模拟门型加工过程的方法及装置与流程

本发明涉及计算机辅助设计和生产加工技术领域，尤其是涉及一种模拟门型加工过程的方法及装置。

背景技术：

基于计算机动态图形实现的仿真技术，目前在工业加工领域是比较成熟的。该方法可动态模拟工件数控切削的整个过程，在刀具与工件接触的位置，工件的模型会根据刀具的路径发生相应的切除操作，从而在计算机上实时显示工件加工过程。但是，在木工切削行业，仿真软件相对较少，基于路径动态修改实时更新3D模型的功能更少。并且目前基于拓扑关系或网格数据完成布尔差操作实现铣削过程，计算量大，难以实现实时仿真。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟门型加工过程的方法及装置，以缓解现有技术中存在的基于拓扑关系或网格数据完成布尔差操作实现铣削过程，计算量大，难以实现实时仿真的技术问题。

本发明提供的一种模拟门型加工过程的方法，其中，包括：定义门型数据，并根据所述门型数据配置刀具，生成刀路信息；根据所述门型数据创建门板3D模型；根据所述刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；控制所述刀具3D模型按照所述刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；判断所述刀路信息中是否存在挑角信息；其中，所述挑角信息中的挑角位于任意两条相交刀路之间的拐弯处；若所述刀路信息中不存在所述挑角信息，则基于所述刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对所述门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；根据所述加工顺序模拟门板加工流程，得到模拟加工后的门型实体造型。

进一步的，根据所述刀具的截面2D数据创建刀具3D模型包括：获取刀具的截面2D数据；将所述刀具的截面2D数据沿Z轴按照预设步长旋转360度进行旋转拉伸，得到多个三角面片数据；根据所述多个三角面片数据生成刀具3D模型。

进一步的，控制所述刀具3D模型按照所述刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型包括：将所述刀具3D模型在刀路的起始位置处的起始刀具截面和所述刀具3D模型在刀路的终止位置处的终止刀具截面连接，形成至少一个3D曲面；利用Delaunay空间网格划分算法对每个所述3D曲面进行三角网格划分，生成刀具拉伸体；在所述刀具拉伸体的起始刀具截面和终止刀具截面处分别利用旋转拉伸方法计算，得到两个刀具半旋转体；将所述两个刀具半旋转体及所述刀具拉伸体合并，生成刀具扫掠体3D模型。

进一步的，基于所述刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对所述门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序包括：构建体素构造表示CSG树形结构，其中，所述CSG树形结构包括所述门板3D模型以及作为所述门板3D模型的子节点的所述刀具扫掠体3D模型；基于所述CSG树形结构并根据Goldfeather算法及SCS算法对所述门板3D模型做布尔差操作，得到每条刀路的布尔差过程；将所有刀路的布尔差过程按顺序排列，得到加工顺序。

进一步的，所述布尔差操作包括正铣操作与反铣操作。

进一步的，在判断所述刀路信息中是否存在挑角信息之后，还包括：若所述刀路信息中存在所述挑角信息，则根据所述挑角信息中的挑角起始点和挑角终点创建挑角3D模型；基于所述刀具扫掠体3D模型及所述挑角3D模型，利用CSG体素构造法对所述门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序。

进一步的，在根据所述门型数据创建门板3D模型之后，所述方法包括：在所述门板的表面贴上与门板3D模型对应的材质纹理。

进一步的，刀具至少包括以下一种刀型：V刀、T刀、直刀、球刀和花刀。

进一步的，所述门型数据至少包括以下一种：门板的长度、宽度、厚度，雕花和门板在表面上的造型。

本发明提供的一种模拟门型加工过程的装置，其中，包括：第一生成模块，用于定义门型数据，并根据所述门型数据配置刀具，生成刀路信息；第一创建模块，用于根据所述门型数据创建门板3D模型；第二创建模块，用于根据所述刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；第二生成模块，用于控制所述刀具3D模型按照所述刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；判断模块，用于判断所述刀路信息中是否存在挑角信息；其中，所述挑角信息中的挑角位于任意两条相交刀路之间的拐弯处；第一布尔差操作模块，用于若所述刀路信息中不存在所述挑角信息，则基于所述刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对所述门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；模拟加工模块，用于根据所述加工顺序模拟门板加工流程，得到模拟加工后的门型实体造型。

本发明提供了一种模拟门型加工过程的方法及装置，先定义门型数据，并根据门型数据配置刀具，生成刀路信息；然后根据门型数据创建门板3D模型；再根据刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；控制刀具3D模型按照刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；判断所述刀路信息中是否存在挑角信息；若所述刀路信息中不存在所述挑角信息，则基于刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；最后根据加工顺序模拟门板加工流程，显示模拟加工后的门型实体造型。本发明能实时完成门板的配刀操作，快速建模，实时仿真。能够处理多余材料切除，提高时间复杂度，降低出错率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的一种模拟门型加工过程的方法流程图；

图2为图1中步骤S103的流程图；

图3为图1中步骤S104的流程图；

图4为图1中步骤S106的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种模拟门型加工过程的方法流程图；

图6为本发明实施例提供的一种模拟门型加工过程的装置的结构图。

图标：

11-第一生成模块；12-第一创建模块；13-第二创建模块；14-第二生成模块；15-判断模块；16-第一布尔差操作模块；17-模拟加工模块。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参照图1，本发明实施例提供一种模拟门型加工过程的方法，其中，包括以下步骤：

步骤S101，定义门型数据，并根据门型数据配置刀具，生成刀路信息；

在本发明实施例中，门型数据可以在前端软件上进行设置，也可以通过导入DXF文件获取，门型数据还可以从CAD图纸上获取。门型数据决定了门板的款式，门板的款式可以为欧式吸塑门或中式吸塑门。门型数据包括但不限于：门板的长度、宽度、厚度，雕花和门板在表面上的造型。刀具至少包括以下一种刀型：V刀、T刀、直刀、球刀和花刀。刀路信息可以指走刀路径。走刀路径的表现形式可以包括但不限于线段、圆弧和圆。在本发明实施例中，可以将单条走刀路径称为刀路。若在两个相交的走刀路径之间存在挑角信息，则刀路信息包括挑角信息。门型设计人员可以根据不同的门型配置不同的刀型，因此配置哪种刀型的刀具由门型数据确定。

步骤S102，根据门型数据创建门板3D模型；

在本发明实施例中，门板3D模型处于待铣状态。

步骤S103，根据刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；

在本发明实施例中，刀具3D模型可用于挑角切除，还可以用于在模拟门型加工过程中实时显示刀具的状态。

步骤S104，控制刀具3D模型按照刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；

在本发明实施例中，刀具扫掠体3D模型是针对单条走刀路径而不是整条闭合走刀路径，因此可以处理各种复杂的自交走刀路径的情况。

步骤S105，判断刀路信息中是否存在挑角信息；其中，挑角信息中的挑角位于任意两条相交刀路之间的拐弯处；

步骤S106，若刀路信息中不存在挑角信息，则基于刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；

在本发明实施例中，布尔差操作包括但不限于正铣操作与反铣操作。正铣操作可以指在门板3D模型正面上进行材料切除，反铣操作可以指在门板3D模型反面上进行材料切除。本发明实施例除了可以处理正铣操作、反铣操作，还可以处理门板多余材料的切除操作。在实际应用中，若门型数据对应橱柜门，则设置下刀的深度大于门板的厚度，可以将走刀路径内的多余材料进行切除，得到加工后的门板。基于CSG体素构造法可以根据实际配置刀具情况及加工顺序，实时在3D场景中模拟出门板的加工顺序，进而显示整个门型加工过程的具体细节。

步骤S107，根据加工顺序模拟门板加工流程，得到模拟加工后的门型实体造型。

在本发明实施例中，在得到门型实体造型之后，还可以对门型实体造型进行显示，便于门型设计人员直观的查看门型实体造型。

本发明提供了一种模拟门型加工过程的方法，先定义门型数据，并根据门型数据配置刀具，生成刀路信息；然后根据门型数据创建门板3D模型；再根据刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；控制刀具3D模型按照刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；判断所述刀路信息中是否存在挑角信息；若所述刀路信息中不存在所述挑角信息，则基于刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；最后根据加工顺序模拟门板加工流程，显示模拟加工后的门型实体造型。本发明能实时完成门板的配刀操作，对刀具3D模型、门板3D模型均能快速建模，实现实时仿真。在布尔差操作过程中能够处理多余材料切除，提高时间复杂度，降低出错率。

进一步的，参照图2，步骤S103可以包括以下步骤：

步骤S201，获取刀具的截面2D数据；

步骤S202，将刀具的截面2D数据沿Z轴按照预设步长旋转360度进行旋转拉伸，得到多个三角面片数据；

步骤S203，根据多个三角面片数据生成刀具3D模型。

在本发明实施例中，预设步长可以设置为2度，将刀具的截面沿着步长旋转拉伸180次，可以形成180个截面。计算两两相邻片段的三角面片，将三角面片数据保存在坐标数据中，完成刀具从2D截面到3D的建模过程，方便且简单。

进一步的，参照图3，步骤S104可以包括以下步骤：

步骤S301，将刀具3D模型在刀路的起始位置处的起始刀具截面和刀具3D模型在走刀路径的终止位置处的终止刀具截面连接，形成至少一个3D曲面；

步骤S302，利用Delaunay空间网格划分算法对每个3D曲面进行三角网格划分，生成刀具拉伸体；

步骤S303，在刀具拉伸体的起始刀具截面和终止刀具截面处分别利用旋转拉伸方法计算，得到两个刀具半旋转体；

步骤S304，将两个刀具半旋转体及刀具拉伸体合并，生成刀具扫掠体3D模型。

在本实施例中，基于Delaunay空间网格，分别对单条走刀路径进行旋转拉伸，得到的刀具扫掠体3D模型具有三角网格数据信息，刀具扫掠体用于对门板的布尔差操作，实现门板材料的切除，可以降低时间复杂度，降低出错率。

进一步的，参照图4，步骤S106可以包括以下步骤：

步骤S401，构建体素构造表示CSG树形结构，其中，CSG树形结构包括门板3D模型以及作为门板3D模型的子节点的刀具扫掠体3D模型。

在本发明实施例中，CSG体素构造法将复杂的实体可以看作是由若干个简单的基本实体经过一系列有序的布尔操作构造出来的。CSG体素构造法涉及图像空间的CSG渲染技术。在构建CSG树形结构时，可以将门板3D模型看作成树的最上层结构，将其他特征看作是子节点，其中，其他特征包括刀具扫掠体3D模型。在本发明实施例中，基于图像空间的CSG渲染技术，可以完成门板3D模型和刀具扫掠体3D模型之间快速的布尔运算，进而节约设计的时间成本。

步骤S402，基于CSG树形结构并根据Goldfeather算法及SCS算法对门板3D模型做布尔差操作，得到每条刀路的布尔差过程。

在本发明实施例中，Goldfeather算法与SCS算法主要是用于门板材料的切除，上述两种算法均采用OpenGL的Z-Buffer技术，通过上述OpenGL的Z-Buffer技术可以完成门板凸体3D模型或凹体3D模型的快速布尔运算。OpenGL的Z-Buffer技术用于两个基本体素的布尔操作，例如刀具扫掠体3D模型与门板3D模型，具体的，刀具3D模型根据走刀路径生成刀具扫掠体3D模型，基于刀具扫掠体3D模型对门板3D模型进行切除操作。本发明实施例可以基于GPU实现图像空间的渲染技术，能够快速的实现门板切除过程，以及实时显示每条走刀路径的布尔差过程。

步骤S403，将所有刀路的布尔差过程按顺序排列，得到加工顺序。

在本发明实施例中，可以根据门板的加工顺序，在3D场景中实现门板在加工过程仿真的实时模拟。

本发明采用的是基于图像空间的CSG体素构造法，利用OpenGL的Z-Buffer技术基于GPU进行运算。能够快速完成刀具扫掠体3D模型与复杂门板3D模型之间的布尔差操作，即完成走刀路径的铣削过程，能够实时显示每个单条走刀路径的实时仿真过程。在仿真过程中，可以动态修改刀具及刀路信息，实时作用于3D模型上。

进一步的，参照图5，在判断刀路信息中是否存在挑角信息之后，还包括：

步骤S108，若刀路信息中存在挑角信息，则根据挑角信息中的挑角起始点和挑角终点创建挑角3D模型；

步骤S109，基于刀具扫掠体3D模型及挑角3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序。

进一步的，在根据门型数据创建门板3D模型之后，方法包括：

在门板的表面贴上与门板3D模型对应的材质纹理。

在本发明实施例中，针对门板的材质，不同的材质采用不同的纹理。材质纹理贴在门板的表面便于实现图像空间的CSG渲染，向客户提供更真实的仿真场景以及更加真实的模拟门型实体造型。

本发明实施例可以将门型数据导入，然后完成门板3D模型，刀具扫掠体3D模型的快速建模，通过布尔差操作生成门型实体造型。在布尔差操作过程中可以动态修改刀具及刀路信息，实时作用于3D模型上，并且可以通加工顺序在3D场景中实现门型加工过程仿真的实时模拟，进而方便门型设计人员在门型设计时有效的规避设计错误和降低错误成本。

实施例二：

参照图6，本发明实施例提供一种模拟门型加工过程的装置，其中，可以包括以下模块：

第一生成模块11，用于定义门型数据，并根据门型数据配置刀具，生成刀路信息；

第一创建模块12，用于根据门型数据创建门板3D模型；

第二创建模块13，用于根据刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；

第二生成模块14，用于控制刀具3D模型按照刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；

判断模块15，用于判断刀路信息中是否存在挑角信息；其中，挑角信息中的挑角位于任意两条相交刀路之间的拐弯处；

第一布尔差操作模块16，用于若刀路信息中不存在挑角信息，则基于刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；

模拟加工模块17，用于根据加工顺序模拟门板加工流程，得到模拟加工后的门型实体造型。

进一步的，第二创建模块13可以包括以下单元：

获取单元，用于获取刀具的截面2D数据；

旋转拉伸单元，用于将刀具的截面2D数据沿Z轴按照预设步长旋转360度进行旋转拉伸，得到多个三角面片数据；

生成单元，用于根据多个三角面片数据生成刀具3D模型。

进一步的，第二生成模块14可以包括以下单元：

连接单元，用于将刀具3D模型在刀路的起始位置处的起始刀具截面和刀具3D模型在刀路的终止位置处的终止刀具截面连接，形成至少一个3D曲面；

划分单元，用于利用Delaunay空间网格划分算法对每个3D曲面进行三角网格划分，生成刀具拉伸体；

计算单元，用于在刀具拉伸体的起始刀具截面和终止刀具截面处分别利用旋转拉伸方法计算，得到两个刀具半旋转体；

合并单元，用于将两个刀具半旋转体及刀具拉伸体合并，生成刀具扫掠体3D模型。

进一步的，参照图4，第一布尔差操作模块16可以包括以下单元：

构建单元，用于构建体素构造表示CSG树形结构，其中，CSG树形结构包括门板3D模型以及作为门板3D模型的子节点的刀具扫掠体3D模型；

布尔差单元，用于基于CSG树形结构并根据Goldfeather算法及SCS算法对门板3D模型做布尔差操作，得到每条刀路的布尔差过程；

排列单元，用于将所有刀路的布尔差过程按顺序排列，得到加工顺序。

进一步的，模拟门型加工过程的装置还包括：

第三创建模块，用于若刀路信息中存在挑角信息，则根据挑角信息中的挑角起始点和挑角终点创建挑角3D模型；

第二布尔差操作模块，用于基于刀具扫掠体3D模型及挑角3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序。

进一步的，上述装置还包括：纹理模块，用于在门板的表面贴上与门板3D模型对应的材质纹理。

本发明提供了一种模拟门型加工过程的装置，先定义门型数据，并根据门型数据配置刀具，生成刀路信息；然后根据门型数据创建门板3D模型；再根据刀具的截面2D数据创建刀具3D模型；控制刀具3D模型按照刀路信息进行扫掠，生成刀具扫掠体3D模型；判断所述刀路信息中是否存在挑角信息；若所述刀路信息中不存在所述挑角信息，则基于刀具扫掠体3D模型，利用CSG体素构造法对门板3D模型做布尔差操作以切除多余材料，得到加工顺序；最后根据加工顺序模拟门板加工流程，显示模拟加工后的门型实体造型。本发明能实时完成门板的配刀操作，对刀具3D模型、门板3D模型均能快速建模，实现实时仿真。在布尔差操作过程中能够处理多余材料切除，提高时间复杂度，降低出错率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。