基于实物扫描的装配体参数化及自动化数控加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化数控加工领域，特别是涉及一种基于实物扫描的装配体参数化 及自动化数控加工方法。
【背景技术】
[0002] 实际生产中有许多这样的需求:为了实现系列化产品的加工，要求基于已有的一 种产品，实现系列化产品的参数化、自动化数控加工。然而，现有方法存在如下缺点：
[0003] 首先，对于当前的参数化设计，在大型的商用三维软件中都有应用，但其主要是一 种通用化的平台，需要用户通过手工交互的方式实现模型的参数化，比较麻烦;其次，对于 三维实物扫描的应用较多，然而这些工作多数是为了零件模型的逆向设计、三维重构而开 展，尚未查到通过几何与加工特征识别方法、应用装配关系匹配与装配知识提取算法构建 装配体与装配关系的参数化模型的应用;再次，对于零件的加工，目前多数依赖于加工工艺 工程师和数控编程人员根据加工经验合作完成。
【发明内容】
[0004] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于实物扫描的装 配体参数化及自动化数控加工方法，其能够脱离参数化大型软件平台，基于某一产品实物 实现举一反三的系列化产品从结构参数化、到几何加工特征提取与识别、再到加工工序的 生成、数控加工程序的自动编程的一体化、自动化。
[0005] 为达上述及其它目的，本发明提出一种基于实物扫描的装配体参数化及自动化数 控加工方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤一，获取实物装配体整体的几何形貌与各组件的几何形貌；
[0007] 步骤二，基于所获取的实物装配体整体几何形貌与各组件几何形貌的测量点云， 利用几何与加工特征识别方法进行几何特征识别，并对识别的特征进行表达与存储；
[0008] 步骤三，应用装配关系匹配与装配知识提取算法构建装配体与装配关系的参数化 丰旲型；
[0009] 步骤四，基于所识别的加工特征、结合加工机床的结构性能参数，实现数控加工程 序的自动生成。
[0010]进一步地，于步骤一中，所获取的装配体整体几何形貌与各组件几何形貌的三维 拼合数据尽可能封闭完整、无漏洞，测量精度依据当前零件精度要求而定。
[0011] 进一步地，于步骤一中，所使用的测量设备为扫描仪。
[0012] 进一步地，于步骤二中，外轮廓点集分割与特征点提取是将不同段的特征提取并 分割出来，通过外轮廓点集分割存储不同特征段的首尾特征点信息。
[0013] 进一步地，于步骤二中对于特征的识别与处理则是根据具体特征段所对应的特征 点，判断具体是何特征，通过数据的处理得到具体几何特征的属性。
[0014] 进一步地，于步骤二中，对回转零件的几何特征识别步骤如下:获得轴向转投影测 量点云；去除重叠点；对点集进行排序；同一轴向位置取半径最大点；外轮廓点集分割与特 征点提取;对不同特征进行识别与处理;对特征进行存储。
[0015] 进一步地，于步骤二中，对非回转零件的几何特征识别步骤如下:对单独零件点云 进行面分割；去除重叠点；对分割点集进行排序;分割点集的几何属性识别；分割几何元素 的关联关系提取;几何特征的识别与处理;对特征进行存储。
[0016] 进一步地，于步骤三中，结合装配体整体几何形貌和各个零件的几何特征的提取 结果，修正装配体中各个零件几何机构模型，同时构建装配体与装配关系的参数化模型。
[0017] 进一步地，于步骤四中，加工工序编排原则为:对同精度要求的连续加工特征，在 能够共同选用同样刀具的前提下，以尽量采用连续轮廓外圆车削的方式进行加工。
[0018] 进一步地，于步骤四中，对于用户提出的特定特征的特殊加工要求与优化选用，则 通过考虑综合因素，完成加工工艺规划。
[0019] 与现有技术相比，本发明一种基于实物扫描的装配体参数化及自动化数控加工方 法基于所获取的实物装配体整体几何形貌与各组件几何形貌的测量点云，利用几何与加工 特征识别方法、应用装配关系匹配与装配知识提取算法构建装配体与装配关系的参数化模 型，并基于所识别的加工特征、结合加工机床的结构性能参数，实现了数控加工程序的自动 生成，本发明能够脱离参数化大型软件平台，基于某一产品实物实现举一反三的系列化产 品从结构参数化、到几何加工特征提取与识别、再到加工工序的生成、数控加工程序的自动 编程的一体化、自动化。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一种基于实物扫描的装配体参数化及自动化数控加工方法的步骤流 程图；
[0021] 图2为本发明较佳实施例中回转零件几何特征识别流程示意图；
[0022]图3为本发明较佳实施例中非回转零件几何特征识别流程；
[0023] 图4(a)为本发明具体实施例中某零件加工工序工序名列表；
[0024] 图4(b)为本发明具体实施例中经特征识别的被加工工件示意图；
[0025] 图4(c)为本发明具体实施例中某零件加工工序的生成过程示意图。
【具体实施方式】
[0026] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0027] 图1为本发明一种基于实物扫描的装配体参数化及自动化数控加工方法的步骤流 程图。如图1所示，本发明一种基于实物扫描的装配体参数化及自动化数控加工方法，包括 如下步骤：
[0028] 步骤101，获取实物装配体整体的几何形貌与各组件的几何形貌。
[0029] 具体地，获取实物装配体的整体几何形貌与各组件的几何形貌的测量设备较多， 例如手持式扫描仪、立式扫描仪等。在本发明较佳实施例中，所获取的装配体整体几何形貌 与各组件几何形貌的三维拼合数据尽可能封闭完整、无漏洞，测量精度依据当前零件精度 要求而定。
[0030] 步骤102,基于所获取的实物装配体整体几何形貌与各组件几何形貌的测量点云， 利用几何与加工特征识别方法进行几何特征识别，并对识别的特征进行表达与存储。
[0031] 几何特征识别流程:如图2和图3所示分别为回转零件和非回转零件的几何特征识 别流程。其中外轮廓点集分割与特征点提取主要是将不同段的特征提取并分割出来，例如 对于轴的外轮廓，主要包括圆柱、圆锥、槽、圆弧表面、螺纹特征等。通过外轮廓点集分割存 储不同特征段的首尾特征点信息。对于特征的识别与处理则是根据具体特征段所对应的特 征点，判断具体是何特征，通过数据的处理得到具体几何特征的属性。
[0032] 具体地，回转零件的几何特征识别过程如下:获得轴向转投影测量点云;去除重叠 点；对点集进行排序；同一轴向位置取半径最大点；外轮廓点集分割与特征点提取;对不同 特征进行识别与处理;对特征进行存储。
[0033] 非回转零件的几何特征识别过程如下:对单独零件点云进行面分割;去除重叠点； 对分割点集进行排序;分割点集的几何属性识别;分割几何元素的关联关系提取;几何特征 的识别与处理;对特征进行存储。
[0034] 本发明所使用的对应特征主要包括圆柱、圆锥、倒角、槽、螺纹、倒圆、圆弧特征等。 具体在系统中的表达与存储可从如下程序中的结构体看出：
[0037] 步骤103,应用装配关系匹配与装配知识提取算法构建装配体与装配关系的参数 化模型。
[0038] 结合装配体整体几何形貌和各个零件的几何特征的提取结果，修正装配体中各个 零件几何机构模型，同时构建装配体与装配关系的参数化模型。即，不同装配体为不同的模 型，这里的参数化模型是通过确定结构参数、装配关联关系等来构建。
[0039] 步骤104,基于所识别的加工特征、结合加工机床的结构性能参数，实现数控加工 程序的自动生成。
[0040] 考虑到加工成本与加工时间的节省，本发明的加工工序编排原则之一为:对同精 度要求的连续加工特征，在能够共同