[发明专利]一种三角网格模型的分治加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及CAM技术领域，尤其涉及一种三角网格模型的分治加工方法。

背景技术

随着反求工程、快速成形与计算机辅助设计等技术的发展，三角网格模型在近十几年里得到了广泛应用，与其相关的轨迹规划研究和网格分割研究也成为研究热点。从三角网格模型直接生成刀具轨迹，可以避免曲面重构过程精度的损失，也可消除利用3D打印方法加工金属零件对成本及材料的限制。迄今为止，针对参数曲面模型的三轴数控加工刀具轨迹规划研究相对较多；而基于网格模型的数控加工刀具轨迹规划研究还较少，且现有研究基本上是将整个网格模型看成单一特征，采用一种轨迹生成策略生成整个加工表面的刀具加工轨迹。单一轨迹生成策略为了保证加工精度，一般要采用较小的轨迹参数，因此采用分治加工策略来兼顾加工效率和加工质量。

所谓三角网格模型的分治加工，即针对复杂三角网格模型不同区域的几何特点，分别采用不同的轨迹生成策略来生成数控加工轨迹，使得在各子区域内的加工轨迹具有相同轨迹类型、在误差允许条件下具有相同或相近的、且尽可能大的轨迹行距和步距，以便达到兼顾加工效率和加工质量的目的。然而，目前三角网格模型分治加工的研究几乎没有深入开展，只有郁萌在其硕士学位论文“复杂三角网格模型数控加工特征提取及刀具轨迹生成研究”中研究了三角网格模型局部干涉特征和狭槽特征的识别分割及其刀具轨迹生成，并没有对三角网格模型的其它特征进行研究。三角网格模型分治加工研究包括两个重要的方面，即三角网格模型的加工子区域分割以及各子区域的轨迹生成。在三角网格模型的分割方面，由于网格模型的复杂性、多样性与分割目的不同，到目前为止还没有一种公认通用的分割准则。根据不同的分割目的，网格模型可以分割成具有几何意义区域、语义意义区域与加工意义区域等，如Wang J等在学术期刊《Computers&Graphics》2011,35(3)，P661-667发表的学术论文“Surface feature based mesh segmentation”、Xiao D等在学术期刊《Computers&Graphics》2011,35(3)，P685-691发表的学术论文“CAD mesh model segmentation by clustering”等就是将模型分割为有几何意义区域。但这些分割都不是针对分治加工，因而没有考虑分割子区域的刀具轨迹是否具有相似性的问题。分治加工的另外一个方面是由分割子区域生成有效的刀具轨迹，而刀具轨迹的不同对加工精度和加工效率有重要的影响。目前，针对三角网格模型的刀具轨迹生成方法主要有如黄常标等在学术期刊《机床与液压》2009,37(12)P1-4发表的学术论文“三角网格模型等高线刀具轨迹生成研究”中采用的截面线法[5]、陈晓兵等在学术期刊《中国机械工程》2013,24(08),P1047-1051发表的学术论文“三角网格曲面等参数线刀轨生成算法”采用的参数化法、以及徐金亭等在学术期刊《机械工程学报》2010,46(11)，P193-198发表的学术论文“基于网格曲面模型的等残留刀位轨迹生成方法”和陈晓兵等在学术期刊《计算机辅助设计与图形学学报》.2009,21(12),P1800-1804发表的学术论文“三角网格表面等残留高度刀轨生成算法”等等采用的等残留高度法。截面线法只适用于简单模型，对于复杂的三角网格模型无法生成等残留刀具轨迹；而参数化法是将模型映射到平面后再生成轨迹，然后再逆映射到模型表面，计算过程较为复杂。等残留高度法根据最大允许残留高度直接计算各刀触点行距，能够生成更加精确的加工轨迹。但是目前的等残留高度法研究，主要集中在基于整体模型的刀具轨迹偏置生成方法，都是以模型边界作为初始轨迹，这并不能很好解决分治加工中不同类型子模型轨迹生成问题。

综上所述，目前还没有成熟方法来有效实现三角网格模型的分治加工，现有三角网格模型的分割方法、轨迹生成方法等相关技术也都无法直接或有效地应用于实现三角网格模型分治加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三角网格模型的分治加工方法，可以将复杂三角网格曲面模型分解为多个子区域，使得各子区域内能采用相同或相似的轨迹，并能够根据子区域特点生成合适的刀具轨迹，最终生成兼顾加工效率和加工质量的加工轨迹。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种三角网格模型的分治加工方法，包括以下几个步骤：

（1）读取三角网格模型进入内存，去除冗余顶点，建立基于半边结构的拓扑信息；

（2）选取R半径范围邻域点后，采用局部二次曲面拟合法来精确计算三角网格模型的微分几何信息，包括主曲率和主方向；