基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法技術

基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，所述軌跡優化方法包括以下步驟：（1）建立模型，保存軌跡規劃的CLSF文件和模型的VRML文件；（2）讀取VRML文件，采用正則表達式識別文本數據，然后將數據存儲到數組中；（3）用戶設定“法向量突變閥值”，其取值依據三維模型上的最大曲率值，曲率越大，閥值應取越大；（4）將單位法向量數組內的法向量進行兩兩作差后取向量模，同閥值進行比較，根據比較結果刪除對角線和重復的邊界線；（5）將剩余線段進行整理，得到邊界線數組；（6）計算軌跡規劃上任意加工點的接觸面中心與每條邊界的距離，對邊界線與加工點的相對位置進行姿態優化。該方法考慮氣壓砂輪進動加工軌跡規劃中的邊界問題，效果顯著。

【技術實現步驟摘要】
基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法
本專利技術涉及計算機圖形領域和機器人控制領域，是基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法。
技術介紹
拋光是模具制造的重要工序，采用氣壓砂輪光整新技術可以有效地提高模具自由曲面的加工質量。進動拋光是氣壓砂輪光整的一種重要加工方式，這種方式不僅能夠改變切削速度方向，且其去除函數近似高斯分布，有利于計算駐留時間。但是，經理論分析和實驗觀察發現，在氣壓砂輪光整過程中，進動加工方式僅適用于遠離邊界的連續曲面內部，而模具邊界附近加工時對切削速度方向的分布有一定約束。若不加約束而采用進動方式，則在邊界線附近加工時便會出現問題，如振動加劇、邊界材料過度磨損等，甚至被鋒利的模具邊界破壞氣壓砂輪的磨粒層，造成氣壓砂輪整體失效。因此，在進行氣壓砂輪進動加工軌跡規劃時，獲得模具的邊界線信息，以優化進動軌跡，是當前迫切需要解決的問題。對于任意的復雜模具三維模型，三維軟件在導出VRML文件時，會將所有表面分割成不重復也不遺漏的一系列三角面，各三角面的位置和相互關系可由組成三角面的頂點及頂點外法向計算得到。因此，本專利技術提出的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，其前提條件是三維模型的邊界線提取方法。該方法用于從VRML文件中提取數據，通過一定的算法獲得對應三維模型的邊界線數據，很有必要。
技術實現思路
為了解決無法從三維建模軟件中直接獲得模型邊界線數據的問題，本專利技術從三維模型觸發，提供一種基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，該方法適用范圍廣，可任意處理復雜形貌的三維模型。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，所述軌跡優化方法包括以下步驟：(1)通過三維軟件建立模具模型，對模型加工表面進行軌跡規劃，以CLSF文件格式保存，文件擴展名為cls；同時，將模型以VRWL文件格式保存，文件擴展名為wrl；(2)讀取所述VRML文件，采用正則表達式識別文本數據，然后將數據存儲到數組中，數組包括單位法向量數組、線段數組和坐標數組；(3)用戶設定“法向量突變閾值T”，簡稱“閾值T”，取0.2，閾值T的取值依據三維模型上最大曲率值，曲率越大，閾值T應取越大；(4)將單位法向量數組內每一條法向量進行兩兩作差，同閾值T進行比較，若差向量的模小于等于閾值T，則認為兩個法向量所對應的三角面是連續的面，面內不存在邊界線，并且，如果這兩個三角面內存在相同頂點的線段，則一定為面內不存在的邊界線，稱為“對角線”，刪除這兩條對角線；如果不存在，則表示兩個三角面不屬于同一面，不作處理。若差向量的模大于閾值T，則認為這兩個三角面是不連續的面，并且，如果這兩個三角面內存在相同頂點的線段，則一定為邊界線，刪除其中一條；如果不存在，則表示兩個三角面不相交，不作處理；(5)將剩余線段進行整理，得到線段數組；(6)提取步驟5中的線段數組，即邊界線數據，將其用于氣壓砂輪進動拋光軌跡規劃過程中，對軌跡上的任意一個加工點，計算其接觸面中心與每條邊界的距離，若其距離值小于設定的距離R，則對邊界線與加工點的相對位置進行姿態優化。進一步，所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，其特征在于：所述步驟(2)中，所述的單位法向量數組是由三角面的三個頂點的法向量求和再取單位向量得到，所述的線段數組是由三角面三頂點兩兩相連得到。再進一步，所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，其特征在于：所述的步驟(3)中，所述的閾值T的物理意義為：當法向量之差的模小于閾值時，法向量夾角較小，面夾角接近0度，曲面連續性好。再進一步，所述的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，其特征在于：所述的步驟(6)中，姿態優化的具體實施方式為：添加一個約束條件，即氣壓砂輪的切削速度方向不能含有沿邊界外法向相反方向的分量。本專利技術的技術構思為：本專利技術提出的基于三維模型邊界線提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，是將VRML格式文本中的圖形數據通過識別和計算，得到模具三維模型的所有邊界線坐標信息，然后用于氣壓砂輪進動軌跡規劃的姿態優化。首先使用三維建模軟件，如PRO/E、UG、SolidWorks、CATIA等，建立三維模型；然后進行軌跡規劃，將其存儲為CLSF文件格式，并將模型另存為VRML(后綴名為wrl)文件格式，選擇輸出版本為VRML97；然后利用三維模型邊界線提取方法從wrl格式文件中提取出模具三維模型的邊界線數據；最后將邊界數據用于氣壓砂輪進動加工的軌跡規劃過程中。邊界線數據由兩個數據表格組成，其中一個表格存儲了所有的端點坐標值，每行三個元素表示端點空間直角坐標系中的坐標；另一個表格存儲了每一條邊界線的兩個端點坐標的索引，每行兩個元素表示一條邊界線的兩個端點的索引編號，這兩個數組可以確定模型中的所有邊界線。氣壓砂輪進動加工軌跡規劃過程中，對規劃軌跡上的任意一個加工點，計算其接觸面中心與每條邊界的距離，若其距離值小于設定的距離R，則對邊界線與加工點的相對位置進行優化。本專利技術的有益效果在于：本專利技術所提及的三維模型邊界線提取方法，無需額外的設備或測量工具，數據量小，輔助數據充分，計算過程簡單可靠，易編程，操作難度低，能精確地得到三維模型邊界線數據；只要調整法閾值即可識別具有不同曲率的曲面的三維模型；合理設置閾值，可以將大區率的圓角特征識別為邊界線，而將小曲率的曲面識別為無邊界的連續的面。附圖說明圖1是本專利技術提取邊界線與優化軌跡的整體流程圖圖2是對角線和重復線段去除流程圖圖3是法向量突變閾值的物理含義示意圖圖4是六棱柱處理前所有線段示意圖圖5是六棱柱處理后所有線段示意圖圖6弧形拋光面、拋光路徑和邊界線圖7無約束條件切削速度方向分布(俯視)圖8有約束條件切削速度方向分布(俯視)具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步描述。參照圖1至圖8，并以六棱柱提取邊界線和模具曲面軌跡優化為例，提供基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法。所述軌跡優化方法包括以下步驟：第一步，通過三維軟件建立模具模型，對模型加工表面進行軌跡規劃，以CLSF文件格式保存，文件擴展名為cls；同時，將模型以VRWL文件格式保存，文件擴展名為wrl。第二步，讀取所述VRML文件，文件所描述的三維圖形信息主要由以下四部分組成：坐標點(Coordinatepoint)、點法向量(Normalvector)、三角面頂點序列(CoordIndex)、點法向序列(NormalIndex)。六棱柱模型對應的VRML文件主要內容如下：coordCoordinate{#坐標點point[-17.32050900,-17.320509020,-8.660254-150,-8.660254-1520,-8.660254150,-8.6602541520,8.660254-150,8.660254-1520,8.660254150,8.6602541520,17.32050900,17.320509020]}normalNormal{#點法向量列表vector[-0.866025-0.50,-0.8660250.50,0-10,00-1,001,010,本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于三維邊界提取的模具氣壓砂輪進動加工軌跡優化方法，其特征在于：所述軌跡優化方法包括以下步驟：(1)通過三維軟件建立模具模型，對模型加工表面進行軌跡規劃，以CLSF文件格式保存，文件擴展名為cls；同時，將模型以VRWL文件格式保存，文件擴展名為wrl；(2)讀取所述VRML文件，采用正則表達式識別文本數據，然后將數據存儲到數組中，數組包括單位法向量數組、線段數組和坐標數組；(3)用戶設定“法向量突變閾值T”，簡稱“閾值T”，取0.2，閾值T的取值依據三維模型上最大曲率值，曲率越大，閾值T應取越大；(4)將單位法向量數組內每一條法向量進行兩兩作差，同閾值T進行比較，若差向量的模小于等于閾值T，則認為兩個法向量所對應的三角面是連續的面，面內不存在邊界線，并且，如果這兩個三角面內存在相同頂點的線段，則一定為面內不存在的邊界線，稱為“對角線”，刪除這兩條對角線；如果不存在，則表示兩個三角面不屬于同一面，不作處理；若差向量的模大于閾值T，則認為這兩個三角面是不連續的面，并且，如果這兩個三角面內存在相同頂點的線段，則一定為邊界線，刪除其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：金明生，計時鳴，張鶴騰，張利，蔡東海，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：