[发明专利]一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型及构建方法

说明书

一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型及构建方法，其特征是在激光扫描设备获取的零件外形扫描点云的基础上，将零件外形按照边界特征划分为点、曲线、曲面三种基本元素，以离散点集的形式表示零件几何特征。在给定公差带的条件下，以尽量精简的点集构建三种基本元素；构建模型的步骤是，首先，通过激光扫描设备获取零件外形扫描点云；其次，对零件扫描点云的尖锐边界特征提取，根据提取的边界特征将零件几何外形数据划分为点、曲线、曲面三种基本元素；第三，给定公差带的条件下，对特征数据进行精简。本发明实现了面向飞机装配的零件几何特征表达，以离散点集的形式表示零件几何特征，能够实现装配计算中偏差模型的显式表达。

技术领域

本发明涉及一种装配技术，尤其是一种装配几何特征表达技术，具体地说是一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型及构建方法。

背景技术

对于飞机零件数字化装配，装配定位在刚体假设的条件下主要是通过其几何特征约束确定其空间位姿的。为满足日益增长的现代飞机装配质量要求，在装配定位过程中用零件几何特征的测量数据代替理论模型参与装配偏差计算与分析。然而对于一些存在自由曲线曲面等复杂几何特征的零件，在装配偏差模型的显式表达存在困难。因此需要对零件实际外形几何特征进行准确合理的表达。

发明内容

本发明的目的是针对装配几何特征建模中，零件复杂几何特征的显式表达问题，发明一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型及构建方法。

本发明的技术方案之一是：

一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型，其特征是在激光扫描设备获取的零件外形扫描点云的基础上，将零件外形按照边界特征划分为点、曲线、曲面三种基本元素，以离散点集的形式表示零件几何特征。在给定公差带的条件下，以尽量精简的点集构建三种基本元素，从而实现零件几何特征准确、结构化、轻量化的表达。

所述的激光扫描设备获取的零件外形扫描点云以三角网格的形式表示，三角形网格M可以表示为{V,E,F},其中V为网格顶点的集合，E为网格边的集合，F为网格面的集合：

在三角网格模型M＝{V,E,F}的基础上，将零件外形按照边界特征划分为点、曲线、曲面三种基本元素，从而建立零件几何特征T的结构化表达模型：

其中Point表示特征点的集合，Line表示特征曲线的集合，Surface表示特征曲面的集合。

所述的公差带是一种基于最小包络区域的零件几何特征精度控制参数。以离散点集表示的几何特征的最小包络区域宽度越小，表示零件几何特征表达形状准确度越高。反之，随着表示零件几何特征的点集密度降低，最小包络区域宽度会增加。在保证最小包络区域宽度小于给定公差带的条件下，尽量精简点集，实现零件几何特征表达模型的轻量化。

本发明的技术方案之二是：

一种面向飞机装配的零件几何特征表达模型的构建方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，通过激光扫描设备获取零件外形扫描点云；

其次，对零件扫描点云的尖锐边界特征提取，根据提取的边界特征将零件几何外形数据划分为点、曲线、曲面三种基本元素；

第三，给定公差带的条件下，对特征数据进行精简。

所述的尖锐边界特征提取目的从输入网格中提取尖锐特征的边界线，由于激光扫描获取的边界特征并非绝对的尖锐，只能从特征区域近似估计的获取一条边界线；该边界线是零件几何特征表达模型中描述的曲线特征的原型，由原始输入网格的边构成的分段线性曲线{e_i}；与理论模型中提取的参考特征对应，提取的边界线是连续的特征，并与相邻特征具有一致的连通性；通过对获取的近似估计的边界线进行特征优化获取目标曲线特征。