CN112509156B

CN112509156B - 基于ug的轮胎花纹快速编辑系统及其方法

Info

Publication number: CN112509156B
Application number: CN202011491031.3A
Authority: CN
Inventors: 陈亚洲; 陈�全; 李恒; 王琳; 荣星; 胡志超; 韩庚生; 陈宁; 王沁峰; 黄政雄; 肖国红
Original assignee: Jimei University
Current assignee: Jimei University
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: CN112509156A

Abstract

本发明提供基于UG的轮胎花纹快速编辑系统及其方法，系统用于根据外界输入参数在轮胎模型上形成三维花纹且具有快速编辑花纹的功能，包括花纹成型模块以及花纹调整模块，其中花纹成型模块包括输入单元、二维花纹生成单元、三维花纹投影单元及拔模单元，花纹调整模块包括花纹选定单元、用于修改花纹参数的特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及用于判定拔模角度合理性的相交性判定单元；方法用于所述花纹成型模块在轮胎模型上生成三维花纹，并通过花纹调整模块的循环流程实现花纹块的快速编辑修改功能，本发明具有提高轮胎花纹设计、修改效率的优点。

Description

基于UG的轮胎花纹快速编辑系统及其方法

技术领域

本发明涉及基于UG的轮胎花纹快速编辑系统及其方法。

背景技术

针对轮胎模具设计人员在设计块状花纹以及沟状花纹过程中，对轮胎模具加工工艺了解不足，导致模具生产厂商需要从可制造的角度、对初始设计的花纹进行一定的调整。采用CAD软件中已有的命令，以UG10.0为例，调整轮胎花纹拔模角度存在以下不足：

(1)UG一般采用腔体Pocket命令生成花纹块(或花纹沟)，设计人员无法直接定位到花纹块某个侧面，而需要首先定位到花纹块特征，再定位到花纹块轮廓线，再由轮廓线定位到某个侧面；

(2)从腔体特征定位到腔体轮廓线中的某条边时，需要多次点击鼠标。这是因为，UG软件隐含选定的是腔体轮廓线的第1条边，其中第1条边的确定原则与截面绘制有关。如果一个腔体轮廓线包含8条边、用户选择第6条边需要点击6次鼠标、用户选择第7条边则需要点击7次鼠标，操作过程十分繁琐；

(3)设计人员需要反复调用相同的命令、逐一检查并更新每个面的拔模角度，存在较多的重复性工作；

(4)UG软件无法给设计人员推荐合适的花纹拔模角度，设计人员需要根据自己的经验进行设置。

有鉴于此，本发明人专门设计了基于UG的轮胎花纹快速编辑系统，本案由此产生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

基于UG的轮胎花纹快速编辑系统，用于根据外界输入参数在轮胎模型上形成三维花纹且具有快速编辑花纹的功能，包括花纹成型模块以及花纹调整模块；

所述花纹成型模块包括输入单元、二维花纹生成单元、三维花纹投影单元及拔模单元，外界输入参数经输入单元传递给二维花纹生成单元形成预定的二维花纹，再通过三维花纹投影单元将二维花纹投影至轮胎模型的曲面上，最后经拔模单元形成三维花纹；

所述花纹调整模块包括花纹选定单元、用于修改花纹参数的特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及用于判定拔模角度合理性的相交性判定单元，该花纹调整模块的循环流程以花纹选定单元为起始，依次经过特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及相交性判定单元，若相交性判定合理则结束此流程，若相交性判定不合理则返回至特征树单元重复相关流程。

优选的，花纹选定单元具有根据用户选择的花纹结构实现花纹特征类型与对象类型或体类型互转的功能。

优选的，特征树单元将花纹特征转化为tag_t类型，用以获取花纹块侧面个数、各个侧面的拔模角度，对话框中树列表行数，并弹出该对话框与用户交互，以实现外界输入参数的修改。

优选的，轮廓面判定单元在基于UG的边界表示法的前提下，通过测算轮廓面与光胎顶面之间的夹角数值以实现轮廓面类型的自动判定。

优选的，轮廓线投影单元用于识别轮廓面的凹凸性，其基于轮廓面类型已经判定的前提下，通过将轮廓面沿着电极线的法向向光胎切面进行投影，将轮廓面凹凸性判定问题转化为二维平面内轮廓线相交性判定问题。

优选的，相交性判定单元通过射线法进行上下轮廓线相交性判断，其原理为：过一点沿某一方向作射线，若该射线与轮胎花纹块的多边形交点个数为偶数，则该点在多边形外部；若射线与多边形交点个数为奇数，则该点在多边形内部。

一种基于UG的轮胎花纹快速编辑方法，该方法按如下步骤进行：

步骤1、通过花纹成型模块来形成花纹块特征

步骤1.1、外界参数输入：经输入单元，接收外部输入数据信息，包括二维花纹曲线、轮胎顶面、花纹指定偏移面、并将二维花纹投影至花纹指定偏移面；

步骤1.2、生成二维花纹：经二维花纹生成单元、三维花纹投影单元，针对二维花纹草图曲线特征，将轮胎花纹分为不同花纹块特征，记为PB(pb_i)，其中i＝1,2,3···n，n表示花纹块特征总数，并将二维花纹草图与三维花纹投影的花纹块进行一一对应，将三维花纹投影记为PB'(pb'_i)其中i＝1,2,3···n；

步骤1.3、二维花纹块依次进行三维投影：取i＝1，当i≠n时：读取pb_i各个面拔摸角度，选择轮胎顶面为腔体放置面；选择三维花纹投影pb'_i为轮廓曲线；选取花纹指定偏移面为腔体底面；并确保附着腔体为未选中状态；

步骤1.4、拔模：经拔模单元，将步骤1.3中参数输入至UF_MODL_create_general_pocket()函数中，形成花纹块特征；

步骤1.5、生成指定数量花纹块：令i＝i+1，如果i≤n，转到步骤1.3；如果i＞n，转到步骤1.6；

步骤1.6、轮胎花纹参数建模结束；

步骤2、通过花纹调整模块进行花纹块参数合理性判断及修改；

步骤2.1、花纹特征快速选择：经花纹选定单元，用户选取相应花纹特征，通过调用API函数对其进行对应的类型转化；

步骤2.2、花纹参数导入特征树列表：将获取的花纹特征转化为tag_t类型，获取的花纹特征包括花纹块侧面个数，确定弹出的对话框中树列表行数、花纹块侧面个数，确定弹出的对话框中树列表行数，并通过弹出对话框显示相关参数用以表征当前花纹特征，用户可根据需求进行查看或者更改，以进行下一步；

步骤2.3、花纹轮廓面类型判断：经轮廓面判定单元，构建花纹属性邻接图，通过UGAPI函数自动提取花纹轮廓面信息和花纹轮廓线信息，测算轮廓面与光胎顶面之间的夹角数值，以自动判断花纹轮廓面的类型；

步骤2.4、花纹轮廓线投影：经轮廓线投影单元，将轮廓面沿着电极线的法向向光胎切面进行投影，将轮廓面凹凸性判定问题转化为二维平面内轮廓线相交性判定问题；

步骤2.5、轮廓线相交判断：经相交性判定单元，通过射线法进行上下轮廓线相交性判断，若判断合理则判断步骤结束，若不合理则返回至步骤2.2。

本发明针对原有腔体命令特点，利用UG进行二次开发，包括花纹成型模块以及花纹调整模块；花纹成型模块包括输入单元、二维花纹生成单元、三维花纹投影单元及拔模单元，外界输入参数经输入单元传递给二维花纹生成单元形成预定的二维花纹，再通过三维花纹投影单元将二维花纹投影至轮胎模型的曲面上，最后经拔模单元形成三维花纹；花纹调整模块包括花纹选定单元、用于修改花纹参数的特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及用于判定拔模角度合理性的相交性判定单元，通过花纹调整模块的内部循环流程，以及与系统对应的方法步骤使原有多步骤实现相应腔体参数修改，简化为只需一键导入腔体参数，再直接进行相应参数的修改，有效提高轮胎花纹的设计、修改效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

其中：

图1是现有技术沟状花纹与块状花纹的结构示意图；

图2是本发明的系统结构示意图；

图3是本发明方法中步骤1的流程示意图；

图4是本发明二维花纹进行三维投影的结构示意图；

图5是本发明轮胎花纹拔模角度的结构示意图；

图6是本发明方法中步骤2的流程结构示意图；

图7是本发明花纹块轮廓面标识的结构示意图；

图8是本发明花纹属性邻接示意图；

图9是本发明二面角的结构示意图；

图10是本发明花纹块轮廓线投影的结构示意图；

图11是本发明射线法中点与多边形拓扑关系的结构示意图；

图12是本发明特征树对话框的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至2，是作为本发明的最佳实施例的基于UG的轮胎花纹快速编辑系统，用于根据外界输入参数在轮胎模型上形成三维花纹且具有快速编辑花纹的功能，包括花纹成型模块以及花纹调整模块；

其中，花纹选定单元具有根据用户选择的花纹结构实现花纹特征类型与对象类型或体类型互转的功能。

其中，特征树单元将花纹特征转化为tag_t类型，用以获取花纹块侧面个数、各个侧面的拔模角度，对话框中树列表行数，并弹出该对话框与用户交互，以实现外界输入参数的修改。

其中，轮廓面判定单元在基于UG的边界表示法的前提下，通过测算轮廓面与光胎顶面之间的夹角数值以实现轮廓面类型的自动判定。

其中，轮廓线投影单元用于识别轮廓面的凹凸性，其基于轮廓面类型已经判定的前提下，通过将轮廓面沿着电极线的法向向光胎切面进行投影，将轮廓面凹凸性判定问题转化为二维平面内轮廓线相交性判定问题。

其中，相交性判定单元通过射线法进行上下轮廓线相交性判断，其原理为：过一点沿某一方向作射线，若该射线与轮胎花纹块的多边形交点个数为偶数，则该点在多边形外部；若射线与多边形交点个数为奇数，则该点在多边形内部。

请参阅图3-12所示，是作为本发明的最佳实施例的一种基于UG的轮胎花纹快速编辑方法，该方法按如下步骤进行：

步骤1、如图3所示，通过花纹成型模块来形成花纹块特征

步骤1.2、如图4所示，生成二维花纹：经二维花纹生成单元、三维花纹投影单元，针对二维花纹草图曲线特征，将轮胎花纹分为不同花纹块特征，记为PB(pb_i)，其中i＝1,2,3···n，n表示花纹块特征总数，并将二维花纹草图与三维花纹投影的花纹块进行一一对应，将三维花纹投影记为PB'(pb'_i)其中i＝1,2,3···n；

步骤1.3、如图4所示，二维花纹块依次进行三维投影：取i＝1，当i≠n时：读取pb_i各个面拔摸角度，选择轮胎顶面为腔体放置面；选择三维花纹投影pb'_i为轮廓曲线；选取花纹指定偏移面为腔体底面；并确保附着腔体为未选中状态；

步骤1.4、如图5所示，拔模：经拔模单元，将步骤1.3中参数输入至

UF_MODL_create_general_pocket()函数中，形成花纹块特征；

步骤1.6、轮胎花纹参数建模结束；

步骤2、如图6所示，通过花纹调整模块进行花纹块参数合理性判断及修改；

步骤2.1、花纹特征快速选择：经花纹选定单元，用户选取相应花纹特征，通过调用API函数对其进行对应的类型转化，由于UG设计对象存在多种类型，例如特征(Feature)、对象(Object)和实体(Body)，在实际开发过程中，调用不同的API函数，需要输入不同的数据类型，比如；UF_MODL_ask_general_pocket()需要输入特征(Feature)类型；UF_CURVE_ask_line_data()需要输入对象(Object)类型，当用户选取花纹特征后，通过调用API函数对其进行类型转化；转换函数如下：UF_MODL_ask_feat_object()，代表通过特征(feature)找对象(object)；UF_MODL_ask_feat_body()，代表通过特征(feature)找体(body)；UF_MODL_ask_body_feats()，代表通过体(body)找特征(feature)；UF_MODL_ask_object_feat()，代表通过对象(object)找特征(feature)。

步骤2.2、花纹参数导入特征树列表：将获取的花纹特征转化为tag_t类型，获取的花纹特征包括花纹块侧面个数，确定弹出的对话框中树列表行数、花纹块侧面个数，确定弹出的对话框中树列表行数，并通过弹出对话框显示相关参数用以表征当前花纹特征，用户可根据需求进行查看或者更改，以进行下一步；具体的代码如下，NXOpen::BlockStyler::PropertyList*SectionPocket

＝select_feature0->GetProperties()

tag_tpocket_tag＝Select_pocket；

将Select_pocket带入到UF_MODL_ask_general_pocket函数中，由number_of_curves获取花纹块侧面个数，确定弹出的对话框中树列表行数。由linear_cubic.start_value和linear_cubic.end_value获取各个侧面拔模角度，填入树列表相应的栏目。

步骤2.3、如图7-8所示，花纹轮廓面类型判断：经轮廓面判定单元，构建花纹属性邻接图，通过UGAPI函数自动提取花纹轮廓面信息和花纹轮廓线信息，测算轮廓面与光胎顶面之间的夹角数值，以自动判断花纹轮廓面的类型；在此处理过程中，需要能够自动判断出花纹轮廓面的类型。以花纹块为例，程序需要能够自动判断出哪一个面是花纹块顶面，哪一个面是花纹块底面，哪一些面是花纹块侧面。顶面和底面不需要调整拔模角度，侧面需要调整拔模角度。

UG使用边界表示法(B-Rep)，即利用点、线、面、体等形式表示三维模型。经过分析发现，可以通过轮廓面与光胎顶面之间的夹角关系来判定轮廓面类型。例如花纹顶面、花纹底面与光胎顶面夹角为0，花纹各个侧面与光胎顶面夹角不为0。为此，提出通过构建花纹属性邻接示意图(PAAG:Pattern Attributed Adjacency Graphs)，即图8，让程序自动判断花纹轮廓面的类型。定义：G＝<N,A,T>。

其中：结点N表示花纹轮廓面ni的集合，每个花纹轮廓面fi都有唯一的节点ni与之对应；A表示花纹边ak的集合，对于相邻花纹面fi、fj，都有唯一的花纹边ak与之对应；T为A的属性。对于每个ak，都有一个属性值与之对应。如果该边对应两个面形成凸边，则属性值为1，如图8中节点1与2，节点1与10实线所示；如果该边对应的两个面形成凹边，则属性值为-1，如图8中节点2与3，节点3与4虚线所示；如果两个面共面，即如果位于同一个面并且法向量相同，则它们的属性值为0。

通过UGAPI函数，可以自动提取花纹轮廓面信息和花纹轮廓线信息。将提取的花纹轮廓面按1、2、3···i的顺序编号，依次填入PAAG中相应的结点，将相邻轮廓面之间的轮廓线依次填入PAAG中对应的边。进一步通过程序自动计算各节点与光胎顶面之间的二面角θ。

如图9所示，获取目标边ak，取ak中点O，坐标记为O(x0,y0,z0)；过O点作以目标边为法向量的基准平面α；基准平面α与两关联面fi、fj交线顶点分别为A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)。则可以按以下公式计算二面角：

其中：

当θ不为0时，设置相应节点所代表的面为第一类面(即为花纹侧面)，当θ为0时设置相应节点所代表的面为第二类面。根据第二类面与光胎顶面是否共面，进一步可以判断出花纹顶面和花纹底面。

进一步，在此过程，轮胎花纹各个侧面设置的初始拔模角度有3种情况：(1)拔模角度设置合理；(2)拔模角度设置值偏小；(3)存在负的拔模角度。将具有负拔模角度的面定义为凹面，将具有正拔模角度的面定义为凸面。为了让程序自动进行花纹拔模分析，在识别出轮廓面类型的基础上、还需要让程序能够自动识别出轮廓面的凹凸性。

轮胎模具上的花纹一般采用电火花加工，存在负拔模角度的花纹无法设计出合理的电极以深入到其型腔内壁进行加工。经过分析发现，可以将轮廓面沿着电极线的法向向光胎切面进行投影，将轮廓面凹凸性判定问题转化为二维平面内轮廓线相交性判定问题。参阅图10，三维转换为二维的过程如下：

(1)提取电极线与光胎曲面交点O；

(2)在交点处构建与光胎相切的平面UOV，为清晰起见，图10中省略了光胎、其它花纹块等特征；

(3)提取的上轮廓面逆着电极线的法向Z、向UOV平面内投影，得到上轮廓线投影；

(4)提取的下轮廓面逆着电极线的法向向UOV平面内投影，得到下轮廓线投影；

(5)如果上轮廓线构成的多边形完全被下轮廓线构成的多边形包络，则花纹侧壁不存在负拔模角度；

(6)如果上轮廓线构成的多边形与下轮廓线构成的多边形存在交叉关系，则存在负拔模角度面；

(7)将上轮廓线离散为一系列点；

(8)逐一判断离散的点在下轮廓线构成的多边形内部还是外部，以识别出具体的负角度面。将此过程称为基于轮廓线投影的轮廓面凹凸性判定。

步骤2.5、轮廓线相交判断：经相交性判定单元，通过射线法进行上下轮廓线相交性判断，若判断合理则判断步骤结束，若不合理则返回至步骤2.2。以下通过一个实例讲行讲解：

射线法原理为：过一点P_i沿某一方向作射线P_iX_i，若射线与多边形交点个数为偶数，则该点在多边形外部；若射线与多边形交点个数为奇数，则该点在多边形内部。如图11所示，P₁X₁与多边形有4个交点，则P₁在多边形外部；P₃X₃与多边形有1个交点，则P₃在多边形内部。P₂X₂与多边形有3个交点，而P2在多边形外部；P4X4与多边形有2个交点，而P4在多边形内部。为进行花纹上轮廓线投影和下轮廓线投影相交性判定，过程如下：

(1)提取上轮廓线投影多边形顶点，按照逆时针方向对其排列，将其存入数组Upper[n]，n为上轮廓线投影顶点个数；

(2)提取Upper[n]中的某一点，记为Pi，i的初始值为1；

(3)判断Pi点是否位于下轮廓线投影多边形边界上，若是转该过程步骤(8)，否则执行该过程步骤(4)；

(4)过点Pi作水平向右的射线PiXi，求射线与下轮廓线投影多边形的交点，总数记为num1；

(5)依次对num1中每一个交点进行判断，若某一交点为下轮廓线投影某个端点，则num2＝num2+1，num2表示射线PiXi与下轮廓线投影多边形在线段端点处的交点个数，初始值为0；

(6)计算过点Pi的射线与下轮廓线投影多边形有效交点总数，记为inter_point_total，inter_point_total＝num1-num2；

(7)若inter_point_total为奇数，返回Pi点在下轮廓线多边形内部；若inter_point_total为偶数，返回Pi点在下轮廓线多边形外部；

(8)i是否小于等于n？若否，转该过程步骤(2)，若是则转该过程步骤(9)，以判定上轮廓线上多边形内所有顶点是否循环完毕；

(9)程序结束。

如图12所示，通过轮廓线相交性判定，筛选出拔模角度不合适的侧面。在弹出的对话框中，当点选树列表某一行时，花纹块对应的侧面会高亮显示。点选过程中实现的函数如下：

NXOpen::BlockStyler::Node*node＝tree_control0->RootNode()；

对话框中更新后的拔模角度能存储到参数，其中

linear_cubic.start_value和linear_cubic.end_value中，通UF_MODL_edit_general_pocket()函数，实现对花纹块模型的更新，完成拔模角度重新生成。

本发明针对原有腔体命令特点，利用UG进行二次开发，包括花纹成型模块以及花纹调整模块；花纹成型模块包括输入单元、二维花纹生成单元、三维花纹投影单元及拔模单元，外界输入参数经输入单元传递给二维花纹生成单元形成预定的二维花纹，再通过三维花纹投影单元将二维花纹投影至轮胎模型的曲面上，最后经拔模单元形成三维花纹；花纹调整模块包括花纹选定单元、用于修改花纹参数的特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及用于判定拔模角度合理性的相交性判定单元，通过花纹调整模块的内部循环流程，以及与系统对应的方法步骤使原有多步骤实现相应腔体参数修改，简化为只需一键导入腔体参数，再直接进行相应参数的修改，有效提高了轮胎花纹设计、修改效率。

综上所述，本发明具有提高轮胎花纹设计、修改效率的优点。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于UG的轮胎花纹快速编辑系统，用于根据外界输入参数在轮胎模型上形成三维花纹且具有快速编辑花纹的功能，其特征在于，包括花纹成型模块以及花纹调整模块；

所述花纹调整模块包括花纹选定单元、用于修改花纹参数的特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及用于判定拔模角度合理性的相交性判定单元，该花纹调整模块的循环流程以花纹选定单元为起始，依次经过特征树单元、轮廓面判定单元、轮廓线投影单元及相交性判定单元，若相交性判定合理则结束此流程，若相交性判定不合理则返回至特征树单元重复相关流程；

其中，所述花纹选定单元具有根据用户选择的花纹结构实现花纹特征类型与对象类型或体类型互转的功能；

其中，所述特征树单元用以获取花纹块侧面个数、各个侧面的拔模角度，对话框中树列表行数，并弹出该对话框与用户交互，以实现外界输入参数的修改；

其中，所述轮廓面判定单元在基于UG的边界表示法的前提下，通过测算轮廓面与光胎顶面之间的夹角数值以实现轮廓面类型的自动判定；

其中，所述轮廓线投影单元用于识别轮廓面的凹凸性，其基于轮廓面类型已经判定的前提下，通过将轮廓面沿着电极线的法向向光胎切面进行投影，将轮廓面凹凸性判定问题转化为二维平面内轮廓线相交性判定问题；

其中，所述相交性判定单元通过射线法进行上下轮廓线相交性判断，其原理为：过一点沿某一方向作射线，若该射线与轮胎花纹块的多边形交点个数为偶数，则该点在多边形外部；若射线与多边形交点个数为奇数，则该点在多边形内部。