飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合方法，属于飞机数字化制造技术领域。
【背景技术】
[0002]飞机样板是一类将飞机部、组、零件的某些特征以1:1的比例制成且带有工艺信息的钢性量具，其制造简单，成本低廉，使用方便，因而在飞机制造过程中得到了广泛的应用。制造飞机样板，需要先在三维数模中将要表达的零件特征转化为二维图形，将此二维图形进行一系列处理后导入专门的软件中自动生成激光切割程序。如果图形中存在大量连续的短线(以下成为碎线，如图1)会造成激光切割机卡顿，缩短激光切割机的使用寿命。对碎线的处理中，尤以呈圆弧状排列的碎线难度最大，因为圆弧的起止点、半径等参数均需肉眼判断，误差难以控制，可靠性差。目前业内使用的图形处理程序SYLBDxfPr0cess中提供了类似的拟合碎线功能，试图解决这类问题，但此程序的处理结果并未改变图形含有大量连续短线的本质，有若干常见情形无法处理，并且偶尔会出现误差超过允许范围的结果，使用完毕后需要人工校对，性能与实际需求相差甚远。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，目的是提高拟合精度及准确性。
[0004]本发明是通过以下技术方案实施的:飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，基于Ob jecARX( VC)开发，具体方法为:
(I)获得选定的图形元素，分解其中的组合元素，具体过程为:
①提示用户选择，当用户完成选择后，将选择集中的图形的ID加入实体ID数组；
②如果实体ID数组不为空，依次打开实体ID数组中的每个图形，分解该图形；
③如果分解成功，将该图形的ID从实体ID数组中移除，并将分解的结果加入到实体ID数组中；
(2 )获取选择集中所有元素的特征点，具体过程为:
①遍历实体ID数组，依次打开每一个图形，如果图形是曲线，即直线或圆弧，则取其两个端点和中点放入点数组中；
②建立内外两层循环，将外循环的点与内循环的逐一比较，如果发现坐标值相等，将该点移出数组；
(3)用特征点拟合圆，调整圆心与半径，根据碎线信息截得圆弧，具体过程为:
①使用最小二乘法获得拟合特征点的圆；
②所有特征点依次与圆心构建矢量，方向沿半径向外，根据这些矢量之间的最小正角判断出圆弧的两个端点，并用这两个端点定位圆心；
③获得由②所得的圆与两端点确定的劣弧的起止角与终止角，创建圆弧； (4)判断拟合误差，具体过程为:
①获得拟合圆弧的起点、中点与终点，构建形状相同的几何类对象；
②对每一个特征点，计算点与该几何类对象的最小距离，并取其最大值为误差值；
③如果误差值小于等于行业规定的允许值，则删除(I)中选择的所有元素，将创建的圆弧发送至模型空间并突出显示，同时发送拟合误差信息；否则关闭创建的圆弧，发送拟合失败信息。
[0005]本发明的有益效果:本发明采用上述方案，可以快速地将圆弧状排列的碎线拟合成整体的圆弧(如图2)，而不是由多段直线或圆弧拼接而成;对于直线与圆弧相切的情况，不改变切点位置;拟合不会出现误差大于行业规定最大误差的结果;对于局部法向误差过大、局部断开等情形，仍能给出符合上述特性的结果。
[0006]本发明改变了现行技术拟合结果仍是多条短线的尴尬局面(如图3)，拟合精度极高，并且能由程序轻而易举地控制误差，避免了人为控制误差而引起的超差现象。另外，本发明可以处理诸如局部断开之类的特殊情况，弥补了现行技术该方面的空白。本发明在适用性与准确性上有了质的提高，为飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧提高了可靠的解决方案。
【附图说明】
[0007]图1为需要拟合的圆弧形碎线。
[0008]图2为本发明对图1的处理结果。
[0009]图3为现有技术对图1的处理结果。
【具体实施方式】
[0010]一种飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，具体方法为:
(1)获得选定的图形元素，分解其中的组合元素；
(2)获取选择集中所有元素的特征点；
(3)用特征点拟合圆，调整圆心与半径，根据碎线信息截得圆弧；
(4)判断拟合误差。
[0011 ]所述的步骤(I)获得所选择图形元素，分解其中的组合元素:在命令激活后提示用户选择，获得选择集，建立循环，将获得所有实体的ID直接加入ID数组。在这些实体中，难免会有块、多段线等组合元素，应对其进行分解。对获得的所有实体执行分解动作，组合元素的分解会成功。如果分解成功，则将所得的实体依次发送至模型空间，并将ID加入之前的ID数组，然后在ID数组中移除该组合元素的ID，并将该组合元素从模型空间删除。
[0012]步骤(2)获取选择集中所有元素的特征点:依次以“读”模式打开ID数组中的所有元素，打开的图形必须是曲线(直线或圆弧，下同)。由于本发明拟合采用的方法是最小二乘法，需要用点来构造曲线，而用于拟合碎线的圆弧，其波动范围应由这些碎线的最小包围盒确定。对于直线，其最小包围盒只由起点和终点确定，对于圆弧则由起点、中点和终点确定。然而如果圆弧取三个点而直线取两个点，会造成直线的权值小于圆弧，这在实际情况下是不合理的，所以不论直线还是圆弧，均取其起点、中点和终点放入点数组中；
步骤(3)用特征点拟合圆，调整圆心与半径，根据碎线信息截得圆弧:最小二乘拟合的任务是根据N个点(i=0，l，……，n-l)得出圆心(A，B)和半径R。计算过程需要定义一下几个量:
Σ Xl=Xo+Xl+X2+......+Xn-1
ΣΧι2=Χο2+Χι2+Χ22+……X2n-1ΣΧι3=Χο3+Χι3+Χ23+……X3n-1ΣΥι=Υο+Υι+Υ2+……+Yn-1ΣΥι2=Υο2+Υι2+Υ22+……Y2n-1ΣΥι3=Υο3+Υι3+Υ23+……Y3n-1Σ XlYl= Χ0Υ0+Χ1Υ1+Χ2Υ2+……Xn-lYn-lΣ X2IYi= Χ2οΥο+Χ2ιΥι+Χ22Υ2+……Χ2η—ιΥη—ιΣ XiY2I= XoY2o+XiY2i+X2Y22+……Χη-ιΥ2η-1由以上变量构建参数C、D、E、G和H:
C=N* Σ Xi2-Σ Xi* Σ Xi
D=N* Σ XiY1-Σ Xi* Σ Yi
E=N* ΣΧι3+ν* Σ XiY21-( Σ Xi2+Σ Yi2)* ΣΧι
G=N* Σ Yi2-Σ Υι* Σ Yi
Η=Ν*ΣΧ2ιΥι+Ν*ΣΥι3_( Σ Xi2+Σ Yi2)* ΣΥι
由以上参数构建参数a、b、c:
a=(H*D-E*G)/( OG-D*D )
b=(H*C-E*D)/(D*D-G*C)
c=-(a* Σ Xi+b* Σ Yi+ Σ Χ2ι+ Σ X2i )/N
则
A=a/(-2.0)
B=b/(-2.0)
R=sqrt(a*a+b*b-4*c)/2.0
根据圆心和特征点可以在上述的拟合圆上截得一个劣弧。按特征点在数组里的顺序，首先构建圆心到第一个特征点的矢量V0，然后用之后的特征点与圆心构建矢量与VO计算夹角，找到夹角最大的那个矢量V1，则点P1就是弧的一点端点。同理，将上述所有矢量与V1计算夹角并比较即可得到弧的另一个端点。这里注意圆是那和得到的，意味着该圆可能不会通过特征点。考虑到切点位置不能改变，应修正正圆心的参数。方法好似按照拟合的半径以两端点为圆心做成两个圆，如果两圆有2个交点(否则圆心不需修正)，则离当前圆心最近的一个点就是新的圆心。至此已经可以建立拟合圆弧。
[0013]步骤(4)判断拟合误差:拟合误差是指碎线上各点与拟合圆弧的最小距离中的最大值。由于该最大值必定出现在特征点上，故只计算各个特征点与拟合圆弧的距离即可。如果误差小于等于行业规定的允许值，意味着拟合结果符合要求，需要用拟合图形来代替原图形，即删除所选择的碎线，并将拟合圆弧发送至模型空间；如果拟合超差，出于图形数据库的管理要求仍需要关闭拟合圆弧。
【主权项】
1.飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，其特征在于实现该方法的程序基于Ob jecARX(VC)开发，具体方法为: (1)获得选定的图形元素，分解其中的组合元素； (2)获取选择集中所有元素的特征点； (3)用特征点拟合圆，调整圆心与半径，根据碎线信息截得圆弧； (4)判断拟合误差。2.如权利要求1所述的飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，其特征在于:所述步骤(I)具体过程为: ①提示用户选择，当用户完成选择后，将选择集中的图形的ID加入实体ID数组； ②如果实体ID数组不为空，依次打开实体ID数组中的每个图形，分解该图形； ③如果分解成功，将该图形的ID从实体ID数组中移除，并将分解的结果加入到实体ID数组中。3.如权利要求1所述的飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，其特征在于:所述步骤(2)具体过程为: ①遍历实体ID数组，依次打开每一个图形，如果图形是曲线，即直线或圆弧，则取其两个端点和中点放入点数组中； ②建立内外两层循环，将外循环的点与内循环的逐一比较，如果发现坐标值相等，将该点移出数组。4.如权利要求1所述的飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，其特征在于:所述步骤(3)具体过程为: ①使用最小二乘法获得拟合特征点的圆； ②所有特征点依次与圆心构建矢量，方向沿半径向外，根据这些矢量之间的最小正角判断出圆弧的两个端点，并用这两个端点定位圆心； ③获得由②所得的圆与两端点确定的劣弧的起止角与终止角，创建圆弧。5.如权利要求1所述的飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，其特征在于:所述步骤(4)具体过程为: ①获得拟合圆弧的起点、中点与终点，构建形状相同的几何类对象； ②对每一个特征点，计算点与该几何类对象的最小距离，并取其最大值为误差值； ③如果误差值小于等于行业规定的允许值，则删除(I)中选择的所有元素，将创建的圆弧发送至模型空间并突出显示，同时发送拟合误差信息；否则关闭创建的圆弧，发送拟合失败信息。
【专利摘要】本发明为一种飞机样板激光切割编程图形的碎线拟合圆弧方法，实现该方法的程序基于ObjecARX（VC）开发。方法为先分解选定的CAD二维图形中的所有元素，提取分解所得元素的特征点。然后对这些点进行最小二乘拟合，得到拟合的圆心、半径结果。之后根据最初选择的碎线在该圆上截得一个能拟合这些碎线的劣弧，计算拟合公差，如果公差在允许范围内则拟合成功。本发明能将碎线快速拟合成一个完整的圆弧，并能精确的控制误差。与现有技术对比，本发明所得结果的图形质量更高，适用范围更广，能从根本上杜绝各种拟合错误，还能处理现行技术无法处理的特殊情况。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105528474
【申请号】CN201510839598
【发明人】张向良, 张鑫, 张云鹏, 李向春, 冯亮亮
【申请人】沈阳飞机工业（集团）有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年11月27日