数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法的制作方法

技术特征：

1.一种数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：

1)建立被加工工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，运用空间解析法快速求出此求交范围内一组相交的三角面片对；

2)利用向量的点乘和叉乘特点，建立矢量判别模型，判断三角面片是否相交，得到相交三角面片对；

3)求解步骤2)中确定的相交三角面片对的交线，利用相邻交线段共端点的特点，结合相交三角面片对法向量与交线的关系，依次求出余下交线，得到交线环。

2.如权利要求1所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤1)中，快速求出一组相交的三角面片对过程如下：

1.1)建立包含被加工工件三角面片的最小包围盒A，包含刀具扫掠体三角面片的最小包围盒B，记包围盒表面指向外部的法向方向为正；

1.2)滤除在最小包围盒A外的刀具扫掠体上所有完整的三角面片，保留刀具扫掠体上剩余三角面片，滤除在最小包围盒B外部的工件上所有完整的三角面片，保留工件上剩余三角面片；

1.3)更新最小包围盒A、最小包围盒B，循环步骤1.2)，直到剩余的总三角面片数不再增加为止，建立剩余总三角面片的最小包围盒C；

1.4)对最小包围盒C进行空间网格划分，划分为若干个边长为d的小正方体，并对这些正方体网格进行编号，坐标轴上以小正方体的一个边长距离为单位进行标记；

1.5)记录并存储每个三角面片所占据的空间网格，选取占据有相同空间网格的三角面片进行相交判断，当检测到相交三角面片对时，停止并且记录此相交三角面片对；反之，则工件与刀具扫掠体不相交。

3.如权利要求1所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2)中，三角面片对是否相交的精确判断方法如下：

2.1)提取拟进行相交判断的两个三角面片T₁和T₂，设三角面片T₁的3个顶点分别为A₁、B₁和C₁，法向量为三角面片T₂的3个顶点分别为A₂、B₂和C₂，法向量为设三角面片T₁所在平面为π₁，三角面片T₂所在平面为π₂；

2.2)分别计算和如果计算结果中三者为同号且不同时为零，则三角面片T₁和T₂不相交，则结束判断；

2.3)如果计算结果为1，且则表示三角面片T₁和T₂在一个平面，则转化为平面三角面片相交判断问题；

2.4)如计算结果不为1，三角面片T₁和T₂异面，分别判断线段A₁B₁、B₁C₁、C₁A₁和三角面片T₂是否相交、线段A₂B₂、B₂C₂、C₂A₂和三角面片T₁是否相交，如果以上判断结果均为否，则三角面片T₁和T₂不相交；反之，则三角面片T₁和T₂相交，记录参与相交的边，结束判断。

4.如权利要求3所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2.3)中，平面三角面片相交判断方法如下：

2.3.1)分别判断三个顶点A₁、B₁和C₁是否在三角面片T₂内、三个顶点A₂、B₂和C₂是否在三角面片T₁内，如果以上判断结果有一个为真，则三角面片T₁和T₂相交；如果以上判断结果均为否，进入下一步；

2.3.2)判断三角面片T₂的三顶点是否在三角面片T₁每条边A₁B₁、B₁C₁、C₁A₁异侧，三角面片T₁的三顶点是否在三角面片T₂每条边A₂B₂、B₂C₂、C₂A₂异侧；如果都满足，则三角面片T₁、T₂相交，否则不相交。

5.如权利要求4所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2.3.1)中，判断三个顶点A₁、B₁和C₁是否在三角面片T₂内、三个顶点A₂、B₂和C₂是否在三角面片T₁内的算法如下：各顶点判断方法相同，根据STL格式三角面片顶点沿指向实体外部法向方向逆时针排列，以三角面片T₂的顶点A₂为例，判断其是否在三角面片T₁内，分别计算和若三个结果均为非正，点A₂在三角面片T₁内，否则不在；

如果不知道三角面片顶点排列顺序，需计算和若三个结果均为非负，则点A₂在三角面片T₁内，否则不在。

6.如权利要求3所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤2.4)中，判断异面三角面片中边是否与对方三角面片相交的算法如下：以三角面片T₂的边A₂B₂为例，判断其是否与三角面片T₁相交；

计算和当两式结果都为零时，则线段A₂B₂与三角面片T₁共面；否则线段A₂B₂与三角面片T₁异面：

①线段A₂B₂与三角面片T₁异面：首先计算如结果为正，则线段A₂B₂在平面π₁同侧，线段A₂B₂不与三角面片T₁相交；否则点A₂和点B₂至少有一点不在平面π₁上且点A₂、B₂在平面π₁异侧；假设点A₂不在平面π₁上，分别计算和如果三个结果均为非负，则线段A₂B₂与三角面片T₁相交；否则线段A₂B₂与三角面片T₁不相交；

②线段A₂B₂与三角面片T₁共面：分别判断点A₂、B₂是否在三角面片T₁内，若至少存在一点在三角面片T₁内，则线段A₂B₂与T₁相交；若点A₂、B₂都不在三角面片T₁内，只有两种情况：线段A₂B₂与三角面片T₁不相交、线段A₂B₂与三角面片T₁相交；如果相交，只能是线段A₂B₂横穿三角面片T₁，此时必存在T1的边与T2异面相交，故这种情况可认定为不相交或不作处理。

7.如权利要求1所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤3)中，交线环的具体求取过程如下：

3.1)由步骤2)找到的一组三角面片对T₁、T₂，设三角面片T₁来自被加工工件，三角面片T₂来自刀具扫掠体，由所记录的相交边或顶点信息快速求出两个交点，即为相交三角面片对T₁、T₂交线的端点，记求出的首段交线为I₁I₂；

3.2)由已知交线I₁I₂，求其相邻交线；

3.3)依次求出剩余的交线，直到求得的交线端点与首段交线端点I₁重合为止，最终得到交线环。

8.如权利要求7所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤3.2)中，相邻交线具体求取过程为：

3.2.1)以为方向求下一段交线，则I₂为两交线段的公共端点，根据其与三角面片对T₁、T₂的关系求下段交线所在三角面片对；

3.2.2)求交线另一端点：由已求出的相交三角面片对T₃、T₄，根据三角面片T₃的法向量三角面片T₄的法向量得到三角面片T₃、T₄交线所在直线方向向量从而求出交线所在直线L，算出直线L与三角面片T₃、T₄各边的交点，其中仅有一个满足在三角面片T₃或者三角面片T₄内部，此点即为交线的另一端点记为I₃,求得第二段交线I₂I₃，同时记录端点I₃与三角面片T₃、T₄的关系为求下一段交线作准备。

9.如权利要求8所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤3.2.1)中，由公共端点I₂与被加工工件上的三角面片T₁的关系求第一个相交三角面片，当公共端点I₂在三角面片T₁内部时，则三角面片T₁为所求三角面片；当公共端点I₂在三角面片T₁边上时,则三角面片T₁上公共端点I₂所在边的另一个三角面片为所求；当公共端点I₂在三角面片T₁顶点上时,则三角面片T₁上公共端点I₂所在顶点所属若干三角面片中的一个为所求，只需对公共端点I₂的若干三角面片与刀具扫掠体上求得的三角面片进行相交判定即可；

同理由端点I₂与三角面片T₂的关系求出在刀具扫掠体上的第二个相交三角面片。

10.如权利要求7所述的数控加工几何仿真中基于STL模型的交线环求取算法，其特征在于：所述步骤3.3)中，每求出一条交线环，则剔除包围盒C中与交线环相交的所有三角面片，在更新的包围盒C中重新检测是否存在相交三角面片对，如果存在，根据上述步骤求出下一条交线环，以此循环直到包围盒C中不存在相交三角面片对为止。