CN107330142B - 一种基于stl模型的在机检测的测点法矢估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，包括以下步骤：(1)拓扑重建；(2)测点规划；(3)当测点位于三角网格顶点时，进行步骤(4)；测点位于三角网格内部时，进行步骤(6)；(4)通过坐标匹配，确定测点所在顶点的编号，通过顶点的拓扑关系，找到与其相邻的点、线、面的信息，信息为基础计算该顶点的法矢方向
Figure DDA0001302004110000011
跳至步骤(7)；(5)将测点与三角网格投影到x‑y平面，确定测点所在三角面片的编号；(6)利用面的拓扑关系得到测点所在三角面片的三个顶点A、B、C，通过计算得到测点的法矢
Figure DDA0001302004110000012
(7)读取下个测点信息，重复步骤(3)到(6)，直至所有测点的法矢计算完毕。该方法能够提高测点法矢的测量精度。

Description

一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法
技术领域
本发明涉及涉及在机检测的测量误差补偿领域，更具体的说，是涉及一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法。
背景技术
随着制造业技术和装备的不断进步，在机检测系统中对复杂模型的测量精度、测量质量的要求越来越高，其中测点的法矢方向对在机测量系统的测点采样精度、半径误差补偿及预行程误差补偿精度均具有重要的影响。但是现有的测点法矢估算方法误差较大，不能准确测量得到测点的真实位置。因此，针对测点法矢估算的问题，需要设计研究新方法来提高测点测量精度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，该方法能够有效地提高测点法矢的测量精度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，包括以下步骤：
(1)拓扑重建：根据STL模型的STL文件中给出的顶点坐标及三角面片法矢信息，以点、线、面为单位进行拓扑重建，通过编程工具，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系；
(2)测点规划：用一组平行截平面与STL模型进行截交，将得到的交点作为型值点，采用曲线反求的方法构造插值曲线，再根据弦高法进行测点自适应规划，求出所有测点的位置坐标；
(3)根据测点规划后的测点分布，读取一个测点信息，判断测点的位置，当测点位于三角网格顶点时，进行步骤(4)；测点位于三角网格内部时，进行步骤(6)；
(4)通过坐标匹配，确定测点所在顶点的编号，通过顶点的拓扑关系，找到与其相邻的点，线，面的信息，以所述信息为基础计算该顶点的法矢方向
Figure BDA0001302004090000011
跳至步骤(7)；
(5)将测点与三角网格投影到x-y平面，确定测点所在三角面片的编号；
(6)利用面的拓扑关系得到测点所在三角面片的三个顶点A、B、C，按照步骤(4)的方法计算该三个顶点的法矢方向；将测点与该三个顶点相连，把三角面片划分为三个小三角形，并分别求出其面积为S1、S2、S3，通过计算得到测点的法矢
Figure BDA0001302004090000021
(7)读取下一个测点信息，重复步骤(3)—(6)，直至所有测点的法矢计算完毕。
步骤(1)中，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系如下：
(1)对所有点进行编号，并且通过任意顶点能够找到该点及与其相邻的顶点，边，面的信息；
(2)对所有边进行编号，并且通过任意边能够找到该边及其端点、相邻面的信息；
(3)对所有面进行编号，并且通过任意面能够找到该面及其顶点、边、相邻面的信息。
步骤(1)中所述编程工具为Visual Studio2010。
步骤(5)中通过判断测点与投影三角形各个顶点的夹角是否等于360°用来确定测点所在三角面片的编号。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明估算方法解决了测点位于三角网格内部时的法矢估算问题，同时改进了测点位于三角网格顶点时的法矢估算精度，有效的提高了在机检测系统的测量精度和测量质量，对于工件加工质量的评估具有重要影响。
附图说明
图1是STL模型的“点—线—面”拓扑关系图。
图2是本发明测点规划示意图
图3是本发明测点分布图。
图4是弦高法的原理示意图。
图5是本发明顶点拓扑关系图。
图6是本发明测点法矢计算方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
采用本发明的在机检测系统测点法矢估算方法，它包括以下步骤：
步骤一：根据STL模型的STL文件中给出的顶点坐标及三角面片法矢信息，以点、线、面为单位进行拓扑重建，利用Visual Studio2010编程工具，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系如下：
(1)对所有点进行编号，并且通过任意顶点能够找到该点及与其相邻的顶点，边，面的信息；
(2)对所有边进行编号，并且通过任意边能够找到该边及其端点、相邻面的信息；
(3)对所有面进行编号，并且通过任意面能够找到该面及其顶点、边、相邻面的信息。
STL三维模型中“点—线—面”三者之间的拓扑关系，参见图1。
步骤二：请参见图2，用一组平行截平面与STL模型进行截交，将得到的交点作为型值点，采用NURBS曲线进行拟合，得到一组截面线，最后根据弦高法进行测点自适应规划，求出所有测点的位置坐标，测点分布情况请参见图3。
弦高法原理图请参见图4，其实现流程是：
(1)求出弦AB与弧AB之间的最大距离d；
(2)当d>ε时，说明两点间的距离较大，应减小Δu的值，令Δu＝Δu-δ，重新计算弦高d，其中ε为允许的弦高，δ为缩小步长。不断重复步骤(2)直至d<ε，记录当前B点的位置。
(3)以B点作为当前点，重复步骤(1)(2)直至整条曲线搜索完毕，实现该段曲线的测点自适应规划。
步骤三：根据测点规划后的测点分布，读取一个测点信息，判断测点的位置。当测点位于三角网格顶点时，进行步骤(四)，测点位于三角网格内部时，进行步骤(六)；
步骤四：通过坐标匹配，确定测点所在顶点的编号。通过顶点的拓扑关系，见图5，找到与其相邻的点，线，面的信息，以这些信息为基础计算该点的法矢方向
Figure BDA0001302004090000031
Figure BDA0001302004090000032
式中，Nm是三角面片的法矢信息，vi是顶点的位置，αm是顶点的一邻域三角面片Tm在顶点处的顶角
Figure BDA0001302004090000033
gm是三角面片Tm的质心位置，
Figure BDA0001302004090000034
跳到步骤七；
步骤五：将测点与三角网格投影到x-y平面，通过判断测点与投影三角形各个顶点的夹角是否等于360°来确定测点所在三角面片的编号；
步骤六：请参见图6，测点为O，利用面的拓扑关系得到测点所在三角面片的三个顶点A、B、C，然后按照步骤四的方法计算这三点的法矢方向。将测点O与A、B、C三点相连，把三角面片划分为三个小三角形ΔAOB ΔBOC ΔAOC，并分别求得其面积为S1、S2、S3，通过计算得到测点O的法矢为：
Figure BDA0001302004090000041
式中
Figure BDA0001302004090000042
分别是A、B、C三点处的法矢。
步骤七：读取下一个测点信息，重复(三)～(六)，直到所有测点的法矢计算完毕。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)拓扑重建：根据STL模型的STL文件中给出的顶点坐标及三角面片法矢信息，以点、线、面为单位进行拓扑重建，通过编程工具，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系；
(2)测点规划：用一组平行截平面与STL模型进行截交，将得到的交点作为型值点，采用曲线反求的方法构造插值曲线，再根据弦高法进行测点自适应规划，求出所有测点的位置坐标；
(3)根据测点规划后的测点分布，读取一个测点信息，判断测点的位置，当测点位于三角网格顶点时，进行步骤(4)；测点位于三角网格内部时，进行步骤(6)；
(4)通过坐标匹配，确定测点所在顶点的编号，通过顶点的拓扑关系，找到与其相邻的点，线，面的信息，以所述信息为基础计算该顶点的法矢方向
Figure FDA0002427323450000011
跳至步骤(7)；具体的:通过顶点的拓扑关系，找到与其相邻的点，线，面的信息，以三角面片的顶角、三角面片质心为基础计算该顶点的法矢方向
Figure FDA0002427323450000012
Figure FDA0002427323450000013
式中，Nm是三角面片的法矢信息，vi是顶点的位置，αm是顶点的一邻域三角面片Tm在顶点处的顶角
Figure FDA0002427323450000014
gm是三角面片Tm的质心位置，
Figure FDA0002427323450000015
(5)将测点与三角网格投影到x-y平面，确定测点所在三角面片的编号；
(6)利用面的拓扑关系得到测点所在三角面片的三个顶点A、B、C，按照步骤(4)的方法计算该三个顶点的法矢方向；将测点与该三个顶点相连，把三角面片划分为三个小三角形，并分别求出其面积为S1、S2、S3，通过计算得到测点的法矢
Figure FDA0002427323450000016
(7)读取下一个测点信息，重复步骤(3)—(6)，直至所有测点的法矢计算完毕。
2.根据权利要求1所述一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，其特征在于，步骤(1)中，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系如下：
(1)对所有点进行编号，并且通过任意顶点能够找到该点及与其相邻的顶点，边，面的信息；
(2)对所有边进行编号，并且通过任意边能够找到该边及其端点、相邻面的信息；
(3)对所有面进行编号，并且通过任意面能够找到该面及其顶点、边、相邻面的信息。
3.根据权利要求1所述一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，其特征在于，步骤(1)中所述编程工具为Visual Studio2010。
4.根据权利要求1所述一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，其特征在于，步骤(5)中通过判断测点与投影三角形各个顶点的夹角是否等于360°用来确定测点所在三角面片的编号。
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