一種基于stl三維模型的曲面加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于STL三維模型的曲面加工方法，屬于曲面加工【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的一種基于STL三維模型的曲面加工方法，將待加工曲面的STL三維模型進(jìn)行投影，將組成待加工曲面的三角面片在三維空間內(nèi)的計(jì)算轉(zhuǎn)化為二維平面內(nèi)的三角形計(jì)算，同時(shí)在構(gòu)造矩形A1A2A3A4內(nèi)實(shí)現(xiàn)球銑刀位置的搜索和計(jì)算，減少了數(shù)據(jù)采集量，大大簡化了曲面加工刀位軌跡的計(jì)算，更加容易實(shí)現(xiàn)軟件控制，且程序可讀性好，運(yùn)算量少，尤其適用于各點(diǎn)法矢量與Z軸夾角不大的STL曲面的加工。
【專利說明】-種基于STL三維模型的曲面加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種曲面加工方法，更具體地說，涉及一種基于STL三維模型的小曲 率曲面加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] STL是最多快速原型系統(tǒng)所應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)文件類型，它使用三角形面片來表示三維 實(shí)體模型，現(xiàn)已成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，絕大多數(shù)造型系統(tǒng)能支 持并生成此種格式文件，現(xiàn)在越來越廣泛地應(yīng)用于數(shù)控加工中。STL文件由多個(gè)三角形面片 數(shù)據(jù)組成，每個(gè)三角形面片包括三角形各個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。三角 形頂點(diǎn)的排列順序遵循右手法則。
[0003] 基于STL三維模型可以對各種曲面進(jìn)行加工，然而，對于曲面進(jìn)行加工時(shí)必須要 有一個(gè)合適的運(yùn)行軌跡，以保證曲面加工的順利完成和加工曲面的精度。近年來，國內(nèi)外學(xué) 者針對曲面精加工軌跡的生成進(jìn)行了大量的研究，提出了許多算法，主要可分為參數(shù)線法、 截面法和投影法三類?，F(xiàn)有的投影法通常是先在二維平面規(guī)劃軌跡，并沿刀軸方向投影到 被加工曲面或其等距面上形成刀軌，但是現(xiàn)有曲面刀位軌跡的計(jì)算方法普遍存在計(jì)算復(fù)雜 繁瑣、運(yùn)行量大、且程序可讀性差、軟件實(shí)現(xiàn)困難的不足，限制了投影法在曲面加工中的應(yīng) 用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1?發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有曲面加工刀位軌跡計(jì)算方法復(fù)雜繁瑣、運(yùn)行量大、且 程序可讀性差、軟件實(shí)現(xiàn)困難的不足，提供一種基于STL三維模型的曲面加工方法，采用本 發(fā)明的技術(shù)方案，大大簡化了曲面加工刀位軌跡的計(jì)算，采用更加直觀簡潔的計(jì)算方法，更 加容易實(shí)現(xiàn)軟件控制，且程序可讀性好，運(yùn)算量少，尤其適用于小曲率曲面的銑削加工。
[0006] 2?技術(shù)方案
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] 本發(fā)明的一種基于STL三維模型的曲面加工方法，其包括以下步驟：
[0009] (1)已知待加工曲面的STL三維模型，將曲面的三維模型投影到二維坐標(biāo)系O-XY 中，得到投影面S ;組成待加工曲面的若干三角面片AABC在二維坐標(biāo)系O-XY中的投影為 三角形AA' B' C';
[0010] ⑵創(chuàng)建并讀取動(dòng)點(diǎn)M(XM，yM);
[0011] (3)判斷動(dòng)點(diǎn)M(xM，yM)是否在投影面S中的某個(gè)投影三角形AA' B' C'上；根 據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行步驟（4)或（5);
[0012] (4)如果動(dòng)點(diǎn)M在投影面S中的某個(gè)投影三角形AA' B' C'上，求出動(dòng)點(diǎn)M(xm， yM)對應(yīng)的點(diǎn)P在三維坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)（xP，yP， Zp)，即球銑刀與對應(yīng)三角面片AABC 的接觸點(diǎn)坐標(biāo)，其中：XP = xM, yP = yM，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于STL三維模型的曲面加工方法，其包括以下步驟： (1) 已知待加工曲面的STL三維模型，將曲面的三維模型投影到二維坐標(biāo)系O-XY中，得 到投影面S ;組成待加工曲面的若干三角面片Λ ABC在二維坐標(biāo)系O-XY中的投影為三角形 AA，B，C，； (2) 創(chuàng)建并讀取動(dòng)點(diǎn)M(xm，yM); ⑶判斷動(dòng)點(diǎn)M(xm，yM)是否在投影面S中的某個(gè)投影三角形Λ A'B'C'上；根據(jù)判斷結(jié) 果執(zhí)行步驟（4)或（5); (4) 如果動(dòng)點(diǎn)M在投影面S中的某個(gè)投影三角形AA'B'C'上，求出動(dòng)點(diǎn)M(xM，yM)對應(yīng) 的點(diǎn)P在三維坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)（xP，yP，Zp)，即球銑刀與對應(yīng)三角面片Λ ABC的接觸 點(diǎn)坐標(biāo)，其中：xP = xM，yP = yM，
式中：zA、zB和分別表示三角面片Λ ABC中的A、B和C三點(diǎn)的在O-XYZ坐標(biāo)系中的z 軸坐標(biāo)，3么腿丫、5么"^，、5么"^，和3^，以，分別表示厶1^'（：'、厶嫩'（：'、厶嫩'8'和厶八'8'（：' 的面積；則球銑刀與曲面的接觸點(diǎn)P(x P，yP，Zp)在O-XYZ坐標(biāo)系中的位置矢量為： P - (Xp，yP，Zp); 進(jìn)而，求出球銑刀的球心O1點(diǎn)在O-XYZ坐標(biāo)系中的位置矢量O1為：
， 式中：r為球銑刀的半徑，
為球銑刀與曲面接觸 點(diǎn)P所在三角面片Λ ABC的法矢量的單位矢量；重復(fù)步驟（2)，讀取下一個(gè)動(dòng)點(diǎn)M(xm，yM)， 并重復(fù)步驟（3)，直至將所有動(dòng)點(diǎn)M讀取完畢； (5) 如果動(dòng)點(diǎn)M不在投影面S中的某個(gè)投影三角形Λ A'B'C'上，則重復(fù)步驟（2)，讀取 下一個(gè)動(dòng)點(diǎn)M (xM，yM)，并重復(fù)步驟（3)，直至將所有動(dòng)點(diǎn)M讀取完畢； (6) 順序連接各點(diǎn)即可得到球銑刀加工STL曲面的刀位軌跡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STL三維模型的曲面加工方法，其特征在于：步驟 (2)中的動(dòng)點(diǎn)M的具體創(chuàng)建方法為： (2-1)測出投影面S在二維坐標(biāo)系O-XY的X軸方向上的最小值Xmin和最大值Xmax，以及 Y軸方向上的最小值Ymin和最大值Ymax;由Xmin、Xmax、Y min和Ymax坐標(biāo)值構(gòu)造矩形A1A2A3A 4 ;設(shè) 定球銑刀移動(dòng)的步長和行距； (2-2)將動(dòng)點(diǎn)M(xM，yM)初始化，初始位置為矩形A1A 2A3A4的左下角頂點(diǎn)A1 (Xmin，Ymin)，即 xM 一 Xmin，JfM - Ymin ; (2-3)將動(dòng)點(diǎn)M(xm，yM)沿平行X軸正方向逐一移動(dòng)一個(gè)步長，直到xM>X max，完成平行X 軸的一行動(dòng)點(diǎn)M的創(chuàng)建； (2-4)將動(dòng)點(diǎn)M(xM，yM)沿平行Y軸正方向移動(dòng)一個(gè)行距，令xM = Xmax，并沿平行X軸負(fù) 方向逐一移動(dòng)一個(gè)步長，直到xM〈Xmin ;將動(dòng)點(diǎn)M(xm，yM)沿平行Y軸正方向移動(dòng)一個(gè)行距； (2-5)令xM = Xmin，重復(fù)步驟（2-3)、（2-4)，直到y(tǒng)M>Ymax，完成整個(gè)矩形A 1A2A3A4區(qū)域內(nèi) 的動(dòng)點(diǎn)M的創(chuàng)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STL三維模型的曲面加工方法，其特征在于：步驟 (3)中判斷動(dòng)點(diǎn)M(xM，yM)是否在投影面S中的某個(gè)投影三角形AA'B'C'上的具體步驟為： (3-1)讀取一個(gè)三角面片Λ ABC，Λ ABC各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(xa，yA，zA)，B(xb，y B，zB)， (：〇^，7。，~);三角面片厶48(：在二維坐標(biāo)系01￥中的投影三角形厶4'8'(：'各點(diǎn)的坐標(biāo)分 另Ij 為 A'（xA，yA)，B'（xB，yB)，C'（x c，yc); (3_2)利用公式s ΛA，B，C，= s Λ腿，。，+s ΛM，c，+s ΛM，B，判斷動(dòng)點(diǎn)M是否在Δ A B C上，式 中，S Δ A，B，C，、S Δ MB，C，、S Δ MA，C、S Δ M，B，分別表不 A A B C、Δ MB C、Δ MA C、Δ MA B 的面 積；根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行步驟（3-3)或（3-4); (3-3)如果公式s ΛΑ，Β，。，= s ΛΜΒ，。，+s ，左右兩邊相等，則動(dòng)點(diǎn)M在投影二角 形 Λ A' B' C' 上； (3-4)如果公式sAA，B，c，= sAMB，c，+sAMA，c，+sAMA， B，左右兩邊不相等，則動(dòng)點(diǎn)M不在投 影三角形Λ A'B'C'上；重復(fù)步驟（3-1)和（3-2)，直至將組成待加工曲面的所有三角面片 Λ ABC數(shù)據(jù)讀取完成。
【文檔編號】G06F17/50GK104392030SQ201410635076
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】丁仕燕, 干為民, 黃秀琴, 劉祖朋, 黃志榮, 何亞峰 申請人:常州工學(xué)院