CN110276095B - 一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置，通过按照轮廓线元素进行分段获得路径节点，并根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列，快速的将工件模型轮廓线数据中的加工路径自适应分割，能够快速的分割复杂不规则的工件模型，能够保持相邻的加工路径间的一致性，使实际的加工路径切换更加光顺。通过转换节点快速的匹配轮廓线元素转接矩阵，能够在将转换关系预存到序列中，在控制加工设备对工件的加工路径实现了快速的路径无缝过渡切换，从而使对工件成品的加工速度更快，加工质量更好。

Description

一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置
技术领域
本公开涉及智能制造与计算机图形学技术领域，具体涉及一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置。
背景技术
对于工业产品的生产加工过程，主要是针对金属、木材、瓷器、混凝土或其他原材料的坯料或工件进行加工，使之加工成所预设好的几何形态、尺寸大小。目前，通过智能制造智能化的通过数字机床进行加工已经成为一种趋势，一般是在终端设备中设计好工件模型的轮廓线，即对工件进行实体造型生成加工路径，一般为CAD格式的文件，然后通过U盘或网络传输等其他的(例如：RS-232总线、RS-485总线、WiFi、Zigbee、蓝牙等)通信方式到控制数字机床或者其他智能制造设备的上位机中，根据工件模型的轮廓线控制砂轮、车床或冲压设备按照加工路径对工件进行加工。目前，在控制加工的上位机中对于工件模型的轮廓线进行处理的方法有：中国专利申请号CN201810426712.8公开的CAD矢量图中元素自动拆分方法、装置、设备及存储介质通过用户选择的元素拆分模型对CAD矢量图执行拆分工作，根据拆分的结果最终在原来的相应显示位置重绘元素，虽然提高了CAD矢量图的拆分效率，但是该方案只是将元素以设定数量等分的定数等分模型、及用于以设定元素距离的逐段拆分的定距等分模型，模型为固定距离或数量的拆分，再遇上一些复杂不规则的工件模型时(例如，木工刀具、各种材质的型材或啮合齿轮)，元素之间的距离和数量并不相同，该方案并不适用，产生了难以处理复杂的工件模型的问题。
发明内容
为解决上述问题，本公开提供一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置的技术方案，通过按照轮廓线元素进行分段获得路径节点，并根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列，快速的将工件模型轮廓线数据中的加工路径自适应分割，能够快速的分割复杂不规则的工件模型，减少了手工校形分段消耗的人力和物力。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，读取工件模型轮廓线数据；
步骤2，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
步骤3，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
步骤4，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工。
进一步地，在步骤1中，工件模型轮廓线数据包括但不限于CAD/CAM软件的矢量图,形式为规则或不规则线段构成的线条，为对工件轮廓的实体造型生成的加工路径。
进一步地，在步骤2中，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线(即加工路径)的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段、凹圆弧线段、左半凸圆弧线段、右半凸圆弧线段、左半凹圆弧线段和右半凹圆弧线段，横直线段为“—”型；上竖直线段和下竖直线段的相对位置分别位于横直线段的上方和下方，为“|”型；左斜线段为“\”型、右斜线段为“/”型；凸圆弧线段为向上的半圆弧线，即“∩”型；凹圆弧线段为向下的半圆弧线，即“∪”型；左半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的左边一半；即“∩”型的左边一半，右半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的右边一半，即“∩”型的右边一半；左半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的左边一半，即“∪”型的左边一半；右半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的右边一半，即“∪”型的右边一半。
进一步地，在步骤3中，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，读取各路径节点前后连接的轮廓线元素作为轮廓线元素转接组合，将轮廓线元素转接组合与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配，即在轮廓线元素转接矩阵查找与轮廓线元素转接组合相同的轮廓线元素转接节点，按照先后顺序依次获取轮廓线元素转接节点，得到加工路径转换节点序列；
其中，轮廓线元素转接矩阵由一个或多个任意轮廓线元素组合而成，轮廓线元素组合中元素的数量为轮廓线元素转接矩阵的矩阵维度；通常为2个轮廓线元素组合，如果轮廓线元素转接矩阵由2个轮廓线元素组合而成，则轮廓线元素转接矩阵的矩阵为2维矩阵，例如，令横直线段为0，上竖直线段为1、下竖直线段为2、左斜线段为3、右斜线段为4、凸圆弧线段为5、凹圆弧线段为6、左半凸圆弧线段为7、右半凸圆弧线段为8、左半凹圆弧线段为9和右半凹圆弧线段为10，
则轮廓线元素转接矩阵为：
Figure BDA0002048183640000031
其中，i和j的取值范围为整数0到10，其中，Ai,j中的元素为轮廓线元素转接节点，即从前一个轮廓线元素转换到后一个轮廓线元素，例如，轮廓线元素转接节点A3,5代表为3的左斜线段的“/”型转换到为5的凸圆弧线段“∩”型。
进一步地，在步骤4中，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，按照路径转换节点序列中轮廓线元素转接节点的先后顺序的进行工件的加工；其中，加工设备包括但不限于数控机床、数控铣床任意一种。
本发明还提供了一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
模型轮廓线读取单元，用于读取工件模型轮廓线数据；
节点分段单元，用于将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
模式匹配单元，用于根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
序列控制单元，用于控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工。
本公开的有益效果为：本发明提供一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法及装置，根据工件模型轮廓线数据中的加工路径的相邻的加工路径的转变来设置下一段路径的转换节点，能够保持相邻的加工路径间的一致性，通过路径节点的转换改善了路径切换生硬导致的工件成品粗糙，从而使实际的加工路径切换更加光顺。通过转换节点快速的匹配轮廓线元素转接矩阵，能够在将转换关系预存到序列中，在控制加工设备对工件的加工路径实现了快速的路径无缝过渡切换，从而使对工件成品的加工速度更快，加工质量更好。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法的流程图；
图2所示为轮廓线元素图；
图3所示为一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为根据本公开的一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法。
本公开提出一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法，具体包括以下步骤：
步骤1，读取工件模型轮廓线数据；
步骤2，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
步骤3，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
步骤4，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工。
进一步地，在步骤1中，工件模型轮廓线数据包括但不限于CAD/CAM软件的矢量图,形式为规则或不规则线段构成的线条，为对工件轮廓的实体造型生成的加工路径。
进一步地，在步骤2中，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线(即加工路径)的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；其中，如图2，从左到右依次所示，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段、凹圆弧线段、左半凸圆弧线段、右半凸圆弧线段、左半凹圆弧线段和右半凹圆弧线段，横直线段为“—”型；上竖直线段和下竖直线段的相对位置分别位于横直线段的上方和下方，为“|”型；左斜线段为“\”型、右斜线段为“/”型；凸圆弧线段为向上的半圆弧线，即“∩”型；凹圆弧线段为向下的半圆弧线，即“∪”型；左半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的左边一半；即“∩”型的左边一半，右半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的右边一半，即“∩”型的右边一半；左半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的左边一半，即“∪”型的左边一半；右半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的右边一半，即“∪”型的右边一半。
进一步地，在步骤3中，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，读取各路径节点前后连接的轮廓线元素作为轮廓线元素转接组合，将轮廓线元素转接组合与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配，即在轮廓线元素转接矩阵查找与轮廓线元素转接组合相同的轮廓线元素转接节点，按照先后顺序依次获取轮廓线元素转接节点，得到加工路径转换节点序列；
其中，轮廓线元素转接矩阵由一个或多个任意轮廓线元素组合而成，轮廓线元素组合中元素的数量为轮廓线元素转接矩阵的矩阵维度；通常为2个轮廓线元素组合，如果轮廓线元素转接矩阵由2个轮廓线元素组合而成，则轮廓线元素转接矩阵的矩阵为2维矩阵，例如，如图2所示，(图2下方的阿拉伯数字标记了线段的轮廓线元素类型)，令轮廓线元素类型中的横直线段为0，上竖直线段为1、下竖直线段为2、左斜线段为3、右斜线段为4、凸圆弧线段为5、凹圆弧线段为6、左半凸圆弧线段为7、右半凸圆弧线段为8、左半凹圆弧线段为9和右半凹圆弧线段为10，
则轮廓线元素转接矩阵为：
Figure BDA0002048183640000061
其中，i和j的取值范围为整数0到10，其中，Ai,j中的元素为轮廓线元素转接节点，即从前一个轮廓线元素转换到后一个轮廓线元素，例如，轮廓线元素转接节点A3,5代表为3的左斜线段的“/”型转换到为5的凸圆弧线段“∩”型。
进一步地，在步骤4中，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，按照路径转换节点序列中轮廓线元素转接节点的先后顺序的进行工件的加工；其中，加工设备包括但不限于数控机床、数控铣床任意一种。
本公开的实施例提供的一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置，如图3所示为本公开的一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置图，该实施例的一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置实施例中的步骤。
所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
模型轮廓线读取单元，用于读取工件模型轮廓线数据；
节点分段单元，用于将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
模式匹配单元，用于根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
序列控制单元，用于控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工。
所述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置，可运行的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置的示例，并不构成对一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置运行装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置可运行装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (4)

1.一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，读取工件模型轮廓线数据；
步骤2，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
步骤3，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
步骤4，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工；
在步骤2中，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线，即加工路径的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段、凹圆弧线段、左半凸圆弧线段、右半凸圆弧线段、左半凹圆弧线段和右半凹圆弧线段；
在步骤3中，根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，读取各路径节点前后连接的轮廓线元素作为轮廓线元素转接组合，将轮廓线元素转接组合与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配，即在轮廓线元素转接矩阵查找与轮廓线元素转接组合相同的轮廓线元素转接节点，按照先后顺序依次获取轮廓线元素转接节点，得到加工路径转换节点序列，轮廓线元素转接矩阵由一个或多个任意轮廓线元素组合而成。
2.根据权利要求1所述的一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法，其特征在于，在步骤1中，工件模型轮廓线数据包括但不限于CAD/CAM软件的矢量图,形式为规则或不规则线段构成的线条，为对工件轮廓的实体造型生成的加工路径。
3.根据权利要求1所述的一种工件模型轮廓线形状自适应分解方法，其特征在于，在步骤4中，控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，按照路径转换节点序列中轮廓线元素转接节点的先后顺序的进行工件的加工；其中，加工设备包括但不限于数控机床、数控铣床任意一种。
4.一种工件模型轮廓线形状自适应分解装置，其特征在于，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
模型轮廓线读取单元，用于读取工件模型轮廓线数据；
节点分段单元，用于将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；
模式匹配单元，用于根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列；
序列控制单元，用于控制加工设备根据路径转换节点序列进行加工；
所述将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线，即加工路径的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段、凹圆弧线段、左半凸圆弧线段、右半凸圆弧线段、左半凹圆弧线段和右半凹圆弧线段；
所述根据路径节点连接的轮廓线元素与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配得到加工路径转换节点序列的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，读取各路径节点前后连接的轮廓线元素作为轮廓线元素转接组合，将轮廓线元素转接组合与轮廓线元素转接矩阵进行模式匹配，即在轮廓线元素转接矩阵查找与轮廓线元素转接组合相同的轮廓线元素转接节点，按照先后顺序依次获取轮廓线元素转接节点，得到加工路径转换节点序列，轮廓线元素转接矩阵由一个或多个任意轮廓线元素组合而成。
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毛针织服装款式轮廓计算机拆分算法研究;刘哲;《针织工业》;20060728(第07期);全文 *

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