多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法
【专利摘要】多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，本发明涉及模具型面的设计方法，主要是解决设计过程中提取的零件多面片拼接曲面难以延展的问题。本发明交互式提取零件的曲面，根据零件曲面的外轮廓形状，结合拓扑分解、结合技术和曲线曲面插值延伸算法，提出了曲面分解延展和曲面插值延展，分别对应于外轮廓非矩形的零件曲面的延展和外轮廓近似矩形的零件曲面的延展。采用本发明，解决了由于曲面边界线不连续造成的曲面边界各方向延伸后相互干涉的问题，避免了延伸后的曲面不连续、不光滑，很大程度上提高了多面片拼接曲面延展的质量和效率。
【专利说明】
多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及模具结构设计，尤其涉及模具的型面设计中零件多面片拼接曲面的延展。
【背景技术】
[0002]在现代制造业中很多对一些具有复杂曲面结构零件的加工，由于需要预留零件的加工余量等原因需要这些曲面进行延伸处理，而这些曲面特征的复杂性给延伸带来了较大困难。
[0003]传统上对曲面进行延伸的方法对曲面的结构特征尤其是曲面边界要求较高，目前在市场上大多数三维设计软件中都包含有曲面延伸的功能命令。但这些功能命令的前提要求一般较高，尤其是对曲面边界的要求过高，一般要求曲面边界曲率连续，这样才能利用这些功能命令对曲面进行顺利延伸。但是很多曲面是由多张曲率不连续的空间曲面拼接而成的拼接曲面，而不是单张连续曲面，这样利用这些功能便不能顺利对曲面进行延伸。
[0004]组成拼接曲面的各曲面片之间曲率不一定连续，相邻曲面之间可能存在错位，曲面之间的也可能存在不明确的几何拓扑关系，这些因素都会影响到曲面延伸的质量和效率，很可能会导致曲面延伸失败。针对这种多面片拼接曲面的情况，现有市场上运行的三维软件中都没有较为有效便捷的功能命令解决这些问题，目前尚未提出快捷有效的解决方案。
【发明内容】
[0005]技术问题:针对上述提出的多面片拼接曲面难以延展的问题，本发明提出了基于拓扑分解的曲面分解延展和基于曲面重构的曲面插值延伸延展，从而达到对多面片拼接曲面实现延展的目的。
[0006]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明提供一种多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，该方法包括以下步骤:
[0007]依据曲面轮廓判断延展类型步骤:若获取的单一曲面与原始曲面的相交结果为点连续边界，则利用曲面分解延展法对曲面进行延展，反之则利用曲面插值延伸延展法对曲面进行延展;对于相邻边界之间夹角接近垂直的拼接曲面，且其轮廓形状接近矩形结构，应用曲面插值延伸延展法得到预计的延展效果；
[0008]曲面分解延展步骤:获取原始的拼接曲面，按照拼接曲面的拓扑结构将拼接曲面分解成一组单一面片，获取单一面片的边界，并与原始拼接曲面求交;依据求交结果的拓扑域是否为一，来决定单一面片是按求交边界延伸，还是继续分解直至拓扑域为一后再按单一域边界进行延伸;各单一面片延展之后，应用曲面结合技术获取延展后的曲面；
[0009]曲面插值延伸延展步骤:沿近似于矩形的原始拼接曲面边界的某个边创建平面，以该平面为基准，沿矩形边界的相邻边的方向，创建一组等间距的偏置曲面;将等间距平行平面簇对曲面进行截交，并对得到的曲线簇进行插值延伸到规定长度，将延伸后的曲线簇离散化处理，得到离散后数据点集;利用曲线拟合和蒙皮曲面的规则，将得到的离散数据点集拟合成最终曲面。
[0010]优选的，所述依据曲面轮廓判断延展类型步骤中相交边界的获取方式采用拓扑分解技术，通过几何特征处理获取拼接曲面的几何体，利用几何体获取拼接曲面的拓扑结构，依次分离出各个拓扑面片，获取相交边界元素。
[0011]优选的，所述曲面分解延展步骤中曲面结合是指利用曲面拓扑关系，将点、线、面元素构成单张面片，再由各单张面片构成延展后的曲面。
[0012]优选的，所述曲面插值延伸延展步骤中曲线簇离散化算法采用考虑了曲线曲率变化情况的等弦尚法。
[0013]有益效果:本发明综合运用拓扑分解、插值算法以及蒙皮曲面拟合等知识，实现了多面片拼接曲面的延展。解决了由于曲面边界线不连续而造成曲面边界各方向延伸后相互干涉，而使获取的延展曲面不连续不光滑的问题，大大提高了曲面延伸的质量和效率。
[0014]鉴于此，本发明具有广阔的应用和发展前景。
【附图说明】
[0015]图1是多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法流程图
[0016]图2是原始拼接曲面图
[0017]图3是拼接曲面分解示意图
[0018]图4是拼接曲面和各单张分解曲面边界求交示意图
[0019]图5是各单张分解曲面延伸和接合示意图
[0020]图6是延伸接合曲面效果图
[0021]图7是原始拼接曲面图
[0022]图8是建立截交平面簇效果图
[0023]图9是截交曲线族插值延伸效果图
[0024]图10是等弦高法原理示意图
[0025]图11是截交曲线簇离散化效果图
[0026]图12是蒙皮法拟合曲面效果图
【具体实施方式】
[0027]下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
[0028]本发明提供的多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，该方法包括以下步骤:
[0029]依据曲面轮廓判断延展类型步骤:若获取的单一曲面与原始曲面的相交结果为点连续边界，则利用曲面分解延展法对曲面进行延展，反之则利用曲面插值延伸延展法对曲面进行延展;对于相邻边界之间夹角接近垂直的拼接曲面，且其轮廓形状接近矩形结构，应用曲面插值延伸延展法得到预计的延展效果；
[0030]曲面分解延展步骤:获取原始的拼接曲面，按照拼接曲面的拓扑结构将拼接曲面分解成一组单一面片，获取单一面片的边界，并与原始拼接曲面求交;依据求交结果的拓扑域是否为一，来决定单一面片是按求交边界延伸，还是继续分解直至拓扑域为一后再按单一域边界进行延伸;各单一面片延展之后，应用曲面结合技术获取延展后的曲面；
[0031]曲面插值延伸延展步骤:沿近似于矩形的原始拼接曲面边界的某个边创建平面，以该平面为基准，沿矩形边界的相邻边的方向，创建一组等间距的偏置曲面;将等间距平行平面簇对曲面进行截交，并对得到的曲线簇进行插值延伸到规定长度，将延伸后的曲线簇离散化处理，得到离散后数据点集;利用曲线拟合和蒙皮曲面的规则，将得到的离散数据点集拟合成最终曲面。
[0032]所述依据曲面轮廓判断延展类型步骤中相交边界的获取方式采用拓扑分解技术，通过几何特征处理获取拼接曲面的几何体，利用几何体获取拼接曲面的拓扑结构，依次分离出各个拓扑面片，获取相交边界元素。
[0033]所述曲面分解延展步骤中曲面结合是指利用曲面拓扑关系，将点、线、面元素构成单张面片，再由各单张面片构成延展后的曲面。
[0034]所述曲面插值延伸延展步骤中曲线簇离散化算法采用考虑了曲线曲率变化情况的等弦尚法。
[0035]如图1所示为多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法流程，该方法首先获取零件拼接曲面及边界;然后，依据边界特性判断型面设计的具体类型，并分别对应于曲面分解实现拼接曲面的延展方法或者是曲面插值延伸实现拼接曲面的延展方法;最后，完成多面片拼接曲面的型面设计。
[0036]实施例1应用曲面分解实现拼接曲面的延展，用于说明本发明的详细实施步骤以及获得的结果。实施例2应用曲面插值延伸实现拼接曲面的延展，用于说明本发明的详细实施步骤以及获得的结果。
[0037]实施例1应用曲面分解实现拼接曲面的延展:
[0038]操作对象:拼接曲面
[0039]操作目标:利用拓扑分解，将拼接曲面分解为多张单一曲面片，提取原始拼接曲面和各单张曲面片的边界，并将各单一曲面的边界与原始拼接曲面边界进行求交处理，得到各个单张曲面的局部延伸边界，各单张曲面在局部边界处进行延伸处理，将延伸后的各单一曲面进行接合，得到延伸后的拼接曲面，即为原始拼接曲面延展后的曲面。
[0040]步骤I，导入相关零件文件，交互式提取的拼接曲面，如图2所示。
[0041]步骤2，如图3所示，将拼接曲面分解为多张单一曲面片，。
[0042]步骤3，如图4所示，提取拼接曲面的边界和各单张曲面的边界，并将各单张曲面边界分别与原始拼接曲面边界求交，得到局部延伸边界。
[0043]步骤4，如图5所示，确定曲面延伸长度和曲面延伸模式之后，将各单张曲面在局部延伸边界处按照延伸长度和延伸模式的要求进行延伸。
[0044]步骤5，将步骤4中延伸后各单张延伸曲面进行接合处理，得到接合延伸曲面，得到接合延伸曲面效果如图6所示。
[0045]通过以上步骤法操作所得到的接合曲面即为原始拼接曲面延展后的曲面，通过本实施例进一步证明本发明的可实施性。
[0046]实施例2应用曲面插值延伸实现拼接曲面的延展
[0047]操作对象:拼接曲面
[0048]操作目标:获取得到拼接曲面信息，对曲面进行离散化处理，再对离散化得到数据进行插值延伸，最终利用B样条曲线拟合和蒙皮曲面规则将所有离散数据点拟合成一张连续曲面，即为原始拼接曲面延展后的曲面。
[0049]步骤I，导入相关零件文件，提取图7所示的曲面，并获取曲面特征信息。
[0050]步骤2，确定U、V方向，在U方向曲面两端分别创建相互平行的初始参照平面。确定截交平面之间的间距，用初始平面偏移得到截交平面族，如图8所示。
[0051]步骤3，如图9所示，用步骤2中得到的截交平面簇截交原始曲面，得到间距相等的截交曲线族，确定曲面向外延伸的长度后，将所有截交曲线向两端延伸相应的长度。
[0052]步骤4，确定曲线离散间距，通过图10所示的等弦高法将所有截交曲线根据离散间距要求离散化处理，得到如图11所示数据点集。
[0053]步骤5，根据B样条曲线规则将步骤4获得的数据点集在U、V方向分别拟合得到B样条曲线。
[0054]步骤6，根据蒙皮曲面规则将步骤5获得的B样条曲线拟合成一张连续的蒙皮曲面。如图12所示。
[0055]通过以上步骤法操作所得到的蒙皮曲面即为原始拼接曲面延展后的曲面，通过本实施例进一步证明本发明的可实施性。
【主权项】
1.一种多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 依据曲面轮廓判断延展类型步骤:若获取的单一曲面与原始曲面的相交结果为点连续边界，则利用曲面分解延展法对曲面进行延展，反之则利用曲面插值延伸延展法对曲面进行延展;对于相邻边界之间夹角接近垂直的拼接曲面，且其轮廓形状接近矩形结构，应用曲面插值延伸延展法得到预计的延展效果； 曲面分解延展步骤:获取原始的拼接曲面，按照拼接曲面的拓扑结构将拼接曲面分解成一组单一面片，获取单一面片的边界，并与原始拼接曲面求交;依据求交结果的拓扑域是否为一，来决定单一面片是按求交边界延伸，还是继续分解直至拓扑域为一后再按单一域边界进行延伸;各单一面片延展之后，应用曲面结合技术获取延展后的曲面； 曲面插值延伸延展步骤:沿近似于矩形的原始拼接曲面边界的某个边创建平面，以该平面为基准，沿矩形边界的相邻边的方向，创建一组等间距的偏置曲面;将等间距平行平面簇对曲面进行截交，并对得到的曲线簇进行插值延伸到规定长度，将延伸后的曲线簇离散化处理，得到离散后数据点集;利用曲线拟合和蒙皮曲面的规则，将得到的离散数据点集拟合成最终曲面。2.按照权利要求1所述的多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，其特征在于:所述依据曲面轮廓判断延展类型步骤中相交边界的获取方式采用拓扑分解技术，通过几何特征处理获取拼接曲面的几何体，利用几何体获取拼接曲面的拓扑结构，依次分离出各个拓扑面片，获取相交边界元素。3.按照权利要求1所述的多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，其特征在于:所述曲面分解延展步骤中曲面结合是指利用曲面拓扑关系，将点、线、面元素构成单张面片，再由各单张面片构成延展后的曲面。4.按照权利要求1所述的多面片拼接曲面零件的模具型面设计方法，其特征在于:所述曲面插值延伸延展步骤中曲线簇离散化算法采用考虑了曲线曲率变化情况的等弦高法。
【文档编号】G06F17/50GK106021731SQ201610341461
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】幸研, 张国军, 王俊生
【申请人】东南大学