CN113658246A - 一种曲面正侧判定和调整方法 - Google Patents

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杨亮
彭艳敏
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陈金平
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Abstract

本发明公开了一种曲面正侧判定和调整方法。为解决测量时靶标球头的补偿方向相反以及三维模型快速设计时曲面正侧和程序设定方向不一致导致模型计算错误和程序报错停止的问题，通过建立辅助方向元素基准平面，利用基准平面法矢正向量和曲面形心处法矢正向量夹角余弦值来判定和调整曲面正侧，使得曲面正侧与目标方向一致；利用CAD系统提供的二次开发接口进行程序设计开发，实现各流程之间的衔接操作、计算、判断和调整，是一种智能化程度高和效率高的方法。

Description

一种曲面正侧判定和调整方法
技术领域
本发明属于飞机数字化制造领域，具体涉及一种曲面正侧判定和调整方法。
背景技术
在三维CAD软件中，曲面上某一点的法矢正向的指向的一侧为曲面正侧，法矢负向的指向的一侧为曲面负侧,且连续曲面上任意一点的法矢正向的指向的一侧都在曲面的同一侧，即曲面正侧，同一几何结构的曲面由于建模过程不一致可能会导致曲面正侧相反。
在飞机零组件外形曲面检验时，需要测量实物模型和理论模型的偏差，在使用激光跟踪仪测量时需要设定测量靶标球头的补偿值和补偿方向，补偿值为靶标球头的半径，补偿方向为理论模型在测量点处法矢正向，而理论模型的外形曲面存在多个不连续曲面，各曲面正侧不一致，导致靶标球头的补偿方向相反。
在三维模型快速设计的程序开发时，对于不同用户输入的曲面，亦存在曲面正侧和程序设定方向不一致导致模型计算错误和程序报错停止的问题。
发明内容
针对背景技术中所述问题，本发明提出了一种曲面正侧判定和调整方法，在CAD软件中可智能判断和调整曲面正侧。
一种曲面正侧判定和调整方法，包括以下几个步骤：
步骤1建立辅助方向元素：
在CAD软件中引入曲面模型，并定义一个目标方向，提取所有曲面边线的端点，用所有端点拟合一个基准平面，调整基准平面的法矢方向，使得该方向与目标方向一致，利用CAD系统提供的二次开发接口进行程序开发，获取基准平面的法矢正向量PN，PN＝(PN1，PN2，PN3)；
步骤2获取曲面形心处曲面法矢向量：
定义曲面Sur(i)，对于每个曲面Sur(i)，构造曲面形心Point(i)，在曲面形心Point(i)处建立曲面Sur(i)的法线Line_N(i),获取法线Line_N(i)的方向向量SN(i)，SN(i)＝(SN1(i)，SN2(i)，SN3(i))，法线Line_N(i)的方向向量SN(i)亦为曲面形心处曲面法矢正向量，i＝1、2……Sur_Num,其中Sur_Num为曲面数量。
步骤3计算夹角余弦值：
计算基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)的夹角余弦值Cos(i)，计算公式为：
Figure BDA0003182241720000021
公式展开如下：
Figure BDA0003182241720000022
步骤4判断和调整曲面正侧：
4.1判断通过公式1所计算出的夹角余弦值Cos(i)是否小于0；
4.2如果Cos(i)<0，代表基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)夹角大于90°，则利用CAD系统提供的二次开发接口对曲面Sur(i)进行反转方向操作，完成曲面正侧调整；
4.3如果Cos(i)>0，代表基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)夹角小于等于90°，无需调整曲面正侧。
本发明的有益效果为：通过曲面正侧判定和调整方法，可智能判断和调整曲面正侧，使得曲面正侧与目标方向一致，解决了测量时靶标球头的补偿方向相反以及三维模型快速设计时曲面正侧和程序设定方向不一致导致模型计算错误和程序报错停止的问题；该方法用CAD系统提供的二次开发接口来实现各流程之间的衔接操作、计算、判断和调整，计算效率高，自动化程度高。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
附图说明
图1曲面正侧判定和调整示意图。
图中编号说明：1-端点、2-基准平面
具体实施方式
如图所示，PN-基准平面法矢正向量、Sur(1)-曲面Ⅰ、Sur(2)-曲面Ⅱ、Point(1)-形心Ⅰ、Point(2)-形心Ⅱ、SN(1)-曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量、SN(2)-曲面Ⅱ形心处曲面法矢正向量、SN(1)_F-调整之后的曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量。
一种曲面正侧判定和调整方法，包括以下几个步骤：
步骤1建立辅助方向元素：
在CAD软件中引入曲面模型，并定义一个目标方向，提取所有曲面边线的端点1，用所有端点1拟合一个基准平面2，调整基准平面2的法矢方向，使得该方向与目标方向一致，利用CAD系统提供的二次开发接口进行程序开发，获取基准平面法矢正向量PN，PN＝(0.112871，-0.993586，-0.006918)。
步骤2获取曲面形心处曲面法矢向量：
(1)对于曲面ⅠSur(1)，构造曲面ⅠSur(1)的形心ⅠPoint(1)，在形心ⅠPoint(1)处建立曲面ⅠSur(1)的法线Line_N(1),获取法线Line_N(1)的方向向量SN(1)，SN(1)＝(-0.130554，0.991166，0.023358)，法线Line_N(1)的方向向量SN(1)亦为曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量。
(2)对于曲面ⅡSur(2)，构造曲面ⅡSur(2)的形心ⅡPoint(2)，在形心ⅡPoint(2)处建立曲面ⅡSur(2)的法线Line_N(2),获取法线Line_N(2)的方向向量SN(2)，SN(2)＝(-0.076999，0.996754，0.023514)，法线Line_N(2)的方向向量SN(2)亦为曲面Ⅱ形心处曲面法矢正向量。
步骤3计算夹角余弦值：
计算基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)的夹角余弦值Cos(i)，计算公式为：
Figure BDA0003182241720000031
其中，i＝1、2，公式展开如下：
Figure BDA0003182241720000041
(1)将步骤一中的基准平面的法矢正向量PN＝(0.112871，-0.993586，-0.006918)和步骤二中的曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量SN(1)＝(-0.130554，0.991166，0.023358)代入到公式1，得到Cos(1)＝-0.999706；
(2)将步骤一中的基准平面的法矢正向量PN＝(0.112871，-0.993586，-0.006918)和步骤二中的曲面Ⅱ形心处曲面法矢正向量SN(2)＝(0.076999，-0.996754，-0.023514)代入到公式1，得到Cos(2)＝0.999214。
步骤4判断和调整曲面正侧：
4.1由步骤三计算出的结果可得：Cos(1)<0,Cos(2)>0；
4.2因为Cos(1)<0，代表基准平面正法矢向量PN和曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量SN(1)夹角大于90°，则利用CAD系统提供的二次开发接口进行对曲面ⅠSur(1)进行反转方向操作，完成曲面ⅠSur(1)的曲面正侧调整，调整之后的曲面Ⅰ形心处曲面法矢正向量为SN(1)_F；
4.3因为Cos(2)>0，代表基准平面正法矢向量PN和曲面Ⅱ形心处曲面法矢正向量SN(2)夹角小于90°，无需对曲面ⅡSur(2)的曲面正侧调整。

Claims (5)

1.一种曲面正侧判定和调整方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1建立辅助方向元素；
步骤2获取曲面形心处曲面法矢向量；
步骤3计算夹角余弦值；
步骤4判断和调整曲面正侧。
2.根据权利要求1所述的一种曲面正侧判定和调整方法，其特征在于所述步骤1建立辅助方向元素，具体过程为：在CAD软件中引入曲面模型，并定义一个目标方向，提取所有曲面边线的端点，用所有端点拟合一个基准平面，调整基准平面的法矢方向，使得该方向与目标方向一致，利用CAD系统提供的二次开发接口进行程序开发，获取基准平面的法矢正向量PN，PN＝(PN1，PN2，PN3)。
3.根据权利要求1所述的一种曲面正侧判定和调整方法，其特征在于所述的步骤2获取曲面形心处曲面法矢向量，具体过程为：定义曲面Sur(i)，对于每个曲面Sur(i)，构造曲面形心Point(i)，在曲面形心Point(i)处建立曲面Sur(i)的法线Line_N(i),获取法线Line_N(i)的方向向量SN(i)，SN(i)＝(SN1(i)，SN2(i)，SN3(i))，法线Line_N(i)的方向向量SN(i)亦为曲面形心处曲面法矢正向量，i＝1、2……Sur_Num,其中Sur_Num为曲面数量。
4.根据权利要求1所述的一种曲面正侧判定和调整方法，其特征在于所述的步骤3计算夹角余弦值，具体过程为：
计算基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)的夹角余弦值Cos(i)，计算公式为：
Figure FDA0003182241710000011
公式展开如下：
Figure FDA0003182241710000012
5.根据权利要求1所述的一种曲面正侧判定和调整方法，其特征在于所述的步骤4判断和调整曲面正侧，具体包括以下步骤：
5.1判断通过公式1所计算出的夹角余弦值Cos(i)是否小于0；
5.2如果Cos(i)<0，代表基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)夹角大于90°，则利用CAD系统提供的二次开发接口对曲面Sur(i)进行反转方向操作，完成曲面正侧调整；
5.3如果Cos(i)>0，代表基准平面法矢正向量PN和曲面形心处曲面法矢正向量SN(i)夹角小于等于90°，无需调整曲面正侧。
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