[发明专利]飞机结构件筋特征识别方法

权利要求书

1.一种飞机结构件筋特征识别方法，其特征是它包括识别预处理、水平筋顶面提取、约束几何面提取、构造分割节点和根据筋特征定义提取筋特征；

所述的识别预处理包括：导入零件实体模型，设定加工坐标系，选取参考平面F，设定加工特征识别范围；其中参考平面F的选取依据为：定义几何面中指向零件材料外部的法向为面的外法向，选取零件上外法向与加工坐标系Z向平行且同向的平面中，在Z向上相对位置最低的面为参考平面F；加工特征识别范围的设定主要根据加工的需要，飞机结构件大部分分为单面和双面两种结构类型，当选择正面识别时，自动剔除Z向上在参考平面F以下的几何元素，仅进行参考平面F及以上部分特征的识别，若选择反面识别，则自动剔除Z向高度大于或等于参考平面F的几何元素，仅进行参考平面F以下部分特征的识别；

所述的水平筋顶面提取是指：遍历零件体的所有面，提取水平筋顶面BF；零件中所含的水平面P由水平筋顶面和槽特征底面两部分构成，两种水平筋顶面的筛选种方式有两种，第一种需要输入该零件的槽特征识别信息，剔除水平面P中与槽特征底面重合的面，剩下的面为水平筋顶面BF；第二种方式是在没有槽特征识别信息时，通过人工设置分离高度H，剔除水平面中在Z向上距离F小于H的面，剩下的水平面为水平筋顶面BF；

所述的约束几何面提取是指：遍历水平筋顶面的连接面AF，得到该水平筋顶面包含的所有筋特征约束几何面CS；水平筋顶面的连接面AF中包含的面有槽特征的侧面PS、轮廓特征面BS和CS；CS的获取方式有两种，第一种方式需要输入零件的槽特征和轮廓特征信息，剔除水平筋顶面的连接面AF中与槽特征的侧面PS及轮廓特征面BS重合且与轮廓特征面BS呈凸连接的所有面，剩下的面为CS；第二种方法是在没有槽特征及轮廓特征信息的情况下，提取水平筋顶面的连接面AF中与轮廓特征面BS呈凹连接或相切连接的面存入CS中，水平筋顶面的连接面AF中剩下的连接面记为AFL，提取AFL中具有两个相连面，且两个相连面中点处外法向夹角在170°到180°之间的面存入CS中，完成所有CS的提取；

所述的构造分割节点DN是指同一水平筋顶面上不同筋特征相交时形成的交叉区域；进行筋特征识别时，在构造分割节点处面临着多个可选的筋特征走向；构造分割节点DN的构造方法为：

1）提取水平筋顶面的连接面AF中的转角面CFL；提取水平筋顶面的连接面AF中与水平筋顶面BF呈凸连接的面，记作CoF，计算CoF中每一个面的最大曲率半径R，用户根据零件中转角半径的具体情况，设定转角半径参考值CR，默认情况下CR=30mm，若R<CR，则该面为转角面，添加到集合CFL中；

2）求出CFL与水平筋顶面BF的交线，即转角边CE；将水平筋顶面BF的轮廓边中除了转角边CE以外的边存入ES；提取出ES中与转角边CE的相连边，每一个转角边在ES中有两个相连边，分别记作E₁和E₂，与转角边的交点分别记作P₁和P₂；将{CE_i,(E₁,P₁),(E₂,P₂)}记作一个转角边单元UCE_i，完成所有转角边单元的构造，存入UCE；

3）以UCE中任一元素UCE_i为起点，搜索UCE中的其他元素，若找到UCE_j，满足①UCE_i中E_m(m=1或2)在点P_m处的切线与UCE_j中E_n(n=1或2)在点P_n处的切线近似平行；②P_m与P_n的距离为所有满足条件①中的最小值，且该最小距离小于已设定的筋宽度参考值，则称UCE_i与UCE_j属于同一分割节点；此时这两个转角边单元将形成一条共同的筋边界路径V，V为过UCE_i中的点P_m做E_m的切线或为过UCE_j中的点P_n做E_n的切向，V指向E_m或E_n的中心，以上处理称为是对UCE_i的配对操作，UCE_j称为UCE_i的配偶，记作UCE_(i,j)={(UCE_i,UCE_j),(E_m,E_n),V}，其中E_m,E_n称为已配对边，将UCE_(i,j)存入分割节点DN_i中；在完成UCE_i的配对操作之后，依次对其配偶UCE_j进行配对操作，此时需要剔除UCE_j中已配对边E_n；采取这种逐个配对的方法，直到无法找到满足条件的配偶或找到的新配偶已存在于DN_i中，则说明已找到构成DN_i的所有转角边单元，停止配对；根据这种方法构造出水平筋顶面上的所有分割节点；

4）对构造分割节点DN中的信息进行完善；构造分割节点DN中包含多对转角边单元，对于只包含一个配偶的转角边单元，即只在所有UCE_(i,j)中出现过一次的转角边单元，提取其非已配对边E_m(m=1或2)，过P_m做E_m切线并指向E_m的中心，记作V，构造新的配对组合UCE_(i,i)={UCE_i,E_m,V}。

所述的根据筋特征定义提取筋特征是指以CS中的元素为筋特征识别的起点，以降低筋特征加工时的机床减速引起的时间损耗，提高加工效率为出发点进行筋特征的自动识别；识别的具体步骤如下：

步骤1）提取CS中的元素为筋特征R_i的起始面CF₁，CF₁与水平筋顶面BF的交线为Ed₁；水平筋顶面BF的所有轮廓边记作EA，在EA中剔除Ed₁，提取EA中与Ed₁相连的一条边，记作Ed₂，将Ed₂加入到Ed_List中，作为R_i的起始边；以Ed₂为起始边，在EA中搜索与之相连的轮廓边，Ed_List中每添加一个边，则在EA中删除该边，由此构成一个单向的连续边界；在找到相连边时需要判断其是否包含于分割节点，若相连边与某个转角边单元中的E1或E2重合，则该相连边包含于分割节点，说明R_i在该分割节点处需要进行方向的选择，也就是该相连边的下一条筋特征边界具有多个选择；

步骤2）当筋特征的某条边界Ed_s包含于分割节点时，筋特征的下一条边界将有多个选择，选择数目及策略由分割节点中所包含转角面单元的数量决定，具体的选择依据为：①若该分割节点处只包含一个转角边单元{CE_s,(E₁,P₁),(E₂,P₂)}（假设E₁=Ed_s），则此分割节点处只有一条可选路径，此时Ed_s+1为CE_s，Ed_s+2为E₂，得到Ed_s+2之后直接进行Ed_s+3的寻找；②若该分割节点处包含两个或两个以上的转角边单元，首先得到Ed_s作为已配对边的UCE_(i,j)，得到路径向量V，计算V与分割节点DN中其余路径向量V_j的夹角α(0<α≤π)，取α最大的那条路径向量V_jm为Ed_s的方向选择，在此分割节点DN中剔除UCE_(i，j)和V_jm所在的转角边单元配对UCE_(s,k)，过V和V_jm的起点P和P_jm做直线段s，Ed_s+1=s，P_jm所在直线作为Ed_s+2，得到Ed_s+2之后直接进行Ed_s+3的寻找；

步骤3）当在进行筋特征边界提取时满足以下条件之一时，特征构造完成：①除了起始边Ed₁之外，在得到任一条筋特征边界之后，判断其是否包含于CS中的约束几何面，若包含，则该筋特征的构造完成，表示为R={R_top=BF,R_drive=Ed_List,R_limit=CSs∪CSe}，其中CSs和CSe分别表示起始和终止约束几何面；②在进行筋特征边界提取过程中，若相连边所属的分割节点处没有其他可选路径时，筋特征的搜索结束，表示为R={R_top=BF,R_drive=Ed_List,R_limit=CSs}；③在提取完满足终止条件①和②的筋特征之后，若还存在具有可选路径的分割节点，此时以可选路径最少的分割节点作为筋特征构造起点，选取某一转角边单元配对UCE_(i,j)为起点，UCE_(i,j)={(UCE_i,UCE_j),(E_m,E_n),V}，以UCE_i中的转角边CE为起始边Ed₁，E_m为Ed₂，在EA中剔除Ed₁和Ed₂，按步骤1）和2）进行筋特征边界的扩展，以条件②作为终止依据，得到筋特征R={R_top=BF,R_drive=Ed_List}。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的筋特征（R）定义为：

R=Geo∪Attr                                        （1）

Geo=R_top∪R_drive∪R_limit                           （2）

Geo表示筋特征的几何信息，其中R_top、R_drive、R_limit分别表示筋特征的筋顶面、特征边界、约束几何；筋顶面与加工坐标系Z向垂直，是筋特征的主要加工区域；筋特征边界决定特征的走向，是进行工艺规划和生成刀轨的基础；约束几何是限制筋特征起始和终止位置的几何元素；Attr表示筋特征的非几何参数信息，包括特征编号、筋的类型、筋特征边界类型、特征位置信息和筋顶宽度。