CN105069312A - 自由曲面测量点分布的规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自由曲面测量点分布的规划方法，属于零件加工制造检测领域。本发明通过设计合理的数值计算方法，并提出了合理的自由曲面局部形状特征的判定参数和判定方法，不但能够达成自适应地根据曲面的局部特性来调整测量点的疏密，实现基于形状特征自适应自由曲面测量点分布规划，而且自由曲面在处理过程中保持一致的四边形拓扑结构，这样有利于实现曲面后续依据测量点数据的重构过程。

Description

自由曲面测量点分布的规划方法

技术领域

本发明涉及零件加工制造检测领域，具体涉及一种自由曲面测量点分布的规划方法。

背景技术

自由曲面是指不能由初等解析函数或二次函数进行描述，而必须通过三次或更高次函数进行描述才能得到的曲面。航空、航天等现代装备制造业中涉及到大量的自由曲面零件的检测工作，所涉及到的零件造型复杂、加工精度要求高，对零件的精密检测技术提出了极高的要求。

曲面检测的实质是用一系列离散的采样点提取曲面尽可能准确的实际形状信息，因此曲面测量点的数量及分布将直接决定检测过程的精度和效率，需要运用一定的计算方法进行科学地规划。对于自由曲面进行等间距均匀采样规划是最为简单易行的测量点规划方法，可以通过缩小或增大测量点间距从而在零件测量精度和效率之间取得平衡；但是等间距采样方法冰没有考虑曲面不同位置的形状特征，它在曲面的平顺区域和复杂区域规划相同密度的测量点，这一方面可能使平顺区域规划过多的测量点从而降低曲面数字化的效率，另一方面可能使复杂区域规划过少的测量点从而降低曲面数字化的精度，因此这种测点规划方法不够科学。

实际上，曲面测量点的理想规划方案应当是使测点分布的疏密跟随曲面的形状特征而发生变化，即曲率越大测量点应越密集，反之亦然。然而自由曲面不同位置的形状特征分布非常复杂，曲面的曲率变化没有明显的规律，因此需要设计合理的数值计算方法，实现基于其形状特征自适应测点分布规划。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现基于形状特征自适应自由曲面测量点分布规划。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自由曲面测量点分布的规划方法，包括以下步骤：

S1、将自由曲面按照u，v方向分解为M×N个四边形区域，并存储每个四边形区域顶点的三维坐标，M、N为正整数，初始化分割次数i为0；

S2、根据所述四边形区域的四个顶点高度坐标和四边形区域的中点高度坐标，确定四边形区域是否需要进一步分解；

S3、根据所述四边形区域的四个顶点高度坐标和四边形区域的中点高度坐标，确定测量点集合。

优选地，步骤S2具体为：

S21、设定分割误差ε_c作为采样参数，依次读取每一个四边形区域4个顶点的Z向坐标ZV₁、ZV₂、ZV₃、ZV₄，并得到四边形中点的Z向坐标ZM，定义Z′M＝(ZV₁+ZV₂+ZV₃+ZV₄)/4，定义t＝|ZM-Z′M|；

S22、将每个四边形区域的t值与ε_c进行比较，如果全部四边形区域的t值都满足t≤ε_c，则表明采样条件满足，执行步骤S3；如果有任意四边形区域的t>ε_c，则将整个自由曲面在该四边形区域进一步分割，得到(2M-1)×(2N-1)个四边形区域，将分割次数i加1，返回步骤S21。

优选地，步骤S3具体为：

S31、预设细分误差ε_l作为滤波参数，所述滤波参数ε_l表示区域分割的疏密程度，读取第i次分割后的每个四边形区域4个顶点Z向坐标ZV₁ ⁽ⁱ⁾、ZV₂ ⁽ⁱ⁾、ZV₃ ⁽ⁱ⁾、ZV₄ ⁽ⁱ⁾及其中点Z向坐标Z’⁽ⁱ⁾M，定义Z’⁽ⁱ⁾M＝(ZV₁ ⁽ⁱ⁾+ZV₂ ⁽ⁱ⁾+ZV₃ ⁽ⁱ⁾+ZV₄ ⁽ⁱ⁾)/4，并得到参数t⁽ⁱ⁾＝|Z⁽ⁱ⁾M-Z’⁽ⁱ⁾M|，将t’与ε_l进行比较，如果存在四边形区域的t⁽ⁱ⁾≤ε₁，则将该四边形区域形状信息过滤，删除该四边形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；如果该四边形区域的t⁽ⁱ⁾＞ε₁，则该四边形区域形状信息被保留，储存该四边形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；直到第i次分割的所有四边形区域都完成判定；然后进行第i-1次分割后各四边形区域的判定，直到完成第1次分割前，M×N多个四边形区域的判定；

S32、输出所有储存的中点Z向坐标信息，形成测量点集合。

(三)有益效果

本发明通过设计合理的数值计算方法，并提出了合理的自由曲面局部形状特征的判定参数和判定方法，不但能够达成自适应地根据曲面的局部特性来调整测量点的疏密，实现基于形状特征自适应自由曲面测量点分布规划，而且自由曲面在处理过程中保持一致的四边形拓扑结构，这样有利于实现曲面后续依据测量点数据的重构过程。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的方法中判定参数几何含义示意图；

图3为采用B样条及贝塞尔造型方法获得的自由曲面规划得到测点的实例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种自由曲面测量点分布的规划方法，包括以下步骤：

S1、将自由曲面按照u，v方向分解为M×N个矩形区域(此矩形区域为第1层矩形区域)，并存储每个矩形区域顶点的三维坐标，M、N为正整数，初始化分割次数i为0；

S2、根据所述矩形区域的四个顶点高度坐标和矩形区域的中点高度坐标，确定矩形区域是否需要进一步分解，具体步骤包括：

S21、设定分割误差ε_c作为采样参数，决定了分割区域的大面数量，依次读取每一个矩形区域4个顶点的Z向坐标ZV₁、ZV₂、ZV₃、ZV₄，并得到矩形中点的Z向坐标ZM，定义Z′M＝(ZV₁+ZV₂+ZV₃+ZV₄)/4，定义t＝|ZM-Z′M|，Z′M及t的具体几何含义如下图2所示，图2中的“矩形区域”为对图2中的“自由曲面部分”分割得到的对应的矩形，分割的过程将曲面近似为矩形；

S22、将每个矩形区域的t值与ε_c进行比较，如果全部矩形区域的t值都满足t≤ε_c，则表明采样条件满足，执行步骤S3；如果有任意矩形区域的t>ε_c，则将整个自由曲面在该矩形区域进一步分割，得到(2M-1)×(2N-1)个矩形区域，将分割次数i加1，返回步骤S21。至此完成了自由曲面的“采样”阶段。

S3、根据所述矩形区域的四个顶点高度坐标和矩形区域的中点高度坐标，确定测量点集合。步骤S3具体为：

S31、预设细分误差ε_l作为滤波参数，所述滤波参数ε_l表示区域分割的疏密程度，读取第i次分割后的每个矩形区域4个顶点Z向坐标ZV₁ ⁽ⁱ⁾、ZV₂ ⁽ⁱ⁾、ZV₃ ⁽ⁱ⁾、ZV₄ ⁽ⁱ⁾及其中点Z向坐标Z’⁽ⁱ⁾M，定义Z’⁽ⁱ⁾M＝(ZV₁ ⁽ⁱ⁾+ZV₂ ⁽ⁱ⁾+ZV₃ ⁽ⁱ⁾+ZV₄ ⁽ⁱ⁾)/4，并得到参数t⁽ⁱ⁾＝|Z⁽ⁱ⁾M-Z’⁽ⁱ⁾M|，将t’与ε_l进行比较，如果存在矩形区域的t⁽ⁱ⁾≤ε₁，则将该矩形区域形状信息过滤，删除该矩形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；如果该矩形区域的t⁽ⁱ⁾≤ε₁，则该矩形区域形状信息被保留，储存该矩形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；直到第i次分割的所有矩形区域都完成判定；然后按照上述方式进行第i-1次分割后各矩形区域的判定，再判定第i-2次分割后的各矩形区域的判定，…，按此规律反向地依次判定，直到完成步骤S2第1次分割前，步骤S1分解得到的第1层的M×N多个矩形区域的判定；此过程为曲面的“滤波阶段”。

S32、输出所有储存的中点Z向坐标信息，形成测量点集合。

图3为采用B样条及贝塞尔造型方法获得的自由曲面规划得到测点的实例图。

由以上实施例可以看出，本发明通过设计合理的数值计算方法，并提出了合理的自由曲面局部形状特征的判定参数和判定方法，不但能够达成自适应地根据曲面的局部特性来调整测量点的疏密，实现基于形状特征自适应自由曲面测量点分布规划，而且自由曲面在处理过程中保持一致的四边形拓扑结构，这样有利于实现曲面后续依据测量点数据的重构过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自由曲面测量点分布的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将自由曲面按照u，v方向分解为M×N个四边形区域，并存储每个四边形区域顶点的三维坐标，M、N为正整数，初始化分割次数i为0；

S2、根据所述四边形区域的四个顶点高度坐标和四边形区域的中点高度坐标，确定四边形区域是否需要进一步分解；

S3、根据所述四边形区域的四个顶点高度坐标和四边形区域的中点高度坐标，确定测量点集合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21、设定分割误差ε_c作为采样参数，依次读取每一个四边形区域4个顶点的Z向坐标ZV₁、ZV₂、ZV₃、ZV₄，并得到四边形中点的Z向坐标ZM，定义Z′M＝(ZV₁+ZV₂+ZV₃+ZV₄)/4，定义t＝|ZM-Z′M|；

S22、将每个四边形区域的t值与ε_c进行比较，如果全部四边形区域的t值都满足t≤ε_c，则表明采样条件满足，执行步骤S3；如果有任意四边形区域的t>ε_c，则将整个自由曲面在该四边形区域进一步分割，得到(2M-1)×(2N-1)个四边形区域，将分割次数i加1，返回步骤S21。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S31、预设细分误差ε_l作为滤波参数，所述滤波参数ε_l表示区域分割的疏密程度，读取第i次分割后的每个四边形区域4个顶点Z向坐标及其中点Z向坐标Z’⁽ⁱ⁾M，定义并得到参数t⁽ⁱ⁾＝|Z⁽ⁱ⁾M-Z’⁽ⁱ⁾M|，将t⁽ⁱ⁾与ε_l进行比较，如果存在四边形区域的t⁽ⁱ⁾≤ε_l，则将该四边形区域形状信息过滤，删除该四边形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；如果该四边形区域的t⁽ⁱ⁾≤ε_l，则该四边形区域形状信息被保留，储存该四边形区域本次分割的中点Z向坐标Z⁽ⁱ⁾M；直到第i次分割的所有四边形区域都完成判定；然后进行第i-1次分割后各四边形区域的判定，直到完成第1次分割前，M×N多个四边形区域的判定；

S32、输出所有储存的中点Z向坐标信息，形成测量点集合。