CN111950103A - 一种坐便器排污管道参数化建模方法 - Google Patents

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宋子春
王涛
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王金龙
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Abstract

本发明属于坐便器排污管道形状设计技术领域，特别涉及一种坐便器排污管道参数化建模方法，通过在坐便器三维模型需要优化排污管道区段上，提取轴向和周向轮廓线，然后运用参数化曲线对上述轮廓线进行拟合，最后运用从网线建立曲面的方法直接生成参数化管路曲面，解决了坐便器排污管道由于结构复杂难以参数化建模的问题，实现了用定量的方式去描述坐便器排污管道设计方案难，便于应用现代优化算法实现对排污管道形状进行最优化设计。

Description

一种坐便器排污管道参数化建模方法
技术领域
本发明涉及坐便器排污管道形状设计领域，尤其涉及一种坐便器排污管道参数化建模方法。
背景技术
目前，产品开发人员在进行坐便器排污管道形状设计时，都是按照经验先给出一个初始的设计方案，然后根据冲洗功能的试验数据或是CAE仿真发现的问题，反过来修正流道。流道的修改都是通过手工在产品或是模具上修改，这样就造成了排污管道形状设计的随意性，工作周期长、人为因素误差大，很难用定量的方式去描述修改的位置和数值，设计方案难以用数字化的方式去存档，设计经验难以累积。另外，没有排污管道形状的数化建模也难于应用现代优化算法实现最优化设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种坐便器排污管道参数化建模方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：a.建立需要参数化管道的三维几何模型；b.选择需要优化的管路区段；c.在所述管路区段上提取管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线；d.通过参数化曲线对所述管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线拟合，建立参数化管路曲面；e.生成参数化三维模型。
根据上述技术方案，优选地，步骤a包括：通过CAD软件建立三维几何模型，或通过三维扫描仪对实物进行扫描，再由逆向建模建立三维几何模型。
根据上述技术方案，优选地，所述管路区段的起始端靠近需要参数化管道的进水口，管路区段的末端靠近需要参数化管道的排污口。
根据上述技术方案，优选地，步骤c中提取的所述管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线分别不少于2条。
根据上述技术方案，优选地，步骤c中，在所述管路区段的顶部和底部分别提取管路轴向轮廓线。
根据上述技术方案，优选地，步骤c中，在所述管路区段的侧面提取管路轴向轮廓线。
根据上述技术方案，优选地，步骤c中，在所述管路区段的起始端和末端分别提取管路周向轮廓线。
根据上述技术方案，优选地，步骤c中，在所述管路区段曲率大的位置提取管路周向轮廓线。
根据上述技术方案，优选地，所述参数化曲线包括Bezier曲线、B样条曲线、NURBS曲线、多项式曲线以及参数方程曲线。
根据上述技术方案，优选地，在步骤e之前，对所述参数化管路曲面与管路区段进行偏差分析，所述偏差分析包括如下步骤：设定偏差阈值；当所述参数化管路曲面与管路区段的最大偏差高于偏差阈值时，重新执行步骤c和步骤d；当所述参数化管路曲面与管路区段的最大偏差低于偏差阈值时，完成最终参数化管路曲面的生成；通过最终参数化管路曲面取代需要参数化管道的三维几何模型的所述管路区段，生成参数化三维模型。
本发明的有益效果是：
本发明能够实现较复杂的坐便器排污管道参数化，能够在保证一定拟合精度下实现所需参数较少，并且参数修改和修改后的几何重建都比较方便，能够同时进行管道几何形状和截面形状的修改，提高了排污管道设计及修改的效率，易于应用现代优化算法实现排污管道的最优化设计。
附图说明
图1是本发明坐便器排污管道参数化建模方法的流程示意图。
图2是本发明建立的需要参数化管道的三维几何模型示意图。
图3是本发明提取的管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线的示意图。
图4是轮廓线参数化拟合后的控制点示意图。
图5是使用2条管路轴向轮廓线和2条管路周向轮廓线生成的参数化曲面示意图。
图6是增加一条管路周向轮廓线参数化拟合后的控制点示意图。
图7是使用2条管路轴向轮廓线和3条管路周向轮廓线生成的参数化曲面示意图。
图8是增加一条管路轴向轮廓线参数化拟合后的控制点示意图。
图9是使用3条管路轴向轮廓线和3条管路周向轮廓线生成的参数化曲面示意图。
图10是包含最终参数化管路曲面的三维模型示意图。
图中：1、需要参数化管道的三维几何模型；2、管路区段的起始端；3、管路区段的末端；4、管路区段；5、进水口；6、排污口；7、位于管路区段顶部的管路轴向轮廓线；8、位于管路区段底部的管路轴向轮廓线；9、位于管路区段起始端的管路周向轮廓线；10、位于管路区段末端的管路周向轮廓线；11、附加周向轮廓线；12、附加轴向轮廓线；13、最终参数化管路曲面；14、参数化三维模型。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明包括如下步骤：
步骤1：建立需要参数化管道的三维几何模型1，本例中可以通过CAD软件建立三维几何模型，也可由三维扫描仪对实物进行扫描生成点云数据，再由逆向建模软件生成三维几何模型。
步骤2：选择需要优化的管路区段4，本例中选择以从需要参数化管道进水口5向后面间隔一定距离的位置作为管路区段的起始端2，到管道的排污口6前面一定距离的位置作为管路区段的末端3，此管路区段4作为需要优化的区域。
步骤3：提取了2条沿着管路轴向延伸的管路轴向轮廓线，分别为位于管路区段顶部的管路轴向轮廓线7以及位于管路区段底部的管路轴向轮廓线8。为了提高参数化后曲面的拟合精度可以增加管路轴向轮廓线的提取条数。
步骤4：提取了2条沿着管路周向延伸的管路周向轮廓线，分别为位于管路区段起始端的管路周向轮廓线9以及位于管路区段末端的管路周向轮廓线10。为了提高拟合精度也可以在管道曲率大的部位多生成几条管路周向轮廓线。
步骤5：通过参数化曲线对所述管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线拟合，本例运用NURBS曲线对各轮廓线进行参数化拟合，以NURBS曲线的控制点坐标为设计变量。
选用21个控制点来拟合管路区段顶部的管路轴向轮廓线，选用了18个控制点来拟合管路区段底部的管路轴向轮廓线，管路区段起始端的管路周向轮廓线和管路区段末端的管路周向轮廓线不用参数化，因为需要把生成曲面和原来的三维模型连接在一起，管路区段起始端的管路周向轮廓线和管路区段末端的管路周向轮廓线如果变动的就会出现间隙。
步骤6：2条管路轴向轮廓线和2条管路周向轮廓线组成了网格化的曲线，运用CAD软件中的从网线建立曲面功能生成的参数化曲面。
步骤7：本例中设置偏差阈值为0.5mm，本例中生成的参数化管路曲面和管路区段的原曲面最大偏差达到了5mm，因此在曲率大的位置增加一条的沿周向延伸的管路周向轮廓线(即附加周向轮廓线11)，该轮廓线使用了6个控制点来拟合。
使用2条管路轴向轮廓线和3条管路周向轮廓线组成了网格化的曲线生成的参数化曲面，最大偏差达到了3mm，因此又增加了一条的沿轴向延伸的管路轴向轮廓线(即附加轴向轮廓线12)，该轮廓线使用了17个控制点来拟合。
使用3条管路轴向轮廓线和3条管路周向轮廓线组成了网格化的曲线生成的参数化曲面，最大偏差达到了0.3mm，满足了小于0.5mm(偏差阈值)的要求，因此完成了最终参数化管路曲面13的生成。
步骤8：用最终参数化管路曲面取代需要参数化管道的三维几何模型的管路区段，生成参数化三维模型14，此三维模型可以用于将来的参数优化工作。
参数化三维模型建立后，要想对管路区段的进行参数化修改，只要修改任管路轴向轮廓线上任意控制点的坐标就可以修改流道的走向，修改管路周向轮廓线上任意控制点的坐标就可以修改流道的横截面形状，轮廓线修改后使用网格化的曲线重新生成的参数化曲面即可完成曲面的参数化修改。
本发明能够实现较复杂的坐便器排污管道参数化，能够在保证一定拟合精度下实现所需参数较少，并且参数修改和修改后的几何重建都比较方便，能够同时进行管道几何形状和截面形状的修改，提高了排污管道设计及修改的效率，易于应用现代优化算法实现排污管道的最优化设计。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：a.建立需要参数化管道的三维几何模型；b.选择需要优化的管路区段；c.在所述管路区段上提取管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线；d.通过参数化曲线对所述管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线拟合，建立参数化管路曲面；e.生成参数化三维模型。
2.根据权利要求1所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤a包括：通过CAD软件建立三维几何模型，或通过三维扫描仪对实物进行扫描，再由逆向建模建立三维几何模型。
3.根据权利要求1所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，所述管路区段的起始端靠近需要参数化管道的进水口，管路区段的末端靠近需要参数化管道的排污口。
4.根据权利要求3所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤c中提取的所述管路轴向轮廓线和管路周向轮廓线分别不少于2条。
5.根据权利要求4所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤c中，在所述管路区段的顶部和底部分别提取管路轴向轮廓线。
6.根据权利要求5所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤c中，在所述管路区段的侧面提取管路轴向轮廓线。
7.根据权利要求4所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤c中，在所述管路区段的起始端和末端分别提取管路周向轮廓线。
8.根据权利要求7所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，步骤c中，在所述管路区段曲率大的位置提取管路周向轮廓线。
9.根据权利要求1、6、8中任意一项的所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，所述参数化曲线包括Bezier曲线、B样条曲线、NURBS曲线、多项式曲线以及参数方程曲线。
10.根据权利要求9所述一种坐便器排污管道参数化建模方法，其特征在于，在步骤e之前，对所述参数化管路曲面与管路区段进行偏差分析，所述偏差分析包括如下步骤：设定偏差阈值；当所述参数化管路曲面与管路区段的最大偏差高于偏差阈值时，重新执行步骤c和步骤d；当所述参数化管路曲面与管路区段的最大偏差低于偏差阈值时，完成最终参数化管路曲面的生成；通过最终参数化管路曲面取代需要参数化管道的三维几何模型的所述管路区段，生成参数化三维模型。
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