面向制造的复杂曲面分割方法研究与系统实现

• 作 者: 张雪晴
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 曲面分割 圆锥样条 可展曲面 曲面加工制造

随着高新科技的不断发展,产品设计和生产自动化程度的不断提高,复杂曲面的应用也越来越广泛。当前的CAD建模技术已经可以设计出外观上令人满意且光滑的复杂曲面,但是这些复杂曲面的制造仍然具有挑战性。目前复杂曲面的制造主要通过数控加工实现,相比于用单一的方法加工整张曲面,基于区域分割的数控加工,其加工效率更高、加工质量更好。基于区域分割的数控加工,其关键技术是复杂曲面区域的自动分割。而现有的复杂曲面区域分割方法,其分割结果有些过于细碎,有些分割的不够均匀,难以应用于实际工程生产中。因此本文研究复杂曲面的分割方法,旨在将一个复杂曲面分割为一些可加工区域,为复杂曲面模型提供一种制造方式。针对长条形目标模型,本文提出一种基于圆锥样条曲面的复杂曲面分割方法。对于给定的曲面模型,该算法首先计算一个逼近目标模型的近似可展曲面;然后通过聚类可展曲面局部逼近圆锥的轴线对可展曲面进行区域分割;再通过求解带圆锥约束的曲面拟合问题,找到圆锥面的圆锥参数;最后通过将优化得到的圆锥面映射到精确圆锥样条曲面空间,构造精确圆锥样条曲面。实验结果表明,该算法能够将一个曲面形状分割为一些圆锥面片的光滑拼接表示,为曲面模型的加工制造带来了新的技术手段。针对非长条形目标模型,本文提出一种基于可展曲面的复杂曲面分割方法。该方法首先依据可展曲面球面像的性质,对目标模型进行初始区域分割;然后通过收缩-扩张的方式,提取出可展性较好的分割区域;之后为每一个分割区域构造一个近似可展曲面,并通过近似可展曲面的增长对分割区域进行扩张和优化,获得铺满整张曲面的分割结果。实验结果表明,该方法能够将一个复杂曲面分割为一些可展性较好的区域。基于上述理论研究,本文设计并实现了面向制造的复杂曲面分割系统,该系统可将一个长条形目标模型分割为一些圆锥面片的光滑拼接,同时可将一个非长条形目标模型分割为可展性较好的一些区域。实例模型的实验效果,验证了该面向制造的复杂曲面分割系统的有效性。