers&Graphics》2011,35(3)，P685-691發(fā)表的學術(shù)論文“CAD?mesh?model?segmentation?by?clustering”等就是將模型分割為有幾何意義區(qū)域。但這些分割都不是針對分治加工，因而沒有考慮分割子區(qū)域的刀具軌跡是否具有相似性的問題。分治加工的另外一個方面是由分割子區(qū)域生成有效的刀具軌跡，而刀具軌跡的不同對加工精度和加工效率有重要的影響。目前，針對三角網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成方法主要有如黃常標等在學術(shù)期刊《機床與液壓》2009,37(12)P1-4發(fā)表的學術(shù)論文“三角網(wǎng)格模型等高線刀具軌跡生成研究”中采用的截面線法[5]、陳曉兵等在學術(shù)期刊《中國機械工程》2013,24(08),P1047-1051發(fā)表的學術(shù)論文“三角網(wǎng)格曲面等參數(shù)線刀軌生成算法”采用的參數(shù)化法、以及徐金亭等在學術(shù)期刊《機械工程學報》2010,46(11)，P193-198發(fā)表的學術(shù)論文“基于網(wǎng)格曲面模型的等殘留刀位軌跡生成方法”和陳曉兵等在學術(shù)期刊《計算機輔助設(shè)計與圖形學學報》.2009,21(12),P1800-1804發(fā)表的學術(shù)論文“三角網(wǎng)格表面等殘留高度刀軌生成算法”等等采用的等殘留高度法。截面線法只適用于簡單模型，對于復(fù)雜的三角網(wǎng)格模型無法生成等殘留刀具軌跡；而參數(shù)化法是將模型映射到平面后再生成軌跡，然后再逆映射到模型表面，計算過程較為復(fù)雜。等殘留高度法根據(jù)最大允許殘留高度直接計算各刀觸點行距，能夠生成更加精確的加工軌跡。但是目前的等殘留高度法研究，主要集中在基于整體模型的刀具軌跡偏置生成方法，都是以模型邊界作為初始軌跡，這并不能很好解決分治加工中不同類型子模型軌跡生成問題。

綜上所述，目前還沒有成熟方法來有效實現(xiàn)三角網(wǎng)格模型的分治加工，現(xiàn)有三角網(wǎng)格模型的分割方法、軌跡生成方法等相關(guān)技術(shù)也都無法直接或有效地應(yīng)用于實現(xiàn)三角網(wǎng)格模型分治加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三角網(wǎng)格模型的分治加工方法，可以將復(fù)雜三角網(wǎng)格曲面模型分解為多個子區(qū)域，使得各子區(qū)域內(nèi)能采用相同或相似的軌跡，并能夠根據(jù)子區(qū)域特點生成合適的刀具軌跡，最終生成兼顧加工效率和加工質(zhì)量的加工軌跡。

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種三角網(wǎng)格模型的分治加工方法，包括以下幾個步驟：

（1）讀取三角網(wǎng)格模型進入內(nèi)存，去除冗余頂點，建立基于半邊結(jié)構(gòu)的拓撲信息；

（2）選取R半徑范圍鄰域點后，采用局部二次曲面擬合法來精確計算三角網(wǎng)格模型的微分幾何信息，包括主曲率和主方向；