CN104376181B - 基于主元的飞机样板视口快速设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主元的飞机样板视口快速设计方法，属于飞机数字化制造技术领域，该方法首先根据CAD二维图样的一部分作为输入，自动识别视口位置，并自动提取视口的主元；然后以主元为基准进行边界拓展，确定整个视口所包含的曲线，同时得到关联元素、关联元素法矢、基点的信息；再根据飞机零件视口位置的特点，由基点、关联元素法矢、主元曲率中心得到视口类别；最后画出辅线，形成视口，并将连接到视口的曲线进行退化处理。本发明根据二维图形的基本识别，对各曲线进行智能的判别与扩展。将上述方法集合在同一个工具中，预计能够节省70%的时间。为实现样板视口设计的快速化与标准化，奠定了自动化设计的基础。

Description

基于主元的飞机样板视口快速设计方法

技术领域

本发明是一种面向飞机样板视口快速设计的方法，属于飞机数字化制造技术领域。

背景技术

飞机样板是一类将飞机部、组、零件的某些特征以1：1的比例制成且带有工艺信息的刚性量具，是飞机部、组、零件的真实反映。其制造简单，成本低廉，使用方便，因而在飞机制造过程中得到广泛应用，并发挥着重要作用。

样板视口是样板上的开口，在飞机结构件外形样板上十分常见，通常用于铣切下陷、拐角、筋条端头等位置，以检验这些位置的正确性。飞机大型结构件样板普遍拥有数百处视口，传统设计方式依靠人工交互进行设计，重复工作量大、效率低等问题已经成为样板设计的瓶颈，严重影响了飞机工艺准备，不利于新机型的快速研制。目前，国内外尚未有相关样板快速设计的方法及系统。

发明内容

为克服样板视口设计过程中的大量重复操作，本发明提供了一种视口快速生成的方法。该方法首先根据CAD二维图样的一部分作为输入，自动识别视口位置，并自动提取视口的主元；然后以主元为基准进行边界拓展，确定整个视口所包含的曲线，同时得到关联元素、关联元素法矢、基点的信息；再根据飞机零件视口位置的特点，由基点、关联元素法矢、主元曲率中心得到视口类别；最后画出辅线，形成视口，并将连接到视口的曲线进行退化处理。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种基于主元的飞机样板视口快速设计方法，包括如下步骤：（1）视口主元识别；（2）视口边界识别；（3）视口类别判定；（4）视口生成；

所述的步骤（1）视口主元识别：当视口主元在筋条端头处为直线，即其长度L<筋条端头长度最大值L_m，其它位置处是曲线，即，其曲率C>非筋条端头视口的主元曲率最小值Q；在输入的CAD二维图样中，通过上述的曲率判断及长度判断，检索得到视口位置，此视口位置的曲线即为主元；

步骤（2）视口边界识别：针对步骤（1）得到的主元进行扩展，首先依据主元的一个端点开始搜索，若在其它曲线上的投影与自身重合并且落在相应曲线内部或端点上，此为判断通过此主元端点曲线的充要条件，通过这种方式可查找到所有通过主元端点的曲线；

若曲线端点不与此主元端点重合，则在此处打断，经过调整后的原曲线和打断后新产生的曲线均通过此主元端点，所有通过此主元端点的曲线构成集合A；若A中曲线与主元在此主元端点处首尾相连，取此曲线与主元在此主元端点处切矢乘积，否则取切矢乘积的负值，取这些值中的最大者所对应的曲线，即为视口的关联元素或视口内部曲线；

对筛选出的曲线进行判定，若其曲率C>非筋条端头视口的主元曲率最小值Q或其长度L<单个需检验位置形成的视口中直线长度最大值L_i,则其全部位于视口中，与主元相似，对不与主元相交的一端进行上述检索，如此循环，直至得到真正的关联元素；

为保证样板视口附近的强度要求，两个视口之间距离有最小值a且一条曲线可以和不止一个主元相连，则只有当其长度不小于L_a(且L_a =2*L_i+a)，才是真正的关联元素，否则其为伪主元，当为伪主元时，按其全部位于视口中进行检索，得到到唯一相连线后，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，然后与伪主元相似，对不与伪主元相交的一端进行检索，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，如此循环,即直线长度累加，直至伪主元长度累加值L≥L_a，证明此伪主元为关联元素，若在检索过程中出现唯一相连线曲率C≤Q，则此伪主元全部位于视口当中；对主元两端分别进行此搜索，最终得到整个视口需要包含的所有曲线及其关联元素、关联元素法矢；然后从与主元相接的关联元素端点处沿关联元素远离视口的方向偏移具体工艺要求距离得到的点为基点；

步骤（3）视口类别判定：通过视口的两个基点、关联元素在对应基点处的法矢及初始主元的曲率中心之间的相互关系来确定视口类型：即，两关联元素法矢平行且不与两基点连线平行，则为铣切下陷类视口；两关联元素法矢平行则为槽类端头视口或筋条端头类视口；按关联元素法矢还可得到关联元素的角度值；

步骤（4）视口生成：对于不同的视口类型，建立标准的开视口方案，进行画线生成视口，并对连接到视口的曲线进行退化处理。

本发明的有益效果：本发明采用上述方案，根据二维图形的基本识别，对各曲线进行智能的判别与扩展。将上述方法集合在同一个工具中，预计能够节省70%的时间。为实现样板视口设计的快速化与标准化，奠定了自动化设计的基础。同时，为基于二维图形的其它应用提供 了一种参考方法。

附图说明

图1视口组成部分结构图。

图2本发明方法整体流程图。

图3视口边界识别流程图。

图4视口形式判定流程图。

具体实施方式

视口组成及其基本概念，参照图1，视口主元为需要在样板上开视口检验其位置准确性的曲线，在筋条端头处为直线，其它位置是大曲率曲线。关联元素为连接视口边界的曲线，本身不需要全部开视口进行检验，仅在视口中保留一段，由于连接到视口的曲线需要进行退化处理，故图中的关联元素是断幵的。为形成封闭视口轮廓而作出的曲线为辅线。辅线与关联元素的交点处为视口的基点。为保证视口的间距会出现视口的合并，从而可导致合并前为关联元素的曲线全部位于视口中，存在这种可能的曲线为伪主元。

本发明基于主元的飞机样板视口快速设计方法，其流程参照图2，包含以下步骤：（1）视口主元识别；（2）视口边界识别；（3）视口类别判定;（4） 视口生成。其中：

步骤（1），对应图2中的T₂步骤，视口主元识别：当视口主元在筋条端头处为直线，即其长度L<筋条端头长度最大值L_m，（此处L_m =10）其它位置处是曲线，即，其曲率C>非筋条端头视口的主元曲率最小值Q，此处Q=0.02；在输入的CAD二维图样中，通过上述的曲率判断及长度判断，并建立一个集合。此集合的每个元素均视为主元（为减少预处理时间及简化后续操作，此处在捡索到曲率C<Q的主元后，不再检索直线主元。若没有检索到任何主元，则继续等待输入；

步骤（2）对应图2中的T₃步骤，视口边界识别：针对步骤（1）得到的主元进行扩展，首先依据主元的一个端点开始搜索，若在其它曲线上的投影与自身重合并且落在相应曲线内部或端点上，即为通过此主元端点的曲线（S₂),如果此曲线位于主元集合中，就将其从主元集合中移除。若检索到的曲线在主元端点处的参数落在其端点对应的区间内，则将此曲线在主元端点处打断，新生成的曲线同样通过此主元端点（S₃）。

如果没有任何曲线满足点连续，则将主元端点视为视口的一个基点。若曲线端点不与此主元端点重合，则在此处打断，经过调整后的原曲线和打断后新产生的曲线均通过此主元端点，所有通过此主元端点的曲线构成集合A；若A中曲线与主元在此主元端点处首位相连，取此曲线与主元在此主元端点处切矢乘积，否则取切矢乘积的负值，通过比较得到这些值中的最大者及所对应的唯一的曲线(S₄)。最终可得到唯一的曲线(S₆)。由于两个视口之间距离有最小值a（此处a=5mm)，故对此曲线进行长度与曲率判定(S₇)，如曲率C>Q (此处Q为0.02)或长度L<L_i（此处L_i=5mm)，则将此曲线视为主元（S₁）,与原主元端点不重合的一端为新的主元端点，重复前面的操作；如曲率C≤Q且长度L≥L_a (L_a=2* L_i +a =15mm)，视其为关联元素(S₁₁)；如曲率C≤Q且长度L满足L_a>L≥L_i，则将此曲线视为伪主元（S₈），按其全部位于视口中进行检索，得到到唯一相连线后，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，然后与伪主元相似，对不与伪主元相交的一端进行检索，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，如此循环，即直线长度累加S₁₀，如累加值不小于L_a，此伪主元即为关联元素，若在检索过程中出现唯一相连线曲率C≤Q，则此伪主元全部位于视口当中。将主元两端均进行上述搜索，最终得到整个视口需要包含的所有曲线及其关联元素、关联元素法矢；、然后从与主元相接的关联元素端点处沿关联元素远离视口的方向偏移具体工艺。

步骤（3）对应图2中的T₄步骤，视口类别判定：通过视口的两个基点、关联元素在对应基点处的法矢及初始主元的曲率中心之间的相互关系来确定视口类型：即，两关联元素法矢平行且不与两基点连线平行，则为铣切下陷类视口；两关联元素法矢平行则为槽类端头视口或筋条端头类视口；按关联元素法矢还可得到关联元素的角度值；具体流程如图4，根据关联元素在对应基点处的法矢及主元类型、曲率中心得出；主元不为直线时，若关联元素法矢相较其反向指向初始主元的曲率中心 (S₁₆)，辅线以基点为起点沿对应关联元素法矢方向绘制（S₁₈）;反之沿关联元素法矢方向的反向绘制(S₁₇)。通过两个关联元素法矢的夹角来进行判定（S₁₉），若结果为平行且法矢平行于两基点连线，则计算两个基点距离（S₂₀），如果两个基点距离D<d(此处d=10mm),则为筋条端头类视口（S₂₄）,如果距离D≥d,则为槽端头类视口（S₂₃）；若结果为平行且法矢不平行于两基点连线（S₂₀）,则为铣切下陷类视口（S₂₂）；若结果为一般角度，则为一般转角类视口（S₂₅）。

步骤（4）对应图2中的T₄步骤，视口生成：对于不同的视口类型，建立标准的开视口方案，进行画线生成视口，并对连接到视口的曲线进行退化处理。具体为：根据样板制造工艺，连接到视口的曲线需要退化一段距离s(此处s=1mm)。这类曲线连接到视口中曲线的端点处，且此处也是需要退化曲线的端点。在视口自动扩展过程的同时，进行打断并移出操作是非常简便与合理的（参照图3 中S₅，显然在伪主元建立的检索循环中是不需要进行退化操作的）。当此曲线长度小于距离s时，直接移除即可满足要求；若长度大于退化距离，则以曲线连接到视 口的端点为圆心，以距离s为半径，作出靠近曲线另一端点的交点。由此曲线特性可知，此交点为唯一值，并且其位于曲线内部。在交点处打断曲线，产生的新曲线以交点处为起点，原曲线终点为终点，原需断开曲线终点调整到交点处。若打断前，曲线起始点连接到视口，则移除打断后的原曲线，反之，移除新产生的曲 线。对于关联元素，只需先在基点处打断，然后对连接到视口的那一侧进行上述退化处理即可。

Claims (1)

1.一种基于主元的飞机样板视口快速设计方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）视口主元识别；（2）视口边界识别；（3）视口类别判定；（4）视口生成；

所述的步骤（1）视口主元识别：当视口主元在筋条端头处为直线，即其长度L<筋条端头长度最大值L_m，其它位置处是曲线，即，其曲率C>非筋条端头视口的主元曲率最小值Q；在输入的CAD二维图样中，通过上述的曲率判断及长度判断，检索得到视口位置，此视口位置的曲线即为主元；

步骤（2）视口边界识别：针对步骤（1）得到的主元进行扩展，首先依据主元的一个端点开始搜索，若在其它曲线上的投影与自身重合并且落在相应曲线内部或端点上，此为判断通过此主元端点曲线的充要条件，通过这种方式可查找到所有通过主元端点的曲线；

若曲线端点不与此主元端点重合，则在此处打断，经过调整后的原曲线和打断后新产生的曲线均通过此主元端点，所有通过此主元端点的曲线构成集合A；若A中曲线与主元在此主元端点处首尾相连，取此曲线与主元在此主元端点处切矢乘积，否则取切矢乘积的负值，取这些值中的最大者所对应的曲线，即为视口的关联元素或视口内部曲线；

对筛选出的曲线进行判定，若其曲率C>非筋条端头视口的主元曲率最小值Q或其长度L<单个需检验位置形成的视口中直线长度最大值L_i,则其全部位于视口中，与主元相似，对不与主元相交的一端进行上述检索，如此循环，直至得到真正的关联元素；

为保证样板视口附近的强度要求，两个视口之间距离有最小值a且一条曲线可以和不止一个主元相连，则只有当其长度不小于L_a，L_a =2*L_i+a，才是真正的关联元素，否则其为伪主元，当为伪主元时，按其全部位于视口中进行检索，得到到唯一相连线后，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，然后与伪主元相似，对不与伪主元相交的一端进行检索，若其曲率C>Q，则将其长度值加入到伪主元长度中去，如此循环,即直线长度累加，直至伪主元长度累加值L’≥L_a，证明此伪主元为关联元素，若在检索过程中出现唯一相连线曲率C≤Q，则此伪主元全部位于视口当中；对主元两端分别进行此搜索，最终得到整个视口需要包含的所有曲线及其关联元素、关联元素法矢；然后从与主元相接的关联元素端点处沿关联元素远离视口的方向偏移具体工艺要求距离得到的点为基点；

步骤（3）视口类别判定：通过视口的两个基点、关联元素在对应基点处的法矢及初始主元的曲率中心之间的相互关系来确定视口类型：即，两关联元素法矢平行且不与两基点连线平行，则为铣切下陷类视口；两关联元素法矢平行则为槽类端头视口或筋条端头类视口；按关联元素法矢还可得到关联元素的角度值；

步骤（4）视口生成：对于不同的视口类型，建立标准的开视口方案，进行画线生成视口，并对连接到视口的曲线进行退化处理，具体为根据样板制造工艺，连接到视口的曲线需要退化一段距离s，这类曲线连接到视口中曲线的端点处，且此处也是需要退化曲线的端点，在视口自动扩展过程的同时，进行打断并移出操作，当此曲线长度小于距离s时，直接移除即可满足要求；若长度大于退化距离，则以曲线连接到视口的端点为圆心，以距离s为半径，作出靠近曲线另一端点的交点，由此曲线特性可知，此交点为唯一值，并且其位于曲线内部；在交点处打断曲线，产生的新曲线以交点处为起点，原曲线终点为终点，原需断开曲线终点调整到交点处，若打断前，曲线起始点连接到视口，则移除打断后的原曲线，反之，移除新产生的曲线，对于关联元素，只需先在基点处打断，然后对连接到视口的那一侧进行上述退化处理即可。