CN106021650A - 一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法。方法首先获得已有几何图元结构及其基准集，构建辅助剪取图元并确定其方向矢量，根据移植需求从已有几何图元结构进行剪取，获得剪取图元结构及其基准集，判断剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接面是否一致，完全一致则进行结构贴合，不一致则构建图元桥接体再结构贴合；加载剪取图元结构与受体图元结构的基准集，对图元结构的基准集进行基准融合，从而获得基准融合的全参数化图元结构模型。本发明方法能在剪取与贴合中动态调整基准集，对隶属不同结构的基准进行层次化分区，不断迭代细分确定基准之间的相关度并以此为优先级，最终获得基准融合的参数化图元结构，解决现有方法难以实现全参数融合驱动的图元结构的难题，有助于实现复杂产品的结构设计。

Description

一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法

技术领域

本发明涉及产品设计理论与方法类，尤其是涉及先进制造技术领域的复杂机械产品的一种图元结构移植的剪取与贴合的基准融合方法。

背景技术

产品结构设计是在产品基型基础上，为满足客户需求而进行变结构的一种支持产品创新的智能设计方法。当前机械制造企业中定制产品进行的大多数设计是产品变拓扑设计，在许多标准化的机械产品开发中，为了满足个性化需求仍然需要进行大量的零部件变拓扑设计，而且变形零部件往往结构复杂、决定着产品整个设计周期的长短，因此，产品结构设计已成为企业新产品开发中的一个瓶颈问题。本发明的背景技术为：

结构的拓扑是指图元间的位置关系，变拓扑是指位置关系、形状和大小的改变。几何图元之间的约束可由参数来表达，几何图元的完备约束是指描述几何图元约束的参数全部得到满足，使全部几何图元参数唯一确定。基准是图元结构集合中的点、线、面、环所形成的全域集合的子集。现有的产品参数化结构设计方法多为基准约束的求解方法，遵循“变参数、不变拓扑”方法，只能改变产品零件结构尺寸大小，但难以改变结构的拓扑，随着模型的复杂度增加，难以满足结构的高效率变拓扑设计需求。

目前基于几何变换和布尔运算的模型结构设计方法，仅能通过平移或旋转或放缩的几何操作来进行图元的简单操作，但难以解决布尔运算与参数化驱动的模型约束冲突难题，使得变形后的结构无法进行参数驱动。目前因产品结构变形缺乏相应方法的支持，只能通过几何层的人工交互进行，使得复杂产品结构修改工作量大，效率低，而结构之间由于缺乏不同结构的图元桥接方法，无法将不同结构的基准融合起来，难以形成统一的参数化的产品模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图元结构移植的剪取与贴合的基准融合方法，实现复杂结构的变拓扑设计与参数化驱动设计的融合。

为了实现上述目的，本发明方法是首先获得已有几何图元的参数化约束基准集，构建辅助剪取图元并确定其方向矢量，从已有几何图元剪取移植图元结构，获得剪取图元结构与受体图元结构，进行剪取图元结构与受体图元结构之间的图元结构贴合，若剪取图元结构与受体图元结构的图元桥接面不一致，则需先构建图元桥接体，获得剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构，在剪取与贴合中判断是否有基准新增或消失，动态对基准集进行调整，对剪取图元结构与受体图元结构的基准进行层次化分区，令每个分区内的基准相关度高于跨区的基准相关度，不断迭代分区，确定基准之间的相关度，以基准间的相关度为优先级，由基准约束集建立基准参数的完备约束方程组，求解方程组得到基准参数值，最终获得基准融合的参数化图元结构。

如图1所示，本发明具体采用的技术方案的步骤如下：

第一步，获得已有几何图元结构及其基准集；

第二步，构建辅助剪取图元并确定其方向矢量，根据移植需求从已有几何图元结构进行剪取，获得剪取图元结构及其基准集；

第三步，进行贴合：判断剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接面是否一致，若完全一致，则进行结构贴合，若否，构建剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接体再通过图元桥接体衔接进行结构贴合，通过结构贴合获得剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构；

第四步，加载剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构的基准集，对图元结构的基准集进行基准融合，从而获得基准融合的全参数化图元结构模型。

所述的剪取，从已有图元结构中获取目标图元模型结构及其基准集合，剪取可通过布尔运算和基准融合来实现，步骤如下：

第一步：检查已有图元模型结构，确定图元级别层级树，获得基准集；

第二步：检查图元结构是否满足布尔减运算条件，检验布尔运算的对象是否为同级图元减运算，若是，可执行线线减运算或面面减运算或体体减运算，若否，可执行线减面运算或线减体运算或面减线运算或面减体运算或体减面运算，判断是否有基准新增或消失，同时对布尔运算中的图元结构的基准集进行调整。；

第三步：根据设计需求构建辅助剪取图元，并确定其方向矢量；

第四步：反转辅助剪取图元的方向矢量的方向，使其指向欲获取的剪取图元结构；

第五步：通过布尔减运算获得剪取图元结构，剪取图元结构中的最高层级与母体图元层级相同，运算过程中判断是否有基准新增或消失，同时对布尔减运算中的图元结构的基准集进行调整，进而获得剪取图元结构的基准集；

第六步：反转辅助剪取图元的方向矢量的方向，执行第五步的图元布尔减运算，可获得受体图元结构及其基准集。

本发明所述的母体图元指的是布尔运算过程中作为运算母体的图元。图元级别层级树中的图元层级从低到高依次为点、线、面、环、体。因此对于均包含点、线、面、环、体等图元的图元集合中，最高层级的图元为体图元。

所述的贴合，是将剪取获得的目标图元模型结构与受体图元模型结构贴合，并实现剪取图元结构与受体图元结构的基准融合，结构贴合的步骤如下：

第一步：加载剪取图元结构与受体图元结构及其各自的基准集；

第二步：检查剪取图元结构与受体图元结构的图元等级，检验是否为同级图元加运算，若否，则不执行布尔运算；若是可执行线线布尔加运算或面面布尔加运算或体体布尔加运算，运算过程中判断是否有基准新增或消失，对布尔加运算中的图元结构的基准集进行调整；

第三步：布尔加运算后获得图元结构，图元结构中的最高层级与母体图元层级相同，即剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构及其基准集。

所述贴合步骤的第二步具体为：

1)若剪取图元结构与受体图元结构均为体图元，则判断剪取图元结构与受体图元结构的图元桥接面是否完全一致：

若是，执行体体布尔加运算，运算过程中判断是否有基准新增或消失，同时对布尔加运算中的图元结构的基准集进行调整；

若否，则执行下一步骤2)；

2)通过高精度插值方法构建剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接体；

3)通过图元桥接体贴合连接剪取图元结构与受体图元结构。

所述的基准融合，是指对隶属不同结构的基准集，用统一的约束方程组表示，使得可以进行全参数驱动，其核心是对基准进行层次化分区，构建基准之间的相关度优先级，重构图元基准间的约束关系，使图元结构的尺寸和拓扑关系得到满足，从而得到满足设计要求的参数化结构。基准融合具体是：从剪取图元结构与受体图元结构中提取基准集，对剪取图元结构与受体图元结构的基准集根据基准之间的相关度作为优先级进行层次分区，分区后建立基准之间的基准约束集，并将基准约束集中的各个约束方程进行合并，构建获得完备约束方程组，求解方程组得到基准的参数值，从而得到基准融合的图元结构。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明提出的基准融合方法，对隶属不同结构的基准进行层次化分区，令每个分区内的基准相关度高于跨区的基准相关度，不断迭代分区，确定基准之间的相关度，以基准间的相关度为优先级，建立图元结构的参数化模型。

2.本发明提出的剪取与贴合的图元桥接方法，在剪取与贴合中判断是否有基准新增或消失，动态对基准集进行调整，通过高精度插值构建剪取结构与受体结构之间的图元桥接体，满足剪取结构与受体图元结构桥接面不一致时的桥接需求，通过多样化的桥接，获得满足需求的基准融合的图元结构。

附图说明

图1是本发明的图元结构移植的剪取与贴合的基准融合流程总图。

图2是本发明的已有图元结构的剪取示意图。

图3是本发明的剪取图元结构与受体图元结构的贴合示意图。

图4是本发明的剪取图元结构与受体图元结构间的图元桥接体构建示意图。

图5是本发明的受体图元结构坐标系到插值局部坐标系的变换过程示意图。

图6是本发明的剪取操作前的螺杆A零件和B零件的结构示意图。

图6(a)是本发明的剪取操作前的螺杆A零件结构示意图。

图6(b)是本发明的剪取操作前的螺杆B零件结构示意图。

图7是本发明的剪取操作后的螺杆A零件和B零件的结构示意图。

图7(a)是本发明的剪取操作后的螺杆A零件结构示意图。

图7(b)是本发明的剪取操作后的螺杆B零件结构示意图。

图8是本发明的贴合操作后的螺杆A’零件和B’零件的结构示意图。

图8(a)是本发明的贴合操作后的螺杆A’零件结构示意图。

图8(b)是本发明的贴合操作后的螺杆B’零件结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细描述。

本发明的实施例如下：

实施例1：图元结构的剪取与贴合

如图2所示，是本发明的已有图元结构的剪取示意图。对于n多边形图元，形成完备约束所需要的基准集合S是图元要素集合G的子集对参数化约束n多边形模型进行目标图元剪取，分别在边P₁P_n和边P₁P₂上进行剪取，获得g(g＝3)个点，剪取操作时，与剪取点相关联的约束将被释放。约束释放可解释为将原有的约束删除，使其变成自由状态。剪取完成后，形成目标图元结构和剩余图元结构两个独立参数化约束模型结构。图2(a)为n边形图元，若以其顶点形成基准，则其基准集为(S₁,……,S_i,……S_n)；图2(b)为选定P_nP₁P₂为目标剪取区域；图2(c)为对选定的P_nP₁P₂目标区域进行剪取，产生断点P_n+1与P_n+2，同时获得的目标区域的基准集(S₁,S_n+1,S_n+2)；图2(d)为将剪取的目标图元结构P_n+1P₁P_n+2与剩余图元结构P_n+2P₂P₃…P_i…P_n+1进行分离，产生断点P_n+3与P_n+4，产生的两个图元结构的基准集分别为(S₁,S_n+3,S_n+4)和(S₂,……,S_i,……S_n+1,S_n+2)。

图2(a)所示的n边形约束建立有多种方法，以顶点距离约束为例，进行剪取操作时，释放的等式约束有P₁P_n＝l₁和P₁P₂＝l₂，新重建的等式约束有P₁P_n+1＝l₃、P_nP_n+1＝l₄、边P₁P_n+2＝l₅、边P₂P_n+2＝l₆。剪取的图元结构P_n+3P₁P_n+4的自由度为2r，为保持剪取前后的目标图元结构不发生变化，基准约束重构施加在剪取图元结构上的约束度也应为2g，g表示正整数。同样的，剩余图元结构P_n+2P₂P₃…P_i…P_n+1的自由度为2(n-g+4)，基准约束重构施加在剩余图元结构上的约束度为2(n-r+4)。

将剩余图元结构P_n+2P₂P₃…P_i…P_n+1作为受体图元结构，将剪取图元结构P_n+3P₁P_n+4和受体图元结构P_n+2P₂P₃…P_i…P_n+1的基准集形成合集，建立基准之间的相关度，进行以相关度的优先级排序，基准约束重构需按优先级遍历基准集合元素S_i(i＝1,……,m)，将k(k≤m)个图元基准之间的约束记为k元约束，对于k元约束，令i＝1，判断k元约束其中是否与完备基准约束集中的约束重合，即是否存在约束冗余，若约束重合，则不需要重建约束，若没有重合约束，则实时重建约束方程并令赋值i为i+1，直至i＝m遍历完成，形成完备约束代数方程组，总共需要遍历次。

如图3所示，是本发明的剪取图元结构与受体图元结构的贴合示意图。将剪取的图元结构进行移植，进行变拓扑设计。移植时，为适应移植受体的结构，可对剪取结构模型进行比例缩放。针对剪取与贴合的基准融合设计要求，对移植目标与受体进行约束重构。如图3中的贴合实施是，将原有的n边形变成n+1边形，可通过反复迭代实现满足要求的n+2边形，通过进一步的迭代可实现满足要求的n+3、n+4边形等。图3(a)为将剪取的目标图元结构P_n+3P₁P_n+4与剩余图元结构P_n+2P₂P₃…P_i…P_n+1进行模型重构，重构的剪取图元结构基准集为(S₁,S_n+3,S_n+4)与受体图元结构的基准集为(S₂……,S_i,……S_n,S_n+1,S_n+2)；图3(b)为对边P₂P₃进行约束释放重构图元结构，释放时的基准集为(S₂，S₃)，重构结果为边P₂P₃消失；图3(c)为对被截断的区域进行图元恢复重构，重构时以基准集(S₁,S₂……,S_i,……S_n,S_n+1,S_n+2)为基准进行重构约束，重构约束具体为距离约束P_nP_n+1＝l₁,P₂P_n+2＝l₂，产生新的构造点P_n+5。

图3所示的图元重构可由基准集中的元素S_i和距离集合中的元素l_i建立非线性约束方程组，然后求解方程组来进行。对n个基准的集合，写成矢量形式：

S＝[S₁,S₂,……S_i,……,S_n]^T

已有的距离尺寸值也写成矢量l：

l＝[l₁,l₂,……,l_i,……l_n]^T

通过S,l建立非线性方程组，

F_i(S,l)＝0，i＝1,2,3,……,n

可由第n步的基准矢量Sⁿ迭代获得n+1步的Sⁿ⁺¹，即

Sⁿ⁺¹＝Sⁿ–[f’(Sⁿ)]^-1F(Sⁿ)

其中，f’表示导数。

或J·△S＝r

称作雅可比矩阵

其中，

$\begin{array}{cc}f=\frac{\∂F_i}{\∂S_j}& i=1,2,3,\mathrm{...},n;j=1,2,3,\mathrm{...},n\end{array}$

ΔS＝[ΔS₁,ΔS₂,…,ΔS_n]^T

r＝[-F₁,-F₂,…,-F_n]^T

其中，ΔS表示基准在迭代步的变化量，r表示方程组的残余数。

通过反复迭代就可以确定基准集合中的基准参数的值，进一步可以得到基准融合的参数化图元结构，为图3(c)所示的重构形成的n+1边形图元结构。

实施例2：图元桥接体构建

如图4所示，是本发明的剪取图元结构与受体图元结构间的图元桥接体构建示意图。如图4(a)所示，受体图元结构图元桥接面和剪取图元结构图元桥接面上的边界曲线分别为C₁和C₂，O₁为曲线C₁围成的封闭区域的中心，O₂为O₁在曲面Ω₂上的正投影，过法线O₁O₂的法平面与边界曲线C₁、C₂的交点记为C₁₍α)、C₂(α)，其中α为法平面位置与起始位置的偏角，α∈[0,2π)。

如图4(b)所示，以V₁、V₂标识边界曲线C₁、C₂上的节点对，即：V₁＝C₁(α)，V₂＝C₂(α)。曲面Ω₁在V₁处的法平面F₂，切平面F₃，记F₂、F₃的交线的方向矢量为T₁，同理可确定曲面Ω₂上V₂处的对应方向矢量T₂。

图元桥接体构建步骤为：在法平面F₂内，以α＝0所在的交点C₁₍α)、C₂(α)为两端点，构造插值曲线，并将α以一定的步长Δδ逐步向2π推广，其中n∈Z⁺，当边界曲线方程无法确定时，曲率半径T表示曲线的单位切矢量，T’为单位切矢量的导数，当边界曲线C₁为平面曲线且连续可导时，曲率半径y'(x)、y”(x)分别为曲线C₁的方程y(x)的一阶和二阶导函数。这样就得到桥接曲面，对桥接曲面分别与剪取图元结构和受体图元结构之间构成的封闭区域进行实体化，构造图元桥接体结构。图元桥接体是一个过渡几何结构，在构造的时候不仅考虑表面光滑和C¹连续，同时为了避免表面的扭曲，在V₁、V₂间插值曲线构造时，统一取曲线的挠率为0，即在法平面F₂内构造插值曲线。为便于处理，对于在法平面F₂内构造插值曲线问题，先在F₂表面上的V₁点处，以法矢量n方向为z₁轴方向，构造局部坐标系：V₁-x₁y₁z₁，如图4(c)所示。

如图5所示，是本发明的受体图元结构坐标系O-xyz到插值局部坐标系V₁-x₁y₁z₁的变换过程示意图。从坐标系O-xyz到坐标系V₁-x₁y₁z₁需要经过平移和旋转变换，步骤如下：

第一步：将O-xyz沿着矢量OV₁进行平移，得到坐标系V₁-x'y'z'，如图5(a)所示；将坐标系进行平移，坐标变换的转换公式为：

[x’ y’ z']^T＝[x y z]^T+[x₀ y₀ z₀]^T

式中，x₀、y₀、z₀为旧坐标原点相对于新坐标原点的在三个坐标轴上的分量，即三个平移常数。

第二步：将坐标系V₁-x'y'z'绕V₁-y'轴旋转角度θ₁得到坐标系V₁-x”y”z”，如图5(b)所示；

第三步：将V₁-x”y”z”绕V₁-x"旋转θ₂得局部坐标系V₁-x”'y”'z”'，如图5(c)所示；

第四步：将V₁-x”'y”'z”'绕V₁-z”'旋转θ₃得到局部坐标系V₁-x₁y₁z₁，如图5(d)所示。第二步、第三步、第四步的旋转操作的坐标变换公式为：

[x₁ y₁ z₁]^T＝R₃(θ₃)R₂(θ₂)R₁(θ₁)[x’ y’ z']^T

式中，θ₁,θ₂,θ₃为坐标变换的三个旋转角，称为欧拉角。

第五步：若受体图元结构坐标系O-xyz相对插值局部坐标系V₁-x₁y₁z₁有尺度变化，则可设尺度变化参数q(q∈R)，整个坐标系的转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=(1+q)\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\θ}}_1& -{\mathrm{\θ}}_2\\ -{\mathrm{\θ}}_1& 1& {\mathrm{\θ}}_3\\ {\mathrm{\θ}}_2& -{\mathrm{\θ}}_3& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]$

实施例3：螺杆零件

如图6所示，是本发明的方法在注塑螺杆零件的结构移植应用。图6(a)是本发明的剪取操作前的螺杆A零件结构示意图，图6(b)是本发明的剪取操作前的螺杆B零件结构示意图。

图6(a)参数约束尺寸有17个，为L1～L8、d1～d7、螺旋线高度H1、螺距P1，轴向尺寸基准为右端面，径向尺寸基准为水平中心线；

图6(b)参数约束尺寸有18个，为L21～L29、d21～d27、螺旋线高度H2、螺距P2，轴向尺寸基准为右端面，径向尺寸基准为水平中心线。

图6中L表示长度尺寸，d表示直径尺寸；图6(a)螺旋线为左旋，螺距为P1，螺旋线高度为H1；图6(b)螺旋线为左旋，螺距为P2，螺旋线高度为H2。

如图7所示，是本发明的方法在螺杆零件结构移植中的应用。图7(a)是剪取操作后的螺杆A零件结构示意图，图7(b)是剪取操作后的螺杆B零件结构示意图。由图7可见，螺杆A和螺杆B被分为两部分，分别产生两个独立的参数化约束集。图7所示的剪取过程的操作的步骤如下：

第一步：求解图7(a)与(b)中的螺杆的凸包围盒，通过产生凸包围盒来获得模型的方体包络空间；

第二步：通过生成的螺杆模型凸包围盒，确定剪取面的法矢线方向，由法矢单位矢量n及剪取面F上的任意一点M(x_m,ym,z_m)产生自适应有界剪取面F：

n×(x-x_m,y-y_m,z-z_m)^T＝0

也可以在剪取部位选取边界点P₁、P₂、P₃，通过共面的三个点P₁、P₂、P₃，确定三条边，形成有向环P₁P₂P₃P₁，产生自适应有界剪取面F；

第三步：反转剪取面F的主法矢方向，使其指向需求的剪取结构一侧，即螺杆头结构一侧；

第四步：通过第二步得到的剪取面F与螺杆结构进行布尔减运算，欲获得螺杆头部模型结构，故执行体减面布尔运算，即螺杆结构模型减剪取平面的布尔减运算；

第五步：获得剪取图元结构与受体图元结构组成的螺杆头模型结构；

第六步：反转剪取面F的主法矢方向，使其指向第三步中主法矢方向的反向，执行第四步中的体减面布尔运算，可得到需求的受体结构即图7(a)与(b)中的螺杆轴身模型结构；

第七步：对图7所示螺杆结构，轴向尺寸基准为轴身各段右端面，径向尺寸基准为螺杆轴水平中心线，以这些基准构成螺杆基准集合。在剪取后，形成了螺杆头与螺杆轴身两个结构模型，将产生隶属不同结构的两组基准集合，再分别以与剪取部位基准的相关度为优先级，从螺杆头与螺杆轴身基准集合中选择基准建立基准约束尺寸。

图7(a)的螺杆A结构分为A螺杆头和A螺杆轴身结构，需释放的基准约束尺寸有L1、L8，需重建的基准约束尺寸有L0、L9、L10、d8；S_ai表示螺杆A的各基准，对基准进行层次化分区：S_a9～S_a10为螺杆头结构从右向左各个基准面；S_a11为基准环；S_a12为螺杆头顶部基准点；S_a13为中心基准轴，令每个分区内的基准相关度高于跨区的基准相关度，不断迭代分区，得到A螺杆头结构基准集合的相关度矩阵为：

此矩阵为实对称矩阵，矩阵元素表示各基准间的相关度，1>0.9>0.7>0.5>0.4，按优先级先后建立基准约束尺寸L9、d8、L6、d7、L7，共有5个。对A螺杆轴身结构基准集合进行层次化分区：S_a1～S_a7为从螺杆尾部基准面从右向左各个基准面；S_a8为螺杆中心基准轴；再对S_a1～S_a7进行第二层分区：S_a4～S_a5；S_a1～S_a3∪S_a5～S_a7，得到相关度矩阵为：

按优先级先后建立基准约束尺寸d6、L10、L0、L5、d5、螺旋线高H1、螺距P1、L3、d4、L4、d3、d2、L2、d1，共有14个。

图7(b)螺杆结构需释放的基准约束尺寸有L21、L28，需重建的基准约束尺寸有L20、L30、L31；对B螺杆头结构基准集合进行层次化分区：S_b9～S_b11为螺杆头结构从右向左各个基准面；S_b12为螺杆头顶部基准点；S_b13为中心基准轴；S_b14为与中心基准轴S_b13垂直的基准轴线，得到相关度矩阵为：

按优先级先后建立的基准约束尺寸L30、d28、L26、L27、d27、L29，共有6个。对B螺杆轴身结构基准集合进行层次化分区：从S_b1～S_b7为从螺杆尾部基准面从右向左各个基准面，S_b8为螺杆中心基准轴，得到相关度矩阵为：

按优先级先后建立基准约束尺寸L31、d26、L20、L25、d25、螺旋线高H2、螺距P2、L24、d24、L23、d23、L22、d22、d21，共有14个。

如图8所示，是本发明的方法在螺杆零件结构移植应用后的效果。图8(a)是贴合操作后的A’螺杆零件结构约束示意图。图8(b)是贴合操作后的B’螺杆零件结构约束示意图。操作过程如下：

第一步：首先加载剪取结构与受体结构及其基准集，如图8(a)与(b)中的螺杆头模型结构与螺杆轴身模型结构；

第二步：检测螺杆头模型与螺杆轴身模型的图元桥接面。因为在剪取操作时是采用体减平面的布尔运算，因此剪取图元结构与受体图元结构的图元桥接面均为平面，可直接进行布尔加运算；

第三步：进行剪取图元结构和受体图元结构的布尔加运算，即将螺杆A的螺杆头结构与螺杆B的螺杆轴身结构以及螺杆A的螺杆轴身结构与螺杆B的螺杆头结构进行布尔加运算，得到螺杆A’与螺杆B’；

第四步：对布尔运算后获得的螺杆A’与螺杆B’进行基于基准的基准融合，轴向尺寸基准为轴身各段右端面，径向尺寸基准为螺杆轴水平中心线，以这些基准构成螺杆基准集合。需重建的基准约束尺寸有图8(a)中的L11、L12和图8(b)中的L32、L33。在螺杆头结构与螺杆轴身结构贴合后，以与贴合部位基准的相关度为优先级，从螺杆基准集合中选择基准建立基准约束尺寸。在图8(a)螺杆A’结构中，根据A螺杆头结构与B螺杆轴身结构基准的层次化分区关系，得到基准集合的相关度矩阵：

按优先级先后建立基准约束尺寸L12、L11、d6、L26、L5、d5、L27、d27、L29、螺旋线高度H1、螺距P1、L3、d4、L4、d3、d2、L2、d1，共有18个；图8(b)螺杆B’结构中，根据B螺杆头结构与A螺杆轴身结构基准的层次化分区关系，得到基准集合相关度矩阵：

按优先级先后建立基准约束尺寸L32、L33、L7、L25、d26、L6、d7、d25、螺旋线高度H2、螺距P2、L24、d24、L23、d23、d22、L22、d21，共有17个；

第五步：进行移植后的螺杆结构的参数化完备约束集的求解，得到全参数驱动的螺杆A’与螺杆B’。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法，其特征在于该方法的步骤如下：

第一步，获得已有几何图元结构及其基准集；

第二步，进行剪取：构建辅助剪取图元并确定其方向矢量，根据移植需求从已有几何图元结构进行剪取，获得剪取图元结构及其基准集；

第三步，进行贴合：判断剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接面是否一致，若完全一致，则进行结构贴合，若否，构建剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接体，再通过图元桥接体衔接进行结构贴合，通过结构贴合获得剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构；

第四步，加载剪取图元结构与受体图元结构组合的图元结构的基准集，对其进行基准融合，从而获得基准融合的全参数化图元结构模型。

2.根据权利要求1所述的一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法，其特征在于：所述的剪取步骤如下：

第一步：检查已有图元结构，确定图元级别层级树，获得基准集；

第二步：检查图元结构是否满足布尔减运算条件，检验布尔运算的对象是否为同级图元减运算，若是，可执行线线减运算或面面减运算或体体减运算，若否，可执行线减面运算或线减体运算或面减线运算或面减体运算或体减面运算，判断是否有基准新增或消失；

第三步：根据设计需求构建辅助剪取图元，并确定其方向矢量；

第四步：调整辅助剪取图元的方向矢量的方向，使其指向欲获取的剪取图元结构；

第五步：通过布尔减运算获得剪取图元结构，剪取图元结构中的最高层级与母体图元层级相同，运算过程中判断是否有基准新增或消失，同时对布尔减运算中的图元结构的基准集进行调整，进而获得剪取图元结构的基准集；

第六步：反转辅助剪取图元的方向矢量的方向，执行第五步的图元布尔减运算，可获得受体图元结构及其基准集。

3.根据权利要求1所述的一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法，其特征在于：所述的结构贴合的步骤如下：

第一步：加载剪取图元结构与受体图元结构及其各自的基准集；

第二步：检查剪取图元结构与受体图元结构的图元等级，检验是否为同级图元加运算，若否，则不执行布尔运算；若是可执行线线布尔加运算或面面布尔加运算或体体布尔加运算，运算过程中判断是否有基准新增或消失，对布尔加运算中的图元结构的基准集进行调整；

第三步：布尔加运算后获得图元结构，图元结构中的最高层级与母体图元层级相同。

4.根据权利要求3所述的一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法，其特征在于：所述第二步具体为：

1)若剪取图元结构与受体图元结构均为体图元，则判断剪取图元结构与受体图元结构的图元桥接面是否完全一致：

若是，执行体体布尔加运算，运算过程中判断是否有基准新增或消失，同时对布尔加运算中的图元结构的基准集进行调整；

若否，则执行下一步骤2)；

2)通过高精度插值方法构建剪取图元结构与受体图元结构之间的图元桥接体；

3)通过图元桥接体贴合连接剪取图元结构与受体图元结构。

5.根据权利要求1所述的一种图元结构剪取与贴合的基准融合方法，其特征在于：所述的第四步中对图元结构的基准集进行基准融合具体是：从剪取图元结构与受体图元结构中提取基准集，对剪取图元结构与受体图元结构的基准集根据基准之间的相关度作为优先级进行层次分区，分区后建立基准之间的基准约束集，并将基准约束集中的各个约束方程进行合并，构建获得完备约束方程组，求解方程组得到基准的参数值，从而得到基准融合的图元结构。