一种用于飞机复杂结构件的碎面缺陷自动识别与修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空制造中的飞机复杂结构件数控加工制造领域，具体来说，是一种 用于飞机复杂结构件的碎面缺陷自动识别与修正方法。
【背景技术】
[0002] 在现代飞机设计中，为满足高性能的要求，广泛采用性能优越的整体结构件，飞机 整体结构件数模表面通常具有数以千计的拓扑面，包含大量的几何与拓扑信息。虽然各曲 面的几何类型相对简单，但由于不规范的设计过程、系统异构和格式转换、外形及设计意图 需要等种种原因，使得模型中存在诸多曲面缺陷问题。这些缺陷问题将严重影响到自动编 程系统中特征识别结果的正确率。因此，在特征识别之前，亟需对零件数模中可能存在的各 类曲面缺陷进行预处理。其中，碎面是曲面常见的缺陷之一，飞机复杂结构件的碎面缺陷自 动识别与修正方法可以有效解决曲面存在碎面缺陷这一问题。
[0003] 现有的人工修正存在如下不足：
[0004] ⑴耗时长；
[0005] ⑵可靠性差；
[0006] ⑶某些碎面无法识别，难以保证模型质量。
【发明内容】
[0007] 针对现有方法中存在的问题，本发明提出一种用于飞机复杂结构件的碎面缺陷自 动识别与修正方法，实现对飞机复杂结构件设计数模中碎面缺陷的自动识别与修正。该方 法为保证零件数模的正确性、合理性和规范性发挥了重要的作用，是保证零件快速、有效加 工的重要保证。
[0008] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0009] 1)碎面自动识别；2)碎面自动修正。
[0010] 所述步骤1)碎面自动识别流程包括：⑴常见碎面描述与分类：①形状规则且排列 分布有规律；②形状不规则但排列分布有规律；③形状不规则且排列分布也无规律；
[0011] ⑵常见碎面缺陷定义：①基础理论描述；②碎面缺陷、碎面、碎边定义；
[0012] ⑶碎面缺陷识别：①邻接图构建；②边属性计算；③面属性计算。
[0013] 所述步骤2)碎面自动修正流程包括：
[0014] ⑴二次曲面构造：①圆柱面构造；②圆锥面构造；③球面构造；④圆环面构造；
[0015] ⑵Nurbs曲面：①近似二次曲面构造；②近似回转曲面或拉伸柱面构造；③直纹面 构造。
[0016] 通过上述方法，可实现对数控加工零件所存在的碎面缺陷自动进行有效的识别与 修正，极大提高了碎面修正效率，该方法为下游CAPP/CAM平台提供适宜于自动、智能编程 的合理、有效、规范零件几何模型迈出了重要的一步，对缩短产品研制周期、降低成本和提 高产品质量有着重要的意义。
[0017] 本发明的优点在于：
[0018] (1)本发明是一种用于飞机复杂结构件的碎面缺陷自动识别与修正方法，该方法 结合常见碎面缺陷内部拓扑面的几何形状、本质特征对其进行了合理的定义与分类，并采 用一套行之有效的识别算法对其进行有效识别，大大提高了碎面缺陷的识别效率，而且，识 别结果更加可靠。
[0019] (2)本发明是一种用于飞机复杂结构件的碎面缺陷自动识别与修正方法，该方法 对常见碎面进行分类修正，使修正的结果更加精准、可靠。
【附图说明】
[0020] 为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单介绍，显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施案例，对于本领 域的普通技术人员来讲，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附 图。
[0021] 图1为本发明实施例所述的交互操作参数输入界面；
[0022] 图2为本发明实施例所述飞机结构件碎面缺陷分类示意图；
[0023] 图3为本发明实施例所述碎面缺陷定义示例；
[0024] 图4为本发明实施例所述槽结构拓扑面邻接图示意图；
[0025] 图4(a)为本发明实施例所述的零件模型示意图；
[0026] 图4(b)为本发明实施例所述的零件模型的拓扑面邻接图示意图；
[0027] 图5为本发明实施例所述非正则拓扑缺陷示意图；
[0028] 图5(a)为本发明实施例所述的孤点示意图；
[0029] 图5(b)为本发明实施例所述的悬边示意图；
[0030] 图5(c)为本发明实施例所述的悬面示意图；
[0031] 图6为本发明实施例所述邻接图分解示意图；
[0032] 图7为本发明实施例所述碎面缺陷识别算法流程图；
[0033] 图8为本发明实施例所述截面线生成示意图；
[0034] 图9为本发明实施例所述最小二乘法拟合直母线示意图；
[0035] 图10为本发明实施例所述基线拟合示意图；
[0036] 图11为本发明实施例所述碎面缺陷修正算法流程图；
【具体实施方式】
[0037] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
[0038] 下面将结合附图对本发明进行进一步的详细说明，如附图1所示为零件模型表面 预处理模块交互界面，其中主界面如图1(a)所示，分为三个主要区域：选择区，结果显示区 和操作区；参数配置界面如图1(b)所示，用于编辑曲面缺陷检测所需各项参数设定值，包 含常规设定、容差设定和几何约束等参数。其中：
[0039] 本发明主要针对零件模型表面预处理模块中碎面自动识别与修正方法进行详细 介绍，该方法实现主要分为两步：1)碎面自动识别；2)碎面自动修正。
[0040] 步骤1)碎面自动识别
[0041] ⑴常见碎面描述与分类
[0042] ①形状规则且排列分布有规律，如图2(a)所示。缺陷内部各拓扑面的几何形状大 体为规则三角形或矩形，且呈现出有序、一致的排列分布。此类碎面缺陷主要出现在壁板件 的内外缘处，由不规范的草图绘制过程或系统精度问题导致而成，通常可用一张直纹面来 近似表示。
[0043] ②形状不规则但排列分布有规律，如图2(b)所示。缺陷内部各拓扑面的几何形状 多为不规则的曲边多边形，但整体在排列分布上却呈现出一定的有序性。常见于各飞机结 构件转角特征中的底R处，此类过渡曲面本该为圆环面或球面，往往由于不规范的倒圆角 顺序使其变异成几张形状不规则的NURBS曲面。
[0044] ③形状不规则且排列分布也无规律，如图2 (c)所示。几何形状任意，各拓扑面边 界可能是直线也可能是曲线，且空间位置分布杂乱无章，但整体上通过间接或直接的拓扑 邻接关系，能拼合成一个相对独立的曲面区域。通常出现在飞机结构件中槽特征的底面或 侧面，可用一整张平面或曲面来拟合表示。
[0045] ⑵常见碎面缺陷定义
[0046] ①基础理论：
[0047] a、曲面的相对面积，在微分几何中，曲面常表示成双参数u和V的矢函数p = p(u，v)，其面积可由公式
进行计算。那么对于由若干相邻有界曲面f\~ 仁所组成的曲面组F来说，子曲面f i的相对面积:
[0049] 其中，SfA子曲面f』勺面积。
[0050] b、曲面的几何连续性
[0051] 包括位置连续性和切平面连续性。
[0052] c、曲率连续性
[0053] ②碎面缺陷、碎面、碎边定义
[0054] 对数模m表面的曲面组F(相邻有界曲面f\~f "所组成的连通面域），若其子曲 面^ (i = 1，2，···，η)理论上均属于同一张完整的面，且满足：
[0055] a、各曲面匕的几何类型一致；
[0056] b、各曲面仁在公共边界处具有G 2以上的连续性；
[0057] c、曲面组中，存在曲面仁的相对面积小于预设阈值。
[0058] 则称各曲面fji = 1，2, ···，!!）共同构成一个碎面缺陷，且单个曲面匕称为碎面。
[0059] 如图3所示为碎面缺陷定义的示例图，图3 (a)中曲面f\~f 3在公共边界e 12、e23 处是曲率连