基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法及系统与流程

本发明涉及复杂曲面零件数控铣削加工制造，尤其涉及一种基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法及系统。

背景技术：

1、随着现代制造业的飞速发展，航空发动机涡轮叶片、机匣等复杂工程零件的加工精度和效率要求日益提高。这类零件往往包含大量的二次曲面、自由曲面等复杂曲面结构，这些曲面特征对于零件的整体性能至关重要。因此，如何高效、准确地识别这些复杂曲面零件的加工特征，成为了数控加工领域亟待解决的问题。

2、加工特征识别技术作为数控编程的基础，其主要作用是从零件的图纸或三维模型中定义并识别出可加工的特征对象，进而实现基于特征的加工编程，以提高数控加工的效率和质量。然而，在实际应用中，现有的加工特征识别技术在处理复杂曲面零件时面临着诸多挑战。

3、首先，复杂曲面零件的加工特征往往具有多样性和不规则性，这使得传统的基于规则、基于图等经典特征识别方法在处理这类零件时显得力不从心。这些方法在识别简单特征时表现出色，但面对复杂曲面零件上的复杂特征时，往往存在识别效率低、识别不准确、出现不识别、误识别、漏识别等问题。

4、其次，为了降低复杂曲面零件中非特征结构对特征识别的干扰，常需要对零件模型进行分割以去除不构成特征的模型面，分离出构成特征的模型面。然而，现有的模型分割方法主要针对一些较为简单的零件上的几种简单特征，其局限性较大。当应用于含有大量复杂曲面的复杂工程零件时，这些方法的分离效果往往较差，分离的成功率低，难以满足实际加工的需求。

5、针对上述问题，本发明旨在提出一种新型的复杂曲面零件加工特征分离方法。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供了一种基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法及系统，用于解决现有技术中对于复杂曲面零件的特征识别存在识别效率低、不准确，易产生误识别、漏识别等问题。

2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法，该方法包括：

3、步骤s1：对零件模型进行合法性检查，修复不合法的拓扑面，并初始化零件模型的面边属性，包括计算边的凸凹度和判断边的凸凹性，同时识别并标记零件模型中的特征搜索起始面和终止面；

4、步骤s2：基于特征搜索起始面，递归搜索相邻面构建特征面组，满足边界条件后形成特征模型，筛选去重后得到特征模型集合；

5、步骤s3：根据得到的特征模型集合对原始的零件模型进行处理，计算并保留特征模型在零件模型上的位置信息，包括特征模型与零件模型的空间位置关系，与特征模型相邻的非特征面的拓扑信息，基于位置信息对原始的零件模型进行分割，将特征模型集合中特征模型对应的模型面组从零件模型中分离出来，并绑定特征模型的位置信息，实现对零件模型上特征模型的分离；

6、其中将零件模型中参与构成特征模型的面称为特征面，不参与构成特征模型的面称为非特征面，特征面组由多个特征面组成，特征模型由多个特征面组组成。

7、优选地，步骤s1中，对零件模型进行合法性检查，修复不合法的拓扑面，并初始化零件模型的面边属性，包括计算边的凸凹度和判断边的凸凹性，同时识别并标记零件模型中的特征搜索起始面和终止面，具体包括：

8、步骤s11：对零件模型进行合法性检查，对不合法的拓扑面进行修正；若无法自动修正，则将零件模型交由人工处理；

9、步骤s12：遍历零件模型上所有两个不同模型面相交形成的公共边，对每组相邻面及形成的公共边执行以下步骤：

10、步骤s121：在公共边上等距取点，并计算这些点处的单位法矢量和单位切矢量；

11、步骤s122：基于计算得到的单位法矢量和单位切矢量，计算并记录边的凸凹度；

12、步骤s123：基于边的凸凹度，判定边的凸凹性；

13、步骤s13：基于边的凸凹性，识别并标记零件模型中的特征搜索起始面和终止面。

14、优选地，步骤s121中，在公共边上等距取点，并计算这些点处的单位法矢量和单位切矢量，具体包括：

15、记相邻的两个模型面为第一模型面和第二模型面，其公共边为e，由第一模型面和第二模型面上的边重叠形成；在公共边e上等距取n个点，遍历这些点，对其中的任意一点p，和分别为第一模型面和第二模型面在点p处的单位法矢量，指向零件模型外侧；为公共边e对应的直线在点p处的单位切矢量，其方向为公共边e对应的第一模型面的边的正方向；

16、优选地，步骤s122中，基于计算得到的单位法矢量和单位切矢量，计算并记录边的凸凹度，具体包括：

17、记点p处边的凸凹度为则有计算每个点的凸凹度，记为记公共边e及其对应的分属于两个相邻面的边的边凸凹度为则有计算并记录的值。

18、优选地，步骤s123中，基于边的凸凹度，判定边的凸凹性，具体包括：

19、当时，公共边e及其对应的两条分属两个相邻面的边为凸边；

20、当时，公共边e及其对应的两条分属两个相邻面的边为凹边；

21、当时，存在公共边光滑过渡的情况，取公共边e对应曲线的中点pmid，将点pmid沿两个相邻面在该点处的公共单位法矢量的方向偏置一个微小的距离，得到点pofs；为公共边e对应的曲线在点pmid处的单位切矢量，其方向为公共边e对应的第一模型面的边的正方向；过点pofs作垂直于表示的平面的直线l，当直线l与第一模型面或第二模型面有交点时，公共边e及其对应的两条分属于两个相邻面的边为凹边；当直线l与第一模型面和第二模型面均无交点时，公共边e及其对应的两条分属于两个相邻面的边为凸边。

22、优选地，步骤s13中，基于边的凸凹性，识别并标记零件模型中的特征搜索起始面和终止面，具体包括：

23、将零件模型中能够提示特征存在的关键模型面判定为特征搜索起始面，如圆柱面可提示孔特征的存在，矩形平面可提示矩形槽的存在；

24、将零件模型中能够提示零件非特征实体的模型面判定为特征搜索终止面；含有多个内环的模型面上多含有加工特征模型，判定为特征搜索终止面；不含内环且回转轴线与零件中心共线的大的回转曲面一般直接参与零件实体的构成，判定为特征搜索终止面。

25、优选地，步骤s2中，基于特征搜索起始面，递归搜索相邻面构建特征面组，满足边界条件后形成特征模型，筛选去重后得到特征模型集合，具体包括：

26、步骤s21：将步骤s1中确定的特征搜索起始面加入到一个空的特征搜索起始面集合中；

27、步骤s22：创建一个空的特征模型集合，用于存储后续搜索过程中识别出的特征面组；

28、步骤s23：逐个遍历特征搜索起始面集合中的模型面，以每个特征搜索起始面为起点进行特征面组的搜索；

29、步骤s24：对于每个特征搜索起始面，创建一个空的特征面组集合，并将当前特征搜索起始面加入到该集合中；

30、步骤s25：判断当前特征面组集合的外部边界是否满足边界条件，如果满足，则执行步骤s27，否则执行步骤s26；其中，所述外部边界由当前特征面组集合中的面与相邻非特征面之间的公共边组成，所述边界条件为外部边界上的边具有一致的凸凹性，或者外部边界全部由特征搜索终止面组成；

31、步骤s26：从零件模型中不属于当前特征面组集合的模型面中，以广度优先的方式递归地选择一个与当前特征面集合中的面相邻的模型面，将其添加到特征面组集合中，执行步骤s25，直至满足边界条件或无法再找到相邻面为止，

32、步骤s27：将当前特征面组集合中的模型面组合形成的模型面组作为特征面组，添加到特征模型集合中；

33、步骤s28：执行步骤s23，直到特征搜索起始面集合中的所有起始面都被处理完毕；

34、步骤s29：遍历特征模型集合，根据特征的基本特性定义特征判别规则，构建基于规则的特征判别系统，移除其中不符合规则要求的特征模型，并移除其中重复的特征模型。

35、本发明实施例还提供了一种基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离系统，该系统用于实现上述所述的基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法，具体包括：

36、零件模型预处理模块，用于对零件模型进行合法性检查，修复不合法的拓扑面，并初始化零件模型的面边属性，包括计算边的凸凹度和判断边的凸凹性，同时识别并标记零件模型中的特征搜索起始面和终止面；

37、特征模型搜索模块，用于基于特征搜索起始面，递归搜索相邻面构建特征面组，满足边界条件后形成特征模型，筛选去重后得到特征模型集合；

38、特征模型分离模块，用于根据得到的特征模型集合对原始的零件模型进行处理，计算并保留特征模型在零件模型上的位置信息，包括特征模型与零件模型的空间位置关系，与特征模型相邻的非特征面的拓扑信息，基于位置信息对原始的零件模型进行分割，将特征模型集合中特征模型对应的模型面组从零件模型中分离出来，并绑定特征模型的位置信息，实现对零件模型上特征模型的分离；

39、其中将零件模型中参与构成特征模型的面称为特征面，不参与构成特征模型的面称为非特征面，特征面组由多个特征面组成，特征模型由多个特征面组组成。

40、本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现上述所述的基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法。

41、本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行上述所述的基于启发式规则的复杂曲面零件加工特征分离方法。

42、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下有益效果：

43、(1)提高特征识别的准确性和效率：通过对零件模型进行合法性检查和修复，可以确保后续特征识别的数据基础是准确和可靠的，从而提高了特征识别的准确性。特征分离方法能够快速地从复杂的零件模型中分离出加工特征模型，降低了后续特征识别的规模和难度，提高了特征识别的效率。

44、(2)有效处理复杂曲面：本发明特别针对含有大量复杂曲面的工程零件，提出了一套有效的特征分离方法。通过递归搜索相邻面构建特征面组，能够很好地处理复杂曲面带来的特征识别难题。这种方法降低了复杂曲面对于特征识别的干扰，使得特征识别更加准确和高效。

45、(3)保留位置信息，实现精确分离：在特征分离的过程中，本发明不仅考虑了特征模型本身，还计算并保留了特征模型在零件模型上的位置信息，包括空间位置关系和相邻非特征面的拓扑信息。这些位置信息的保留使得特征模型的分离更加精确，有利于后续对特征进行进一步的分析和处理。

46、(4)模块化设计，易于集成：该特征分离方法可以作为其他特征识别方法的前序步骤，与其他特征识别方法相结合，形成一个完整的特征识别系统。这种模块化设计使得本发明具有很高的灵活性和可扩展性，可以方便地集成到各种工程设计和制造系统中。

47、(5)提升工程设计的智能化水平：通过自动化的特征识别和分离，可以大大提高工程设计的智能化水平，减少人工干预和错误，提高设计效率和质量。同时，该方法还可以为后续的工艺规划、仿真分析和优化等提供准确的数据支持，推动整个工程设计和制造过程的数字化和智能化发展。