[发明专利]三维模型中螺纹特征及参数的快速识别提取方法

说明书

一种三维模型中螺纹特征及参数的快速识别提取方法，通过对B‑rep(边界表示)模型进行预处理以去除其中所包含的虚边，获得工程面的集合，然后对工程面上的各个模型边进行环搜索并判断是否为种子环以得到种子环的集合，再对种子环的非基面一侧的面‑边图进行遍历，得到该特征的所有模型边和顶点，去除其中包含的虚顶点，获得该特征中工程边的集合，最后通过逐一判断集合中的工程边是否为螺纹线并提取得到其对应的螺纹特征。本发明实现了三维模型中螺纹特征的快速识别和参数的快速提取。

技术领域

本发明涉及的是一种计算机辅助工程设计领域的技术，具体是一种从三维CAD模型中识别螺纹特征并提取参数的方法。

背景技术

螺纹作为机械领域实际生产中最为常见的结构之一，由于结构复杂，其模型生成与计算会占用大量的系统资源，表现为CAD软件操作卡顿，甚至崩溃。在过去，技术人员在建模时往往不会创建螺纹特征，而是退而求其次地辅以文本信息记录模型中螺纹的参数。如今随着计算机性能的快速提升，越来越多的技术人员选择在建模时直接将螺纹特征的三维造型创建出来。这也成为了螺纹特征识别技术研究的契机。

现有螺纹的特征识别技术包括：①通过机器视觉的算法，对零件实物或CAD模型进行二维图像分析，识别出螺纹特征，并分析计算出相应的参数。这种方法需要对大量的像素点进行分析，并且可能用到机器学习算法，需要大量的样本数据，算法实现困难，并且有一定的误差；②通用的三维模型特征识别算法来识别三维模型中的螺纹特征，其核心方法是预定义好螺纹特征的属性邻接图，和三维模型中的特征的属性邻接图进行子图匹配，从而实现螺纹特征识别。这种方法缺点包括：属性邻接图中的属性只包含了两个面的凹凸关系(凹边或凸边相连)，不涉及具体的形状。而螺纹特征最主要特点就是其特定的形状，用这种方法难以去识别；子图匹配是一个NP完全问题，求解复杂度难以控制；没有实现螺纹特征的参数提取。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种三维模型中螺纹特征及参数的快速识别提取方法，从螺纹特征本质的几何拓扑特点出发，利用B-rep(边界表示)模型中携带的几何拓扑信息，提出了一种通过识别特征中的螺纹线进而识别螺纹特征的方法，实现了三维模型中螺纹特征的快速识别和参数的快速提取，具有实际应用价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过对B-rep(边界表示)模型进行预处理以去除其中所包含的虚边，获得工程面的集合，然后对工程面上的各个模型边进行环搜索并判断是否为种子环以得到种子环的集合，再对种子环的非基面一侧的面-边图进行遍历，得到该特征的所有模型边和顶点，去除其中包含的虚顶点，获得该特征中工程边的集合，最后通过逐一判断集合中的工程边是否为螺纹线并提取得到其对应的螺纹特征。

所述的预处理，包括对模型进行解析以获得模型内所有边到其所属的模型面的映射关系以及其中所有的包含虚边的工程面。

所述的解析是指：对零件三维模型的所有模型面进行遍历，每访问到一个模型面，遍历该模型面的所有模型边并记录该模型边到其所属的模型面的映射关系，当任一模型边连接的两个模型面属于同一个工程面时记录该模型边为虚边。

所述的工程面是指：工程实际中一个零件上的表面，如一个正方体零件具有6个相同的形状为正方形的工程面。

所述的包含虚边的工程面是指：建立一个所有模型面的集合，对所有虚边进行遍历，每访问到一个虚边时，对其所属的以模型面为节点、虚边为边的图进行广度/深度优先搜索，将该次搜索过程中访问到的所有模型面组成一个工程面并记录，并将这些面从所有模型面的集合中移除。

所述的虚边是指：模型生成时为了满足B-rep规则，将一个工程面分割成多个模型面而生成的工程实际中不存在的模型边。

所述的环搜索是指：通过遍历所有工程面的所有模型边，判断当模型边不属于虚边集合时，从该模型边的任一方向开始进行环的搜索以回到该模型边为结束，判断该环是否为螺纹特征的种子环，从而得到种子环的集合。