飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法
【專利摘要】一種飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法，其特征在于，它包括以下步驟：第一，分析飛機(jī)蒙皮零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特性，定義各類蒙皮加工特征；第二，對(duì)蒙皮零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并構(gòu)建環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖，定義各類蒙皮加工特征的種子面，基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖搜索各種特征的種子面；第三，基于反面標(biāo)識(shí)面、種子面及拓展規(guī)則進(jìn)行搜索，搜索出各類特征的所有幾何元素，構(gòu)建蒙皮加工特征；第四，提取各類特征信息，得到特征識(shí)別結(jié)果。本發(fā)明能涵蓋飛機(jī)蒙皮零件銑削加工的特征類型，且識(shí)別效率高，正確率高，為蒙皮加工的高效自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞提供了有效的手段。
【專利說明】飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種CAD/CAM技術(shù)，尤其是一種提高飛機(jī)蒙皮零件加工水平的CAD/ CAM技術(shù)，具體地說是一種飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，CAD、CAPP、CAM系統(tǒng)分別在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控編程方面發(fā)揮了很大 的作用。但這些系統(tǒng)各自獨(dú)立，不能實(shí)現(xiàn)信息在各系統(tǒng)間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和共享，在應(yīng)用過程 中自動(dòng)化程度和效率低。以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控編程自動(dòng)化程度和效率為目的 的CAD/CAPP/CAM集成成為了工業(yè)界的迫切需求，而特征可以作為加工工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的 載體，有效繼承加工工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可以通過特征實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)CAD/ CAPP/CAM 集成。
[0003] 基于特征可以實(shí)現(xiàn)快速高效的數(shù)控程序編制，而特征識(shí)別是基于特征的快速程編 技術(shù)的基礎(chǔ)。所以特征識(shí)別技術(shù)成為提高飛機(jī)蒙皮零件數(shù)控編程效率和質(zhì)量的重要手段。
[0004] 而由于蒙皮零件屬于單曲零件或雙曲零件，其機(jī)頭與機(jī)尾處的蒙皮零件更是存在 變厚度、甚至變截面的情況，除了變曲率之外還存在有很多的碎面，給特征識(shí)別帶來了困 難，現(xiàn)有的特征識(shí)別技術(shù)中，沒有針對(duì)帶有相交特征的曲率零件，未覆蓋飛機(jī)蒙皮零件特征 類型，也無法對(duì)存在碎面的情況處理，所以對(duì)飛機(jī)蒙皮的特征識(shí)別還沒有高效的識(shí)別方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前特征識(shí)別技術(shù)缺少飛機(jī)蒙皮的特征識(shí)別功能，無法對(duì)碎 面處理的這一現(xiàn)狀，發(fā)明一種飛機(jī)蒙皮特征識(shí)別方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法，其特征在于，它包括以下步驟：
[0008] 第一，分析飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特性，定義各類蒙皮加工特征；
[0009] 第二，對(duì)飛機(jī)蒙皮零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并構(gòu)建環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖，預(yù)設(shè)置主 要包括：建立加工坐標(biāo)系、選定反面標(biāo)識(shí)面以及零件模型輸入；定義各類蒙皮加工特征的 種子面，基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖搜索各類特征的種子面；
[0010] 第三，對(duì)帶有碎面的種子面進(jìn)行優(yōu)化處理，然后基于反面標(biāo)識(shí)面、種子面及拓展規(guī) 則進(jìn)行搜索，搜索出各類特征的所有幾何元素，構(gòu)建出蒙皮加工特征；
[0011] 第四，提取各類特征信息，得到特征識(shí)別結(jié)果。
[0012] 本發(fā)明所述的通過分析飛機(jī)蒙皮零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特性，將具有相似工藝和 幾何信息的幾何形體定義為蒙皮加工特征包括定義下陷、通窗、孔和輪廓特征。下陷特征 是蒙皮上的淺槽，主要包含頂面、底角面和底面，將下陷特征的底面定義為下陷特征的種子 面；通窗特征是蒙皮上需要采用銑削加工銑穿的部位，形狀上表現(xiàn)為直徑較大（通常大于 20_)的圓形通孔或者不規(guī)則孔，主要包含壁面、頂面和底面，將通窗特征的底面定義為通 窗特征的種子面；孔特征是蒙皮上需要采用鉆削加工鉆通的部位，形狀上表現(xiàn)為直徑較小 (通常小于或等于20mm)的圓形通孔，主要包含壁面、頂面和底面，將孔特征的底面定義為 孔特征的種子面；輪廓特征是蒙皮零件的理論輪廓邊界，用做切邊編程的引導(dǎo)線，主要包含 輪廓面，將反面標(biāo)識(shí)面定義為輪廓的種子面。
[0013] 所述的反面標(biāo)識(shí)面的選取依據(jù)為：定義蒙皮零件待加工面為正面，正面相對(duì)的面 為反面，選取蒙皮反面中的任意一個(gè)面作為反面標(biāo)識(shí)面。
[0014] 所述的基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖搜索各類特征的種子面是指基于環(huán)特性 圖和全息屬性面邊圖，同時(shí)分析面的環(huán)特性和拓?fù)溥B接關(guān)系，拓展出符合各類特征種子面 環(huán)特性和拓?fù)溥B接關(guān)系特點(diǎn)的面作為各類特征的種子面。環(huán)特性圖是指通過分析面所具有 的環(huán)特性，構(gòu)建出環(huán)特性圖，環(huán)特性主要指有無內(nèi)環(huán)、有幾個(gè)內(nèi)環(huán)、每個(gè)內(nèi)環(huán)分別有多少條 內(nèi)環(huán)邊等特性。
[0015] 所述的對(duì)碎面進(jìn)行優(yōu)化處理時(shí)首先根據(jù)曲面是否相連、曲率是否連續(xù)及厚度是否 相同的判斷條件，搜索出滿足要求的曲面，將有相連關(guān)系的曲面視為碎面，進(jìn)行優(yōu)化處理， 并形成完整的特征以替換原有的碎面特征，保證下陷特征識(shí)別的準(zhǔn)確性。
[0016] 所述的下陷特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)反面標(biāo)識(shí)面找到所有的正面，依據(jù)下陷種子面拓 展規(guī)則遍歷正面得到正確的下陷種子面，下陷種子面拓展規(guī)則：定義含有內(nèi)環(huán)的正面為中 間層面，將只含有外環(huán)邊的正面且和和中間層面不相連的面拓展為下陷底面，根據(jù)下陷的 種子面找到正確的底角面，再利用下陷底角面找到正確的下陷頂面。所需提取的下陷特征 信息主要包括：下陷的編號(hào)、厚度、底面、底角面和頂面。
[0017] 所述的通窗和孔特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)反面標(biāo)識(shí)面找到所有的反面，通過遍歷反面 得到帶有內(nèi)環(huán)邊的曲面作為通窗特征及孔特征的種子面。其中，將內(nèi)環(huán)邊數(shù)量大于2的反 面或內(nèi)環(huán)邊數(shù)量等于2且直徑大于20mm的反面拓展為通窗種子面；將內(nèi)環(huán)邊數(shù)量等于2且 直徑小于或等于20mm的反面拓展為孔種子面。再根據(jù)種子面找到正確的壁面，再根據(jù)壁面 找到正確的頂面。所需提取的通窗特征信息主要包括：通窗的編號(hào)、通窗深度、底面、壁面和 頂面；所需提取的孔特征信息主要包括：孔的編號(hào)、底面、壁面、頂面、孔直徑、孔深度、孔位 置、孔的軸向、精度等級(jí)、公差。
[0018] 所述的輪廓特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)輪廓種子面找到所有的反面，再搜索與反面相鄰 的所有的面，得到所有的側(cè)面，再從側(cè)面中移除孔和通窗的壁面，即得到了所有的輪廓面。 所需提取的輪廓特征信息主要包括：輪廓編號(hào)、輪廓面、精度等級(jí)。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明能涵蓋飛機(jī)蒙皮零件銑削加工的特征類型，且識(shí)別效率高，正確率高，為提 高蒙皮加工自動(dòng)化水平奠定了基礎(chǔ)，為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞提供了有效的手 段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法流程圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的飛機(jī)蒙皮零件示意圖，其中1為下陷，2為通窗，3為孔，4為 輪廓。蒙皮零件主要由這些結(jié)構(gòu)組成。
[0023] 圖3為下陷特征定義示意圖，其中C為下陷底面，D為下陷底角面，E為下陷頂面， 每個(gè)下陷由一個(gè)底面、若干個(gè)底角面和一個(gè)頂面構(gòu)成。
[0024] 圖4為通窗特征定義示意圖，其中F為通窗底面，G為通窗壁面，H為通窗頂面， Wralge為通窗頂面外形輪廓邊，每個(gè)通窗由一個(gè)底面、若干個(gè)壁面、一個(gè)頂面和若干條輪廓邊 構(gòu)成。
[0025] 圖5為孔特征定義示意圖，其中I為孔底面，J為孔壁面，K為孔頂面，每個(gè)孔由一 個(gè)底面、若干個(gè)壁面和一個(gè)頂面構(gòu)成。
[0026] 圖6為一個(gè)面的環(huán)特性圖，其中L1和L2為該面所具有的兩個(gè)環(huán)山有8條內(nèi)環(huán)邊， L2有2條內(nèi)環(huán)邊。
[0027] 圖7為下陷特征局部全息屬性面邊圖，其中為下陷底面，且以邊ei、e2、e 3、e4、 e5、e6、e7、e8與8個(gè)底角面相連，例如邊 θι、e2分別與底角面f2、f3相連，面f2、f 3以邊69相 連、底角面f3和下陷頂面f4以邊e 1(l相連。
[0028] 圖8為下陷特征拓?fù)湓氐奈ㄒ粯?biāo)識(shí)示意圖，利用tag值對(duì)各元素類型進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
[0029] 圖9為碎面下陷示意圖。
[0030] 圖10為下陷特征識(shí)別流程圖。
[0031] 圖11為通窗特征識(shí)別流程圖。
[0032] 圖12為孔特征識(shí)別流程圖。
[0033] 圖13為飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別結(jié)果示意圖，其中特征識(shí)別結(jié)果可存入XML格式的 文件中。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0035] 如圖1-13所示。
[0036] 流程圖如圖1所示。具體步驟如下：
[0037] 1、分析飛機(jī)蒙皮零件結(jié)構(gòu)特性和加工特點(diǎn)，定義下陷特征、通窗特征、孔特征和輪 廓特征。
[0038] 飛機(jī)蒙皮零件（以下簡稱蒙皮）結(jié)構(gòu)上存在大量的下陷、通窗和孔，如圖2所示， 通過對(duì)其結(jié)構(gòu)特性和典型工藝方法分析，將蒙皮加工特征總結(jié)為：下陷特征、通窗特征、孔 特征和輪廓特征。
[0039] 1)下陷特征（Subsidence):下陷指的是蒙皮上的淺槽，如圖3所示，每個(gè)下陷由底 面、底角面和頂面構(gòu)成，其中下陷的底面，如圖3中C所示，底角面如圖3中D所示，頂面如 圖3中E所示。
[0040] 結(jié)合蒙皮下陷幾何結(jié)構(gòu)特性及典型加工工藝，將下陷特征（S)定義為：
[0041] S = SGeo U SAttr
[0042] SGeo - Stop U Sbase U Sbottom
[0043] See。表示下陷特征的幾何信息,其中Stop、Sbase、S btrttom分別表示下陷特征的頂面、底 角面、底面；SAtta表示下陷特征的非幾何參數(shù)信息，包括下陷編號(hào)、下陷的類型和下陷底面 的設(shè)計(jì)厚度。
[0044] 2)通窗特征（Window):通窗指的是蒙皮零件上需要銑穿的不規(guī)則孔或直徑大于 20mm的圓孔，如圖4所示，每個(gè)通窗由壁面、頂面、底面和頂面輪廓邊構(gòu)成，其中通窗的底 面，如圖4中F所示，壁面如圖4中G所示，頂面如圖4中H所示，頂面輪廓邊如圖4中W edge 所示。
[0045] 結(jié)合蒙皮通窗幾何結(jié)構(gòu)特性及典型加工工藝，將通窗特征（W)定義為：
[0046] W = Wceo U ffAttr
[0047] WGe。= Wside U Wtop U Wbottoni U Wtopedge
[0048] Wee。表示通窗特征的幾何信息，其中Wside、W_、Wtotw Wtopedge分別表示通窗特征的 壁面、頂面、底面、頂面輪廓邊;wAtta表示通窗特征的非幾何參數(shù)信息，包括通窗編號(hào)和通窗 的深度。
[0049] 3)孔特征（Hole):孔指的是蒙皮零件上需要鉆通的直徑小于或等于20mm的圓形 通孔，如圖5所示，每個(gè)孔由壁面、頂面、底面構(gòu)成，其中孔的底面，如圖5中I所示，壁面如 圖5中J所示，頂面如圖5中J所示。
[0050] 結(jié)合蒙皮孔幾何結(jié)構(gòu)特性及典型加工工藝，將孔特征（H)定義為：
[0051] H = Hceo U HAttr
[0052] HGeo = Hside U Htop U Hbottom
[0053] Hee。表示孔特征的幾何信息,其中Hside、Ht()p、H b(rtt()m分別表示孔特征的壁面、頂面、底 面；HAtta表示孔特征的非幾何參數(shù)信息，包括孔編號(hào)、孔直徑、孔深度、孔位置、孔的軸向、精 度等級(jí)、公差。
[0054] 4)輪廓特征（Profile):輪廓指蒙皮零件的理論輪廓邊界，用做切邊編程的引導(dǎo) 線。一個(gè)蒙皮零件只有一個(gè)輪廓特征，如圖2中4所示，由蒙皮外形所有的輪廓面構(gòu)成。
[0055] 結(jié)合蒙皮輪廓幾何結(jié)構(gòu)特性及典型加工工藝，將輪廓特征（P)定義為：
[0056] P = PGeo U PAttr
[0057] PGeo = Pprofile
[0058] Pfc。表示輪廓特征的幾何信息，其中Ppm&表示輪廓特征的壁面、頂面、底面；P Atta 表示輪廓特征的非幾何參數(shù)信息，包括輪廓編號(hào)、輪廓面的精度等級(jí)。
[0059] 2、對(duì)蒙皮零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并構(gòu)建環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖
[0060] 1)對(duì)零件模型進(jìn)行預(yù)設(shè)置，建立加工坐標(biāo)系、選定反面標(biāo)識(shí)面以及零件模型輸入 定義。其中反面標(biāo)識(shí)面的選取依據(jù)為：定義蒙皮零件待加工面為正面，正面相對(duì)的面為反 面，選取蒙皮反面中的任意一個(gè)面。
[0061] 2)獲得CAD模型的所有點(diǎn)、線、面拓?fù)湓?，按照拓?fù)漕愋?標(biāo)識(shí)碼的方式重新命 名拓?fù)湓?，如圖8所示，賦予每個(gè)拓?fù)湓靥囟ǖ臉?biāo)識(shí)碼，使拓?fù)湓鼐哂形ㄒ恍?，便?后續(xù)的特征識(shí)別和特征識(shí)別結(jié)果保存。
[0062] 3)構(gòu)建蒙皮模型的環(huán)特性圖。
[0063] 環(huán)特性圖是通過分析面所具有的環(huán)特性構(gòu)建出環(huán)特性圖，此處環(huán)特性主要指有無 內(nèi)環(huán)、有幾個(gè)內(nèi)環(huán)、每個(gè)內(nèi)環(huán)分別有多少條內(nèi)環(huán)邊等特性，其內(nèi)容包括：
[0064] 面的信息：面的唯一標(biāo)識(shí)、有無內(nèi)環(huán)、內(nèi)環(huán)個(gè)數(shù)、每個(gè)內(nèi)環(huán)的內(nèi)環(huán)邊條數(shù)，如表1所 /Jn 〇
[0065] 表 1
[0066]

【權(quán)利要求】
1. 一種飛機(jī)蒙皮零件特征識(shí)別方法，其特征在于，它包括w下步驟： 第一，分析飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特性，定義各類蒙皮加工特征； 第二，對(duì)飛機(jī)蒙皮零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并構(gòu)建環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖，預(yù)設(shè)置主要包 括：建立加工坐標(biāo)系、選定反面標(biāo)識(shí)面W及零件模型輸入；定義各類蒙皮加工特征的種子 面，基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖搜索各類特征的種子面； 第H，對(duì)帶有碎面的種子面進(jìn)行優(yōu)化處理，然后基于反面標(biāo)識(shí)面、種子面及拓展規(guī)則進(jìn) 行搜索，搜索出各類特征的所有幾何元素，構(gòu)建出蒙皮加工特征； 第四，提取各類特征信息，得到特征識(shí)別結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是通過分析飛機(jī)蒙皮零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特 性，將具有相似工藝和幾何信息的幾何形體定義為蒙皮加工特征，此處定義下陷、通窗、孔 和輪廓特征；下陷特征是蒙皮上的淺槽，主要包含頂面、底角面和底面，將下陷特征的底面 定義為下陷特征的種子面；通窗特征是蒙皮上需要采用就削加工就透的部位，形狀上表現(xiàn) 為直徑大于20mm的圓形通孔或者不規(guī)則孔，主要包含壁面、頂面和底面，將通窗特征的底 面定義為通窗特征的種子面；孔特征是蒙皮上需要采用鉆削加工鉆通的部位，形狀上表現(xiàn) 為直徑小于或等于20mm的圓形通孔，主要包含壁面、頂面和底面，將孔特征的底面定義為 孔特征的種子面；輪廓特征是蒙皮零件的理論輪廓邊界，用做切邊編程的引導(dǎo)線，主要包含 輪廓面，將反面標(biāo)識(shí)面定義為輪廓的種子面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的反面標(biāo)識(shí)面的選取依據(jù)為：定義蒙皮 零件待加工面為正面，正面相對(duì)的面為反面，選取蒙皮反面中的任意一個(gè)面作為反面標(biāo)識(shí) 面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖搜 索各類特征的種子面是指基于環(huán)特性圖和全息屬性面邊圖，同時(shí)分析面的環(huán)特性和拓?fù)溥B 接關(guān)系，拓展出符合各類特征種子面環(huán)特性和拓?fù)溥B接關(guān)系特點(diǎn)的面作為各類特征的種子 面；環(huán)特性圖是指通過分析面所具有的環(huán)特性，構(gòu)建出環(huán)特性圖，環(huán)特性主要指有無內(nèi)環(huán)、 有幾個(gè)內(nèi)環(huán)、每個(gè)內(nèi)環(huán)分別有多少條內(nèi)環(huán)邊特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的對(duì)帶有碎面的種子面進(jìn)行優(yōu)化處理時(shí) 首先根據(jù)曲面是否相連、曲率是否連續(xù)搜索出滿足要求的曲面，將有滿足該種連接關(guān)系的 曲面視為碎面，進(jìn)行優(yōu)化處理，并形成完整的特征W替換原有的碎面特征，保證下陷特征識(shí) 別的準(zhǔn)確性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的下陷特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)反面標(biāo)識(shí)面 找到所有的正面，依據(jù)下陷種子面拓展規(guī)則遍歷正面得到正確的下陷種子面，下陷種子面 拓展規(guī)則；定義含有內(nèi)環(huán)的正面為中間層面，將只含有外環(huán)邊的正面且和中間層面不相連 的面拓展為下陷底面，根據(jù)下陷的種子面找到正確的底角面，再利用下陷底角面找到正確 的下陷頂面；所需提取的下陷特征信息主要包括：下陷的編號(hào)、厚度、底面、底角面和頂面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的通窗和孔特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)反面標(biāo) 識(shí)面找到所有的反面，通過遍歷反面得到帶有內(nèi)環(huán)邊的曲面作為通窗特征及孔特征的種子 面；其中，將內(nèi)環(huán)邊數(shù)量大于2的反面或內(nèi)環(huán)邊數(shù)量等于2且直徑大于20mm的反面拓展為 通窗種子面；將內(nèi)環(huán)邊數(shù)量等于2且直徑小于或等于20mm的反面拓展為孔種子面；再根據(jù) 種子面找到正確的壁面，再根據(jù)壁面找到正確的頂面；所需提取的通窗特征信息主要包括： 通窗的編號(hào)、通窗深度、底面、壁面和頂面；所需提取的孔特征信息主要包括；孔的編號(hào)、底 面、壁面、頂面、孔直徑、孔深度、孔位置、孔的軸向、精度等級(jí)和公差。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的輪廓特征構(gòu)建時(shí)首先根據(jù)輪廓種子面 找到所有的反面，再搜索與反面相鄰的所有的面，得到所有的側(cè)面，再從側(cè)面中移除孔和通 窗的壁面，即得到了所有的輪廓面；所需提取的輪廓特征信息主要包括：輪廓編號(hào)、輪廓面 和精度等級(jí)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104462656SQ201410636421
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】李迎光, 郝小忠, 劉少偉, 周鑫, 馬斯博, 劉長青 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)