本發(fā)明屬于計算機輔助設計領域，涉及的是薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別方法，具體的說是一種以腔為單元進行多任務并行識別，根據(jù)相交特征類型以及三維建模的可行性安排識別順序，以特征抑制簡化相交特征識別的方法，該發(fā)明方法可以有效提高薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別的效率。

背景技術(shù)：

薄壁多腔類結(jié)構(gòu)件是現(xiàn)代飛機研制中常見的一類整體結(jié)構(gòu)件，普遍具有加工特征數(shù)量多、薄壁、多腔等特點。在目前薄壁多腔類結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工工藝中，需要大量的進行人工特征選取，大大增加了工作量，降低了數(shù)控加工工藝效率。大量學者就如何快速智能的進行加工特征識別進行了研究。

目前，主要的特征識別方法分為兩大類，一種是基于邊界匹配的方法，一種是基于立體分解的方法(詳細文獻：高曙明.自動特征識別技術(shù)綜述[J].計算機學報,1998,21(3):281-288.)?；谶吔缙ヅ涞姆椒ǚ譃榛趫D、基于規(guī)則、基于痕跡的方法。基于圖匹配的方法通過在零件面邊圖中尋找特征子圖進行匹配，Marefat和Kashyap首次采用添加虛鏈的方法來提高基于圖的特征識別方法在識別相交特征方面的能力(詳細文獻：MAREFAT M,KASHYAP R L.Geometric reasoning for recognition of three-dimensional object features[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,1990,12(12):949-965.)，但是算法中不能確保所添加的虛鏈都是正確的，且此方法需要對圖進行大量的操作，非常不直觀。單純基于規(guī)則的方法難以識別相交特征，劉曉軍等在利用邊的凹凸性的基礎上，提出了一種面向板腔類零件的加工特征識別方法(詳細文獻：劉曉軍,倪中華,程亞龍等.面向板腔類零件機加工藝的加工特征識別方法[J].計算機集成制造系統(tǒng),2013,19(12):3130～3138.)，通過對主加工面內(nèi)、外環(huán)邊的凹凸性判斷，識別出腔槽特征，但所提規(guī)則未考慮板腔中存在相交特征的情況。體分解的特征識別方法(詳細文獻：SAKURAI H.Volume decomposition and feature recognition,part I:polyhedral objects[J].Computer Aided Design,1995,27(11):833～843.)與基于邊界匹配的特征識別相比，在識別相交特征和曲面特征上有一定優(yōu)勢，但是總體上效率較低。

由于目前特征識別的算法流程中的各關(guān)鍵操作間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，難以分成獨立操 作并行識別，對此，針對薄壁多腔件的特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對薄壁多腔結(jié)構(gòu)件特征識別過程中識別效率低的問題，發(fā)明一種基于腔分組與特征抑制的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別方法，它從根本上解決了相交特征識別過程繁瑣、效率低的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于腔分組與特征抑制的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別方法，其特征在于：采用腔分組技術(shù)對模型進行分割，對加工特征進行并行識別，以提高識別效率；采用特征抑制技術(shù)對模型直接進行建模操作，簡化相交特征的識別，根據(jù)相交特征類型和三維建模的可行性安排識別順序，識別完成后即獲得毛坯模型。

所述的腔分組并行識別技術(shù)是：將整個三維模型的屬性鄰接圖以腔為單元進行分組，組的個數(shù)等于腔的個數(shù)，一個組中包括了一個腔內(nèi)所有加工特征的組成面。由于各個組中的數(shù)據(jù)相互獨立，可多線程同步識別各組中的加工特征。

所述的特征抑制技術(shù)是：當一個特征識別完成后，其拓撲結(jié)構(gòu)對于后續(xù)的識別沒有意義，因此將識別出的特征直接通過三維建模操作進行抑制，原本發(fā)生破壞的拓撲結(jié)構(gòu)便自動進行了修復，不需要對相交的拓撲結(jié)構(gòu)進行任何人工操作，當完成特征識別并抑制了所有特征后得到毛坯模型。

所述的識別順序包括以下規(guī)則：

(1)由于臺階孔特征的屬性鄰接圖中包含了簡單圓柱孔特征的屬性鄰接圖，因此臺階孔孔特征的識別要在簡單孔特征識別之前；

(2)由于腔中凸臺會與孔特征發(fā)生相交，孔特征會破壞凸臺頂面的拓撲，所以孔特征的識別要在凸臺識別之前；

(3)由于筋特征、凸臺特征附屬于腔中階梯槽的底面，若首先識別階梯槽，不但在建模操作時會因為某個面未正確相交導致特征抑制失敗，而且會覆蓋還未識別的筋特征、凸臺特征，所以階梯槽的識別要放在最后。

所述的基于腔分組與特征抑制的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別方法的具體步驟包括：

(1)利用腔分組技術(shù)將整個三維模型的屬性鄰接圖以腔為單元進行分組；

(2)在圖匹配的基礎上，采用特征抑制技術(shù)按照臺階孔、圓柱孔、凸臺、腔內(nèi)筋、階梯槽的順序，進行并行識別，由于階梯槽特征與階梯槽中的相交孔特征拓撲結(jié)構(gòu)非常復雜且不固定，利用層與特征抑制的方法進行識別；

(3)根據(jù)工藝解釋識別外輪廓與框架筋后，將階梯槽最后一層抑制，獲得毛坯模型。

上述的步驟(1)中腔分組方法步驟如下：

第一步：獲取主加工面集合：指定模型中任意腔的腹板面作為腔種子面，獲取腔種子面的法向量反向方向作為主加工方向；遍歷模型中的面，獲得法向量與腔種子面近似相同的主加工面集合A；由于有些腔之間存在公共的筋，此類筋頂面會妨礙腔的分組，需從主加工面集合A中去除。

第二步：將主加工面集合A根據(jù)腔進行分組：從主加工面集合A的第一個面開始，加入第一個腔的主加工面集合A₁，逐一判斷與集合A后面的面是否有連接的端面，如果有端面，將該主加工面加入集合A₁，每加入一個新的面，都要將集合A中于這個新的面存在連接端面的主加工面加入集合A₁；當集合A中與集合A₁中任意一個面都不存在連接端面，在集合A中找到一個未加入A₁的面，加入第二個腔的主加工面集合A₂，按照同樣的方法獲取第二個腔的主加工面集合；當集合A中每一個面都加入了各個腔的幾個A₁，A₂，…A_n后，結(jié)束分組。

第三步：獲得每個腔的所有加工特征的組成面：遍歷每一個腔的主加工面集合，將所有主加工面構(gòu)成邊的引出面加入該腔的組成面集合，每當加入一個新的面，都將該面構(gòu)成邊的引出面加入集合，當搜索到與主加工面法向量近似相反的面停止，繼續(xù)其余的面，當搜索到其它腔的主加工面停止，繼續(xù)其余的面，當搜索到其它腔的分隔面停止，繼續(xù)其余的面。

第一步中判斷是否為筋頂面方法如下：獲取該面外環(huán)構(gòu)成邊的引出面集合，如果集合中存在兩個距離在壁厚范圍內(nèi)，法向量近似相反的面，則該判斷的面為筋頂面。

第二步中判斷兩個面是否存在連接端面方法如下：將第一個面a外環(huán)構(gòu)成邊的引出面加入集合α，將第二個面b外環(huán)構(gòu)成邊的引出面加入集合β，若集合α與集合β中存在相同的面c，判斷面c與面a、面b公共邊的凹凸性，如果是1凹1凸，說明面c就是連接主加工面a與主加工面b的連接端面。

第三步中分隔面的獲取方法如下：遍歷每個腔中的主加工面集合，將每個面外環(huán)邊為凹邊的引出面加入該腔的分隔面集合，引出面不包括主加工面。

上述的步驟(2)中特征抑制方法如下：完整孔特征的抑制采用同步建模中面刪除的方法，筋特征、凸臺特征的抑制采用同步建模中面偏移或面替換的方法，將筋頂面或凸臺頂面替換為所依附的腹板面，階梯槽特征將位于低層的階梯面替換或偏移至位于高層的階梯面，一層層完成特征的抑制。

步驟(2)中層與特征抑制方法如下：將各個腔中剩余主加工面沿主加工方向反向進行排序，例如腔1剩余的主加工面集合為A₁’，將集合A₁’排序后，從第一個面a開始，向后逐一比較，找到與它有連接端面的主加工面b，此時找到階梯槽的第一層，將第一層抑制，面a偏移至面b形成面b’，用與步驟(1)第三步相同的方法搜索圖匹配的頂點，判斷面b’中是否存在孔特征，如果有，說明原本面b中存在相交孔特征，接著以面b’為基準向后比較，找到與它有連接端面的主加工面c，此時找到階梯槽的第二層，將第二層抑制，面b’偏移至面c形成面c’，用圖匹配的方法判斷面c’中是否存在孔特征，如果有，說明原本面c中存在相交孔特征，同樣的方法繼續(xù)在集合A₁’中向后搜索，直到集合A₁’中不存在連接端面，完成腔1的階梯槽與槽中相交孔特征識別。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明能提高加工特征的識別效率。

本發(fā)明根據(jù)相交特征的類型以及三維建模的可行性安排識別順序，通過直接對三維模型的建模操作，將已識別的特征從三維模型中抑制以簡化相交特征的識別。

附圖說明

圖1為實例薄壁多腔結(jié)構(gòu)件去除過渡特征后的三維模型。

圖2為整個薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別流程圖。

圖3為腔分組的流程圖。

圖4為主加工面分組的流程圖。

圖5為實例薄壁多腔結(jié)構(gòu)件主加工集合示意圖。

圖6為腔1主加工面集合以及腔1所有加工特征組成面示意圖。其中：圖6a為腔1主加工面集合示意圖，圖6b為腔1所有加工特征組成面示意圖。

圖7為腔7主加工面集合以及腔7所有加工特征組成面示意圖。其中：圖7a為腔7主加工面集合示意圖，圖7b為腔7所有加工特征組成面示意圖。

圖8為腔1識別過程模型中間狀態(tài)圖。

圖9為腔7識別過程模型中間狀態(tài)圖。

圖10為各個腔階梯槽與相交孔特征的層與特征抑制識別方法流程圖。

圖11為實例薄壁多腔結(jié)構(gòu)件所有特征識別完成后所獲得的毛坯模型。

圖12為實例薄壁多腔結(jié)構(gòu)件所有加工特征識別列表。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進一步的說明：

如圖1-12所示。

一種基于腔分組與特征抑制的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件加工特征識別方法，它包括以下步驟：

步驟(1)：對給定的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件的過渡特征進行抑制，得到簡化的薄壁多腔結(jié)構(gòu)件三維模型(圖1)，整個識別流程如圖2所示，腔分組的流程圖如圖3所示，主加工面分組的流程圖如圖4所示。

步驟(2)：獲取主加工面集合：由于雙面框正反面的識別流程一致，實例中給出單面的識別流程。指定模型中任意腔的腹板面作為腔種子面(圖5面1)，獲取腔種子面的法向量反向方向作為主加工方向；遍歷模型中的面，獲得法向量與腔種子面近似相同的主加工面集合A＝{圖5面1，面2，…面26}；由于有些腔之間存在公共的筋，所以此類筋頂面會妨礙腔的分組，需從主加工面集合A中去除，此時集合A＝{圖5面1，面2,面3，面6，面7，面9,面10，面11,面12，面13,面14，面15,面16，面17,面18，面19,面20，面21,面22，面23}，共20個面。

步驟(3)：將主加工面集合A根據(jù)腔進行分組：從主加工面集合A的第一個面開始，加入第一個腔的主加工面集合A₁，逐一判斷與集合A后面的面是否有連接的端面，如果有端面，將該主加工面加入集合A₁，每加入一個新的面，都要將集合A中于這個新的面存在連接端面的主加工面加入集合A₁；當集合A中與集合A₁中任意一個面都不存在連接端面，在集合A中找到一個未加入A₁的面，加入第二個腔的主加工面集合A₂，按照同樣的方法獲取第二個腔的主加工面集合；當集合A中每一個面都加入了各個腔的幾個A₁，A₂，…A_n后，結(jié)束分組。以圖1腔1和腔7為例，經(jīng)過分組，腔1得到主加工面集合A₁＝{圖6a面1，面2，面3，面4}，腔7得到主加工面集合A₇＝{圖7a面1，面2，面3}。

步驟(4)：獲得每個腔的所有加工特征的組成面：遍歷每一個腔的主加工面集合，將所有主加工面構(gòu)成邊的引出面加入該腔的組成面集合，每當加入一個新的面，都將該面構(gòu)成邊的引出面加入集合，當搜索到與主加工面法向量近似相反的面停止，繼續(xù)其余的面，當搜索到其它腔的主加工面停止，繼續(xù)其余的面，當搜索到其它腔的分隔面停止，繼續(xù)其余的面。經(jīng)過第三步，腔1得到組成面集合＝{圖7a面1-面10，圖7b面11-面15}，腔7得到組成面集合＝{圖8a面1-面21，圖8b面22-面25}。

其中，步驟(2)中判斷是否為筋頂面方法如下：獲取該面外環(huán)構(gòu)成邊的引出面集合，如果集合中存在兩個距離在壁厚范圍內(nèi)，法向量近似相反的面，則該判斷的面為筋頂面。

其中，步驟(3)中判斷兩個面是否存在連接端面方法如下：將第一個面a外環(huán)構(gòu)成邊的引出面加入集合α，將第二個面b外環(huán)構(gòu)成邊的引出面加入集合β，若集合α與集合β 中存在相同的面c，判斷面c與面a、面b公共邊的凹凸性，如果是1凹1凸，說明面c就是連接主加工面a與主加工面b的連接端面。

其中，步驟(4)中分隔面的獲取方法如下：遍歷每個腔中的主加工面集合，將每個面外環(huán)邊為凹邊的引出面加入該腔的分隔面集合，引出面不包括主加工面。

步驟(5)：在圖匹配的基礎上，采用特征抑制技術(shù)按照臺階孔、圓柱孔、凸臺、腔內(nèi)筋、階梯槽的順序，進行并行識別，由于階梯槽特征與階梯槽中的相交孔特征拓撲結(jié)構(gòu)非常復雜且不固定，利用層與特征抑制的方法進行識別。

第五步中特征抑制方法如下：完整孔特征的抑制采用同步建模中面刪除的方法，筋特征、凸臺特征的抑制采用同步建模中面偏移或面替換的方法，將筋頂面或凸臺頂面替換為所依附的腹板面，完成特征的抑制。腔1首先識別出臺階孔，識別后抑制如圖8a所示；腔7首先識別出通圓柱孔，抑制后模型如圖9a所示，接著識別出兩個獨立凸臺，抑制后模型如圖9b所示，然后識別出兩個腔內(nèi)的相交筋特征，抑制后模型如圖9c所示。

第五步中層與特征抑制方法如下：將各個腔中剩余主加工面沿主加工方向反向進行排序，例如腔1剩余的主加工面集合為A₁’，將集合A₁’排序后，從第一個面a開始，向后逐一比較，找到與它有連接端面的主加工面b，此時找到階梯槽的第一層，將第一層抑制，面a偏移至面b形成面b’，以b’為基礎面，用與步驟四相同的方法搜索圖匹配的頂點，判斷面b’中是否存在孔特征，如果有，說明原本面b中存在相交孔特征，接著以面b’為基準向后比較，找到與它有連接端面的主加工面c，此時找到階梯槽的第二層，將第二層抑制，面b’偏移至面c形成面c’，用同樣的方法判斷面c’中是否存在孔特征，如果有，說明原本面c中存在相交孔特征，同樣的方法繼續(xù)在集合A₁’中向后搜索，直到集合A₁’中不存在連接端面，完成腔1的階梯槽與槽中相交孔特征識別。腔1識別出階梯槽第一層后模型如圖8b所示，搜索圖的頂點并用圖匹配的方法識別出通圓柱孔，說明原本第二層存在相交孔特征，將孔特征抑制并識別出階梯槽第二層抑制后模型如圖8c所示，此時到達腔1主加工面最高位置，結(jié)束識別；腔7經(jīng)過圓柱孔、凸臺等的識別，腔中還剩一個主加工面，說明已經(jīng)到達最頂部的主加工面，結(jié)束識別。層與特征抑制識別流程如圖10所示。

步驟(6)：根據(jù)工藝解釋識別外輪廓與輪廓筋、框架筋后，將階梯槽最后一層抑制，獲得毛坯模型，如圖11所示，所有特征的識別結(jié)果如圖12所示。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。