本發(fā)明涉及對(duì)稱度檢測(cè)，尤其涉及一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度和對(duì)稱面的方法。

背景技術(shù)：

1、鑄造技術(shù)是先進(jìn)制造業(yè)中基礎(chǔ)和不可替代的方法之一。鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于確保鑄件質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)良好的澆注系統(tǒng)可以確保金屬液平穩(wěn)、合理地充滿型腔，避免產(chǎn)生紊流和對(duì)鑄型的沖刷，減少鑄件中的氣孔、夾雜物和縮孔等缺陷，從而提高鑄件的成品率和質(zhì)量。

2、在進(jìn)行澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮鑄件的復(fù)雜程度，對(duì)稱度是鑄件復(fù)雜程度的指標(biāo)之一。對(duì)稱度指的是鑄件在幾何形狀上的對(duì)稱程度。由于對(duì)稱性帶來(lái)的規(guī)律性和重復(fù)性，使得對(duì)稱的鑄件比非對(duì)稱的鑄件的澆注系統(tǒng)和模具設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。對(duì)稱性也有助于簡(jiǎn)化冷卻和收縮的預(yù)測(cè)，因?yàn)殍T件的各部分將以相似的方式響應(yīng)溫度變化。例如對(duì)于對(duì)稱鑄件，可以采用中心澆注，使得金屬液從中心位置均勻分布到各個(gè)部分，有利于鑄件的均勻冷卻和減少內(nèi)應(yīng)力。而對(duì)于非對(duì)稱鑄件，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的澆注系統(tǒng)。

3、目前通常通過(guò)人為判斷鑄件的對(duì)稱性，這需要對(duì)鑄件有準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)，此外trimesh庫(kù)提供了對(duì)鑄件三維模型對(duì)稱性的判斷方法，但對(duì)于復(fù)雜鑄件會(huì)出現(xiàn)判斷偏差，同時(shí)無(wú)法提供對(duì)稱度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分或全部技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度和對(duì)稱面的方法，能夠準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)稱度和對(duì)稱面，避免了人為判斷準(zhǔn)確度精度不高的問(wèn)題，解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺少對(duì)稱度的計(jì)算方法、僅有對(duì)稱性判斷的問(wèn)題，通過(guò)獲取鑄件三維模型的對(duì)稱度以及對(duì)稱面，從而為鑄造工藝設(shè)計(jì)師提供鑄件的對(duì)稱信息，減少了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中人力的消耗。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，包括：

4、獲取實(shí)際待計(jì)算鑄件對(duì)稱度的三維模型，并計(jì)算三維模型的長(zhǎng)、寬和高；

5、對(duì)所獲取的三維模型進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理，使得所獲取的三維模型的幾何中心與預(yù)設(shè)三維坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)齊，并將三維模型長(zhǎng)、寬、高中數(shù)值最大的一邊置于預(yù)設(shè)三維坐標(biāo)的z軸方向；

6、對(duì)姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的三維模型沿三維坐標(biāo)軸所在的任意平面進(jìn)行剖切，得到第一子模型和第二子模型，以及剖切后第一子模型上的第一剖切平面和第二子模型上的第二剖切平面；

7、將得到的第一子模型和第二子模型沿所剖切的平面對(duì)稱分布，依次將第一子模型和第二子模型采用若干條相同數(shù)量相反方向的射線沿垂直于所選取子模型對(duì)應(yīng)的剖切平面進(jìn)行照射，將射線原點(diǎn)所處的高度范圍控制為與所選取的鑄件三維模型的高度一致，射線原點(diǎn)所處的長(zhǎng)度范圍控制為與所選取鑄件三維模型的長(zhǎng)度范圍一致；

8、分別統(tǒng)計(jì)射線穿過(guò)第一子模型和第二子模型每一條射線的距離，得到對(duì)應(yīng)第一子模型的第一向量和對(duì)應(yīng)第二子模型的第二向量；

9、計(jì)算第一向量和第二向量的相似度，將所計(jì)算得到的結(jié)果作為三維模型沿三維坐標(biāo)軸所剖切平面的對(duì)稱度；

10、依次選取三維模型沿三維坐標(biāo)軸所在的任意剩余平面進(jìn)行剖切，依次獲取每個(gè)剖切面下所剖切子模型對(duì)應(yīng)的向量，計(jì)算每個(gè)剖切面下所剖切子模型對(duì)應(yīng)向量的相似度；

11、比較所有相似度的大小，最大相似度即為鑄件三維模型的對(duì)稱度。

12、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，計(jì)算第一向量和第二向量的相似度包括采用余弦相似度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

13、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，余弦相似度計(jì)算公式包括：

14、

15、式中，a和b分別代表兩個(gè)n維向量。

16、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，分別統(tǒng)計(jì)射線穿過(guò)第一子模型和第二子模型每一條射線的距離，對(duì)于若干條射線中的第i條射線，該射線穿透模型的距離即為與三維模型重合的長(zhǎng)度，則第i條射線與模型重合的長(zhǎng)度為：

17、ydai＝2i-1i+4i-3i+…+ni-(n-1)i

18、式中，ydai為第一剖切平面pa上第i條射線穿透模型的距離，ni為第i條射線與模型的第n個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)。

19、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，獲取實(shí)際待計(jì)算鑄件對(duì)稱度的三維模型的格式包括stl格式。

20、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，對(duì)所獲取的三維模型進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理包括對(duì)鑄件三維模型的平移、翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。

21、進(jìn)一步地，在上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法中，三維模型的幾何中心包括二分之一三維模型的長(zhǎng)、二分之一三維模型的寬和二分之一三維模型的高所在的坐標(biāo)。

22、第二方面，本發(fā)明還提供了一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱面的方法，采用該方法所計(jì)算的對(duì)稱面為應(yīng)用上述用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度所對(duì)應(yīng)的剖切面。

23、本發(fā)明技術(shù)方案的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

24、本發(fā)明的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度和對(duì)稱面的方法，通過(guò)將鑄件模型進(jìn)行剖分，然后統(tǒng)計(jì)射線穿透模型的距離并計(jì)算距離向量之間的相似度，可以充分考慮模型的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，適用于任何形狀的鑄件，不受模型復(fù)雜度的限制，具有較強(qiáng)的通用性和適應(yīng)性，且方法的實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的硬件支持，能夠適當(dāng)提高鑄造工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度，減少人工干預(yù)，提高對(duì)稱度計(jì)算的效率和一致性。

技術(shù)特征：

1.一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，計(jì)算第一向量和第二向量的相似度包括采用余弦相似度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，余弦相似度計(jì)算公式包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，分別統(tǒng)計(jì)射線穿過(guò)第一子模型和第二子模型每一條射線的距離，對(duì)于若干條射線中的第i條射線，該射線穿透模型的距離即為與三維模型重合的長(zhǎng)度，則第i條射線與模型重合的長(zhǎng)度為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，獲取實(shí)際待計(jì)算鑄件對(duì)稱度的三維模型的格式包括stl格式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，對(duì)所獲取的三維模型進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理包括對(duì)鑄件三維模型的平移、翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法，其特征在于，三維模型的幾何中心包括二分之一三維模型的長(zhǎng)、二分之一三維模型的寬和二分之一三維模型的高所在的坐標(biāo)。

8.一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱面的方法，其特征在于，所計(jì)算的對(duì)稱面為應(yīng)用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度的方法計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度所對(duì)應(yīng)的剖切面。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于智能計(jì)算鑄件三維模型對(duì)稱度和對(duì)稱面的方法，包括獲取待計(jì)算鑄件對(duì)稱度的三維模型并計(jì)算長(zhǎng)、寬、高及姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理；對(duì)姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的三維模型沿三維坐標(biāo)軸所在的任意平面進(jìn)行剖切，得到第一子模型和第二子模型；依次將第一子模型和第二子模型采用若干條相同數(shù)量相反方向的射線沿垂直于所選取子模型對(duì)應(yīng)的剖切平面進(jìn)行照射；分別統(tǒng)計(jì)射線穿過(guò)第一子模型和第二子模型每一條射線的距離，得到第一向量和第二向量并計(jì)算兩者相似度，所計(jì)算結(jié)果即為當(dāng)前所剖切平面的對(duì)稱度；按上述方法選取坐標(biāo)軸所在任意剩余平面進(jìn)行剖切，依次計(jì)算每個(gè)剖切面所剖切子模型對(duì)應(yīng)向量的相似度；比較所有相似度的大小，最大值即為模型的對(duì)稱度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙宇宏,裴小龍,馮素蕊,段志強(qiáng),潘玥,侯華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19