[發明專利]一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型及構建方法

有效

• 申請號: 201910054970.2
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109726509B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 黃翔;李瀧杲;江一帆;曾琪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型及構建方法，其特征是在激光掃描設備獲取的零件外形掃描點云的基礎上，將零件外形按照邊界特征劃分為點、曲線、曲面三種基本元素，以離散點集的形式表示零件幾何特征。在給定公差帶的條件下，以盡量精簡的點集構建三種基本元素；構建模型的步驟是，首先，通過激光掃描設備獲取零件外形掃描點云；其次，對零件掃描點云的尖銳邊界特征提取，根據提取的邊界特征將零件幾何外形數據劃分為點、曲線、曲面三種基本元素；第三，給定公差帶的條件下，對特征數據進行精簡。本發明實現了面向飛機裝配的零件幾何特征表達，以離散點集的形式表示零件幾何特征，能夠實現裝配計算中偏差模型的顯式表達。

技術領域

本發明涉及一種裝配技術，尤其是一種裝配幾何特征表達技術，具體地說是一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型及構建方法。

背景技術

對于飛機零件數字化裝配，裝配定位在剛體假設的條件下主要是通過其幾何特征約束確定其空間位姿的。為滿足日益增長的現代飛機裝配質量要求，在裝配定位過程中用零件幾何特征的測量數據代替理論模型參與裝配偏差計算與分析。然而對于一些存在自由曲線曲面等復雜幾何特征的零件，在裝配偏差模型的顯式表達存在困難。因此需要對零件實際外形幾何特征進行準確合理的表達。

發明內容

本發明的目的是針對裝配幾何特征建模中，零件復雜幾何特征的顯式表達問題，發明一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型及構建方法。

本發明的技術方案之一是：

一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型，其特征是在激光掃描設備獲取的零件外形掃描點云的基礎上，將零件外形按照邊界特征劃分為點、曲線、曲面三種基本元素，以離散點集的形式表示零件幾何特征。在給定公差帶的條件下，以盡量精簡的點集構建三種基本元素，從而實現零件幾何特征準確、結構化、輕量化的表達。

所述的激光掃描設備獲取的零件外形掃描點云以三角網格的形式表示，三角形網格M可以表示為{V,E,F},其中V為網格頂點的集合，E為網格邊的集合，F為網格面的集合：

在三角網格模型M＝{V,E,F}的基礎上，將零件外形按照邊界特征劃分為點、曲線、曲面三種基本元素，從而建立零件幾何特征T的結構化表達模型：

其中Point表示特征點的集合，Line表示特征曲線的集合，Surface表示特征曲面的集合。

所述的公差帶是一種基于最小包絡區域的零件幾何特征精度控制參數。以離散點集表示的幾何特征的最小包絡區域寬度越小，表示零件幾何特征表達形狀準確度越高。反之，隨著表示零件幾何特征的點集密度降低，最小包絡區域寬度會增加。在保證最小包絡區域寬度小于給定公差帶的條件下，盡量精簡點集，實現零件幾何特征表達模型的輕量化。

本發明的技術方案之二是：

一種面向飛機裝配的零件幾何特征表達模型的構建方法，其特征是它包括以下步驟：

首先，通過激光掃描設備獲取零件外形掃描點云；

其次，對零件掃描點云的尖銳邊界特征提取，根據提取的邊界特征將零件幾何外形數據劃分為點、曲線、曲面三種基本元素；

第三，給定公差帶的條件下，對特征數據進行精簡。

所述的尖銳邊界特征提取目的從輸入網格中提取尖銳特征的邊界線，由于激光掃描獲取的邊界特征并非絕對的尖銳，只能從特征區域近似估計的獲取一條邊界線；該邊界線是零件幾何特征表達模型中描述的曲線特征的原型，由原始輸入網格的邊構成的分段線性曲線{e_i}；與理論模型中提取的參考特征對應，提取的邊界線是連續的特征，并與相鄰特征具有一致的連通性；通過對獲取的近似估計的邊界線進行特征優化獲取目標曲線特征。