基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動化數(shù)控加工領(lǐng)域，特別是涉及一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化 及自動化數(shù)控加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 實際生產(chǎn)中有許多這樣的需求:為了實現(xiàn)系列化產(chǎn)品的加工，要求基于已有的一 種產(chǎn)品，實現(xiàn)系列化產(chǎn)品的參數(shù)化、自動化數(shù)控加工。然而，現(xiàn)有方法存在如下缺點：
[0003] 首先，對于當(dāng)前的參數(shù)化設(shè)計，在大型的商用三維軟件中都有應(yīng)用，但其主要是一 種通用化的平臺，需要用戶通過手工交互的方式實現(xiàn)模型的參數(shù)化，比較麻煩;其次，對于 三維實物掃描的應(yīng)用較多，然而這些工作多數(shù)是為了零件模型的逆向設(shè)計、三維重構(gòu)而開 展，尚未查到通過幾何與加工特征識別方法、應(yīng)用裝配關(guān)系匹配與裝配知識提取算法構(gòu)建 裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù)化模型的應(yīng)用;再次，對于零件的加工，目前多數(shù)依賴于加工工藝 工程師和數(shù)控編程人員根據(jù)加工經(jīng)驗合作完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于實物掃描的裝 配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方法，其能夠脫離參數(shù)化大型軟件平臺，基于某一產(chǎn)品實物 實現(xiàn)舉一反三的系列化產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)參數(shù)化、到幾何加工特征提取與識別、再到加工工序的 生成、數(shù)控加工程序的自動編程的一體化、自動化。
[0005] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù) 控加工方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一，獲取實物裝配體整體的幾何形貌與各組件的幾何形貌；
[0007] 步驟二，基于所獲取的實物裝配體整體幾何形貌與各組件幾何形貌的測量點云， 利用幾何與加工特征識別方法進(jìn)行幾何特征識別，并對識別的特征進(jìn)行表達(dá)與存儲；
[0008] 步驟三，應(yīng)用裝配關(guān)系匹配與裝配知識提取算法構(gòu)建裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù)化 豐旲型；
[0009] 步驟四，基于所識別的加工特征、結(jié)合加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)控加工程 序的自動生成。
[0010]進(jìn)一步地，于步驟一中，所獲取的裝配體整體幾何形貌與各組件幾何形貌的三維 拼合數(shù)據(jù)盡可能封閉完整、無漏洞，測量精度依據(jù)當(dāng)前零件精度要求而定。
[0011] 進(jìn)一步地，于步驟一中，所使用的測量設(shè)備為掃描儀。
[0012] 進(jìn)一步地，于步驟二中，外輪廓點集分割與特征點提取是將不同段的特征提取并 分割出來，通過外輪廓點集分割存儲不同特征段的首尾特征點信息。
[0013] 進(jìn)一步地，于步驟二中對于特征的識別與處理則是根據(jù)具體特征段所對應(yīng)的特征 點，判斷具體是何特征，通過數(shù)據(jù)的處理得到具體幾何特征的屬性。
[0014] 進(jìn)一步地，于步驟二中，對回轉(zhuǎn)零件的幾何特征識別步驟如下:獲得軸向轉(zhuǎn)投影測 量點云；去除重疊點；對點集進(jìn)行排序；同一軸向位置取半徑最大點；外輪廓點集分割與特 征點提取;對不同特征進(jìn)行識別與處理;對特征進(jìn)行存儲。
[0015] 進(jìn)一步地，于步驟二中，對非回轉(zhuǎn)零件的幾何特征識別步驟如下:對單獨零件點云 進(jìn)行面分割；去除重疊點；對分割點集進(jìn)行排序;分割點集的幾何屬性識別；分割幾何元素 的關(guān)聯(lián)關(guān)系提取;幾何特征的識別與處理;對特征進(jìn)行存儲。
[0016] 進(jìn)一步地，于步驟三中，結(jié)合裝配體整體幾何形貌和各個零件的幾何特征的提取 結(jié)果，修正裝配體中各個零件幾何機(jī)構(gòu)模型，同時構(gòu)建裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù)化模型。
[0017] 進(jìn)一步地，于步驟四中，加工工序編排原則為:對同精度要求的連續(xù)加工特征，在 能夠共同選用同樣刀具的前提下，以盡量采用連續(xù)輪廓外圓車削的方式進(jìn)行加工。
[0018] 進(jìn)一步地，于步驟四中，對于用戶提出的特定特征的特殊加工要求與優(yōu)化選用，則 通過考慮綜合因素，完成加工工藝規(guī)劃。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方 法基于所獲取的實物裝配體整體幾何形貌與各組件幾何形貌的測量點云，利用幾何與加工 特征識別方法、應(yīng)用裝配關(guān)系匹配與裝配知識提取算法構(gòu)建裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù)化模 型，并基于所識別的加工特征、結(jié)合加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)控加工程序的自動 生成，本發(fā)明能夠脫離參數(shù)化大型軟件平臺，基于某一產(chǎn)品實物實現(xiàn)舉一反三的系列化產(chǎn) 品從結(jié)構(gòu)參數(shù)化、到幾何加工特征提取與識別、再到加工工序的生成、數(shù)控加工程序的自動 編程的一體化、自動化。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方法的步驟流 程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明較佳實施例中回轉(zhuǎn)零件幾何特征識別流程示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明較佳實施例中非回轉(zhuǎn)零件幾何特征識別流程；
[0023] 圖4(a)為本發(fā)明具體實施例中某零件加工工序工序名列表；
[0024] 圖4(b)為本發(fā)明具體實施例中經(jīng)特征識別的被加工工件示意圖；
[0025] 圖4(c)為本發(fā)明具體實施例中某零件加工工序的生成過程示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 以下通過特定的具體實例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0027] 圖1為本發(fā)明一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方法的步驟流 程圖。如圖1所示，本發(fā)明一種基于實物掃描的裝配體參數(shù)化及自動化數(shù)控加工方法，包括 如下步驟：
[0028] 步驟101，獲取實物裝配體整體的幾何形貌與各組件的幾何形貌。
[0029] 具體地，獲取實物裝配體的整體幾何形貌與各組件的幾何形貌的測量設(shè)備較多， 例如手持式掃描儀、立式掃描儀等。在本發(fā)明較佳實施例中，所獲取的裝配體整體幾何形貌 與各組件幾何形貌的三維拼合數(shù)據(jù)盡可能封閉完整、無漏洞，測量精度依據(jù)當(dāng)前零件精度 要求而定。
[0030] 步驟102,基于所獲取的實物裝配體整體幾何形貌與各組件幾何形貌的測量點云， 利用幾何與加工特征識別方法進(jìn)行幾何特征識別，并對識別的特征進(jìn)行表達(dá)與存儲。
[0031] 幾何特征識別流程:如圖2和圖3所示分別為回轉(zhuǎn)零件和非回轉(zhuǎn)零件的幾何特征識 別流程。其中外輪廓點集分割與特征點提取主要是將不同段的特征提取并分割出來，例如 對于軸的外輪廓，主要包括圓柱、圓錐、槽、圓弧表面、螺紋特征等。通過外輪廓點集分割存 儲不同特征段的首尾特征點信息。對于特征的識別與處理則是根據(jù)具體特征段所對應(yīng)的特 征點，判斷具體是何特征，通過數(shù)據(jù)的處理得到具體幾何特征的屬性。
[0032] 具體地，回轉(zhuǎn)零件的幾何特征識別過程如下:獲得軸向轉(zhuǎn)投影測量點云;去除重疊 點；對點集進(jìn)行排序；同一軸向位置取半徑最大點；外輪廓點集分割與特征點提取;對不同 特征進(jìn)行識別與處理;對特征進(jìn)行存儲。
[0033] 非回轉(zhuǎn)零件的幾何特征識別過程如下:對單獨零件點云進(jìn)行面分割;去除重疊點； 對分割點集進(jìn)行排序;分割點集的幾何屬性識別;分割幾何元素的關(guān)聯(lián)關(guān)系提取;幾何特征 的識別與處理;對特征進(jìn)行存儲。
[0034] 本發(fā)明所使用的對應(yīng)特征主要包括圓柱、圓錐、倒角、槽、螺紋、倒圓、圓弧特征等。 具體在系統(tǒng)中的表達(dá)與存儲可從如下程序中的結(jié)構(gòu)體看出：

[0037] 步驟103,應(yīng)用裝配關(guān)系匹配與裝配知識提取算法構(gòu)建裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù) 化模型。
[0038] 結(jié)合裝配體整體幾何形貌和各個零件的幾何特征的提取結(jié)果，修正裝配體中各個 零件幾何機(jī)構(gòu)模型，同時構(gòu)建裝配體與裝配關(guān)系的參數(shù)化模型。即，不同裝配體為不同的模 型，這里的參數(shù)化模型是通過確定結(jié)構(gòu)參數(shù)、裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系等來構(gòu)建。
[0039] 步驟104,基于所識別的加工特征、結(jié)合加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)控加工 程序的自動生成。
[0040] 考慮到加工成本與加工時間的節(jié)省，本發(fā)明的加工工序編排原則之一為:對同精 度要求的連續(xù)加工特征，在能夠共同