一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法与流程

本发明属于轴孔特征越程槽设置合理性识别技术领域，具体涉及一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法。

背景技术：

轴孔类加工是现代机械加工领域比较普遍的加工方式，且需求量巨大，当对零件的轴孔类特征进行磨削加工时，由于砂轮边缘磨损较快，在盲孔/轴台阶面根部将会磨出一个圆角，影响装配时零件的可靠定位。此外，当主轴行程到位进行换向时，将影响加工精度，因此，应预留砂轮越程槽以保证盲孔的磨削加工质量。

现有技术中，主要采用人工方法，检查轴孔特征越程槽是否进行预设。具有以下问题：人工检查效率极低，且容易出现漏检等情况。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，包括以下步骤：

步骤s1，读取需要进行轴孔特征越程槽设置合理性识别的三维模型，提取所述三维模型包含的所有面元素；

步骤s2，对提取到的所有面元素进行关联重组，检测出所有的封闭结构面，剔除非封闭结构面；

步骤s3，从步骤s2检测出的所有的封闭结构面中，筛选出所有的圆柱封闭结构面；

步骤s4，对每个所述圆柱封闭结构面进行分析识别，判断所述圆柱封闭结构面属于内圆柱封闭结构面或外圆柱封闭结构面；

识别出的所有外圆柱封闭结构面形成外圆柱封闭结构面特征集合，表示为：outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)；其中，outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)分别代表：第1外圆柱封闭结构面，第2外圆柱封闭结构面,...,第m外圆柱封闭结构面；m代表外圆柱封闭结构面特征集合包括的外圆柱封闭结构面的数量；

识别出的所有内圆柱封闭结构面形成内圆柱封闭结构面特征集合，表示为：inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)；其中，inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)分别代表：第1内圆柱封闭结构面，第2内圆柱封闭结构面,...,第n内圆柱封闭结构面；n代表内圆柱封闭结构面特征集合包括的内圆柱封闭结构面的数量；

对于外圆柱封闭结构面特征集合，继续执行步骤s5；对于内圆柱封闭结构面特征集合，继续执行步骤s6；

步骤s5，对外圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析，方法为：

步骤s5.1，对外圆柱封闭结构面特征集合中的各个所述外圆柱封闭结构面进行筛选，筛选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面，将筛选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面作为外圆柱封闭结构目标面，表示为：外圆柱封闭结构目标面outside(t0)，然后执行步骤s5.2；

步骤s5.2，对外圆柱封闭结构目标面outside(t0)进行识别，得到外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的外直径长度，表示为d0；

步骤s5.3，对外圆柱封闭结构面特征集合outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)中除去外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的m-1个外圆柱封闭结构面进行遍历，得到与外圆柱封闭结构目标面outside(t0)中心线重合且端点距离最短的外圆柱封闭结构面，表示为：外圆柱封闭结构面outside(tc)；

步骤s5.4，对外圆柱封闭结构面outside(tc)进行识别，得到外圆柱封闭结构面outside(tc)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到外圆柱封闭结构面outside(tc)的外直径长度，表示为dc；

步骤s5.5，比较d0和dc，如果dc＜d0，则外圆柱封闭结构面outside(tc)即为外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的越程槽设置，表明外圆柱封闭结构目标面outside(t0)已设置越程槽；结束流程；否则，表明外圆柱封闭结构面outside(tc)未设置越程槽，进行报错提醒；

步骤s6，对内圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析，方法为：

步骤s6.1，对内圆柱封闭结构面特征集合中的各个所述内圆柱封闭结构面进行筛选，筛选出需要进行磨削加工的内圆柱封闭结构面，将筛选出需要进行磨削加工的内圆柱封闭结构面作为内圆柱封闭结构目标面，表示为：内圆柱封闭结构目标面inside(q0)，然后执行步骤s6.2；

步骤s6.2，对内圆柱封闭结构目标面inside(q0)进行识别，得到内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的内直径长度，表示为l0；

步骤s6.3，对内圆柱封闭结构面特征集合inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)中除去内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的n-1个内圆柱封闭结构面进行遍历，得到与内圆柱封闭结构目标面inside(q0)中心线重合且端点距离最短的内圆柱封闭结构面，表示为：内圆柱封闭结构面inside(qc)；

步骤s6.4，对内圆柱封闭结构面inside(qc)进行识别，得到内圆柱封闭结构面inside(qc)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到内圆柱封闭结构面inside(qc)的内直径长度，表示为lc；

步骤s6.5，比较l0和lc，如果lc＞l0，则内圆柱封闭结构面inside(qc)即为内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的越程槽设置，表明内圆柱封闭结构目标面inside(q0)已设置越程槽；结束流程；否则，表明内圆柱封闭结构目标面inside(q0)未设置越程槽，进行报错提醒。

优选的，步骤s2中，采用以下方法，检测出所有的封闭结构面：

步骤s2.1，对于提取到的每个面元素，查看面元素包含的各个边；如果每条边均不存在端点，则其为封闭结构面；否则继续执行步骤s2.2；

步骤s2.2，如果每个边的端点都不是孤立的端点，而是与该面的其他边相连，则其为封闭结构面；否则，该面为非封闭结构面。

优选的，步骤s4中，采用以下方法，判断所述圆柱封闭结构面属于内圆柱封闭结构面或外圆柱封闭结构面：

步骤s4.1，对于被识别的圆柱封闭结构面，在该圆柱封闭结构面的面上，选择任意一点a，通过a点作圆柱面的法向量c1；确定圆柱封闭结构面的轴线中心点o，作a点指向o点的向量c2；

计算法向量c1和向量c2的夹角β；

如果夹角β大于90度，则此圆柱封闭结构面为外圆柱封闭结构面；否则，为内圆柱封闭结构面。

本发明提供的一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法具有以下优点：

(1)本发明对轴孔特征越程槽设置合理性的检查更全面、准确性更高、速度更快。

(2)本发明的基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，不受轴孔类型的影响，广泛适用于盲孔，通孔，台阶轴等各类轴孔识别；不受轴孔外形变化的影响，广泛适用于含盲孔越程槽、台阶轴越程槽、通孔等结构的内外配合件，因此，适用范围广。

附图说明

图1为本发明提供的基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法的流程示意图；

图2为本发明提供的对外圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析的原理图；

图3为本发明提供的对内圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析的原理图；

图4为本发明提供的一种封闭结构面的示意图；

图5为本发明提供的一种封闭结构面的示意图；

图6为本发明提供的一种非封闭结构面的示意图；

图7为本发明提供的一种封闭结构面的示意图；

图8为本发明提供的判断所述圆柱封闭结构面属于内圆柱封闭结构面或外圆柱封闭结构面的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

本发明提供一种基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，参考图1，包括以下步骤：

步骤s1，读取需要进行轴孔特征越程槽设置合理性识别的三维模型，提取所述三维模型包含的所有面元素；

步骤s2，对提取到的所有面元素进行关联重组，检测出所有的封闭结构面，剔除非封闭结构面；

步骤s2中，采用以下方法，检测出所有的封闭结构面：

步骤s2.1，对于提取到的每个面元素，查看面元素包含的各个边；如果每条边均不存在端点，则其为封闭结构面；否则继续执行步骤s2.2；

步骤s2.2，如果每个边的端点都不是孤立的端点，而是与该面的其他边相连，则其为封闭结构面；否则，该面为非封闭结构面。

参考图4、图5和图7，为封闭结构面的示意图；参考图6，为非封闭结构面的示意图。

其中，图4所示的面包含圆边不存在端点，则为封闭结构面。图5所示的圆柱面两端的圆边不存在端点，则为封闭结构面。图6所示两边的端点没有与其他端点相连，是孤立的端点，因此，为非封闭结构面。图7所示面的各边的端点都与其他边的端点相连，则为封闭结构面。

步骤s3，从步骤s2检测出的所有的封闭结构面中，筛选出所有的圆柱封闭结构面；

步骤s4，对每个所述圆柱封闭结构面进行分析识别，判断所述圆柱封闭结构面属于内圆柱封闭结构面或外圆柱封闭结构面；

具体的，参考图8，采用以下方法，判断所述圆柱封闭结构面属于内圆柱封闭结构面或外圆柱封闭结构面：

步骤s4.1，对于被识别的圆柱封闭结构面，在该圆柱封闭结构面的面上，选择任意一点a，通过a点作圆柱面的法向量c1；确定圆柱封闭结构面的轴线中心点o，作a点指向o点的向量c2；

计算法向量c1和向量c2的夹角β；

如果夹角β大于90度，则此圆柱封闭结构面为外圆柱封闭结构面；否则，为内圆柱封闭结构面。

识别出的所有外圆柱封闭结构面形成外圆柱封闭结构面特征集合，表示为：outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)；其中，outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)分别代表：第1外圆柱封闭结构面，第2外圆柱封闭结构面,...,第m外圆柱封闭结构面；m代表外圆柱封闭结构面特征集合包括的外圆柱封闭结构面的数量；

识别出的所有内圆柱封闭结构面形成内圆柱封闭结构面特征集合，表示为：inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)；其中，inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)分别代表：第1内圆柱封闭结构面，第2内圆柱封闭结构面,...,第n内圆柱封闭结构面；n代表内圆柱封闭结构面特征集合包括的内圆柱封闭结构面的数量；

对于外圆柱封闭结构面特征集合，继续执行步骤s5；对于内圆柱封闭结构面特征集合，继续执行步骤s6；

步骤s5，对外圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析，参考图2，方法为：

步骤s5.1，对外圆柱封闭结构面特征集合中的各个所述外圆柱封闭结构面进行筛选，筛选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面，将筛选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面作为外圆柱封闭结构目标面，表示为：外圆柱封闭结构目标面outside(t0)，然后执行步骤s5.2；

具体的，采用以下方式，筛选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面：

读取三维模型属性信息，提取目标圆柱封闭结构面的尺寸精度/表面粗糙度/圆柱度等标注信息，结合预设的轴孔类加工标准等级阈值进行筛选，选出需要进行磨削加工的外圆柱封闭结构面。

加工判定阈值依据国军标标准或一般加工经验进行预设，如：尺寸精度高于it6等级或表面粗糙度要求高于0.8μm或圆柱度要求高于0.02mm等要求，任意满足其中一项，即需要进行除一般机加要求外的高精度磨削加工。

步骤s5.2，对外圆柱封闭结构目标面outside(t0)进行识别，得到外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的外直径长度，表示为d0；

步骤s5.3，对外圆柱封闭结构面特征集合outside(t1),outside(t2),...,outside(tm)中除去外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的m-1个外圆柱封闭结构面进行遍历，得到与外圆柱封闭结构目标面outside(t0)中心线重合且端点距离最短的外圆柱封闭结构面，表示为：外圆柱封闭结构面outside(tc)；

步骤s5.4，对外圆柱封闭结构面outside(tc)进行识别，得到外圆柱封闭结构面outside(tc)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到外圆柱封闭结构面outside(tc)的外直径长度，表示为dc；

步骤s5.5，比较d0和dc，如果dc＜d0，则外圆柱封闭结构面outside(tc)即为外圆柱封闭结构目标面outside(t0)的越程槽设置，表明外圆柱封闭结构目标面outside(t0)已设置越程槽；结束流程；否则，表明外圆柱封闭结构面outside(tc)未设置越程槽，进行报错提醒；

步骤s6，对内圆柱封闭结构面的轴孔特征越程槽设置合理性的分析，参考图3，方法为：

步骤s6.1，对内圆柱封闭结构面特征集合中的各个所述内圆柱封闭结构面进行筛选，筛选出需要进行磨削加工的内圆柱封闭结构面，将筛选出需要进行磨削加工的内圆柱封闭结构面作为内圆柱封闭结构目标面，表示为：内圆柱封闭结构目标面inside(q0)，然后执行步骤s6.2；

步骤s6.2，对内圆柱封闭结构目标面inside(q0)进行识别，得到内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的内直径长度，表示为l0；

步骤s6.3，对内圆柱封闭结构面特征集合inside(q1),inside(q2),...,inside(qn)中除去内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的n-1个内圆柱封闭结构面进行遍历，得到与内圆柱封闭结构目标面inside(q0)中心线重合且端点距离最短的内圆柱封闭结构面，表示为：内圆柱封闭结构面inside(qc)；

步骤s6.4，对内圆柱封闭结构面inside(qc)进行识别，得到内圆柱封闭结构面inside(qc)的上边界线和下边界线之间的距离，即：得到内圆柱封闭结构面inside(qc)的内直径长度，表示为lc；

步骤s6.5，比较l0和lc，如果lc＞l0，则内圆柱封闭结构面inside(qc)即为内圆柱封闭结构目标面inside(q0)的越程槽设置，表明内圆柱封闭结构目标面inside(q0)已设置越程槽；结束流程；否则，表明内圆柱封闭结构目标面inside(q0)未设置越程槽，进行报错提醒。

以某发动轴类零件为例，发动轴类零件结构复杂，且需要的装配精度较高。在加工过程中，轴孔类加工需求量巨大，当对发动轴类零件的轴孔类特征进行磨削加工时，由于砂轮边缘磨损较快，在盲孔/轴台阶面根部将会磨出一个圆角，影响装配时零件的可靠定位。此外，当主轴行程到位进行换向时，将影响加工精度，因此，应预留砂轮越程槽以保证轴/孔的磨削加工质量。现有技术中，主要采用人工方法，检查轴孔特征越程槽是否进行预设。具有以下问题：人工检查效率极低，且容易出现漏检等情况。

采用本发明提供的方法，为一种自动化分析技术，可以在数秒钟内完成发动轴类零件模型中轴孔特征越程槽是否设置的全面检查，且分析结果准确无误。

本发明提供的基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，具有以下优点：

(1)本发明利用信息化手段辅助工程技术人员，自动化地获取三维模型中各圆柱/孔面封闭结构特征，并结合三维模型中各种属性特征及边界线关系，给出需要进行磨削加工的轴孔特征越程槽设置是否合理的结果，相较于以往的人工检查方式，本发明对轴孔特征越程槽设置合理性的检查更全面、准确性更高、速度更快。

(2)本发明的基于三维模型识别轴孔特征越程槽设置合理性的方法，不受轴孔类型的影响，广泛适用于盲孔，通孔，台阶轴等各类轴孔识别；不受轴孔外形变化的影响，广泛适用于含盲孔越程槽、台阶轴越程槽、通孔等结构的内外配合件，因此，适用范围广。

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本发明的保护范围。