一種復雜產(chǎn)品異構模型融合方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種產(chǎn)品數(shù)字化幾何建模方法，尤其涉及一種復雜產(chǎn)品異構模型融合 方法。
【背景技術】
[0002] 產(chǎn)品設計制造過程中需要運用到CAD、CAM和CAE等多種建模、仿真和分析系統(tǒng)，其 將生成大量帶有部分信息的產(chǎn)品數(shù)字化模型。然而，各系統(tǒng)單個領域運用的獨特性要求和 商業(yè)系統(tǒng)軟件格式標準難以統(tǒng)一的現(xiàn)狀，導致單個零件產(chǎn)品大量異構模型信息難以融合和 集成。
[0003]當前研究者主要采用文件格式統(tǒng)一和幾何特征處理等方式實現(xiàn)異構系統(tǒng)模型集 成。文件格式統(tǒng)一方法主要通過標準文件格式解析和附加語義參數(shù)信息處理等實現(xiàn)異構 模型轉化和系統(tǒng)集成。這方面的主要研究工作包括：1^311〇011；[【1^3110011丨？.131^(^；[1^ thegapbetweenCADandCAEusingSTLfiles[J].InternationalJournalofCAD/ CAM, 2002, 2(1) :55-67.】提出基于STL標準格式文件的CAD與CAE數(shù)據(jù)轉換方法。該方 法已經(jīng)在產(chǎn)品設計分析中得到廣泛運用，但是也面臨三角網(wǎng)格模型不封閉等現(xiàn)象，且不適 用于異構模型的特征編輯和融合等復雜操作。Cao等【CaoB·，ChenJ.HuangZh.Zheng Y.CAD/CAEIntegrationFrameworkwithLayeredSoftwareArchitecture[C].IEEE InternationalConferenceonComputer-AidedDesignandComputerGraphics, 2009. pp. 410-415.】提出基于CAD框架結構層、CAE功能模塊層以及通用幾何模塊庫的異構模 型分層集成框架。該方法雖然提供了一種有效的異構模型轉化方法，但也面臨系統(tǒng)接口開 發(fā)工作復雜和繁瑣的問題。幾何特征處理方法主要通過識別產(chǎn)品造型特征，然后通過添加 幾何特征、加工模擬和仿真分析參數(shù)語義信息實現(xiàn)異構系統(tǒng)集成。這方面的主要工作包 括：Gujarathi等[GujarathiG.Ρ·，MaY. _s.ParametricCAD/CAEintegrationusing acommondatamodel[J].JournalofManufacturingSystems, 2011，30(3):118-132.] 提出基于設計與分析信息共同表達的異構數(shù)據(jù)轉換方法。該方法雖然能夠同時保存模型 設計歷史信息以及分析需要的幾何特征數(shù)據(jù)，達到CAD與CAE數(shù)據(jù)交換目的。然而，共同 數(shù)據(jù)表達僅能夠適應單個應用領域模型轉換需求，很難實現(xiàn)產(chǎn)品設計中眾多系統(tǒng)數(shù)據(jù)和 信息的共同表達。Lee[LeeS.ACAD-CAEinternationapproachusingfeature-based multi-resolutionandmulti-abstructionmodelingtechniques[J].ComputerAided Design，2005, 37:941-955.】提出基于產(chǎn)品幾何模型抽象建模和多層次特征表達的CAD、CAE 系統(tǒng)集成方法。該方法通過CAD實體模型以及多層次表達網(wǎng)格模型，實現(xiàn)不同仿真應用和 精度要求的分析模型構建。然而，其多層次模型構建過程比較繁瑣，且很難滿足特征編輯和 移植需求。由此可知，現(xiàn)有方法雖然能夠初步解決產(chǎn)品設計系統(tǒng)之間以及產(chǎn)品設計系統(tǒng)與 仿真分析系統(tǒng)之間模型數(shù)據(jù)轉換的問題，但是各方法都是針對具體問題提出的處理途徑， 無法實現(xiàn)產(chǎn)品設計異構系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)隱式信息的提取和識別，也無法實現(xiàn)異構模型和信息 的融合，更難以實現(xiàn)異構模型融合的統(tǒng)一化處理操作和可視化表達。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，以解決復雜產(chǎn)品異構系統(tǒng) 模型難以集成和融合的問題，提供了產(chǎn)品多學科多性能分析和評價的有效途徑，能夠有效 提升復雜產(chǎn)品設計效率，縮短復雜產(chǎn)品開發(fā)周期，較大提高產(chǎn)品競爭力。
[0005] 本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，包括以下步驟：
[0007] 1)采用基元特征識別方法提取產(chǎn)品在不同階段的異構數(shù)字化模型的幾何特征，并 同時采用模型匹配方法獲得產(chǎn)品零件加工形位誤差信息，所述的階段包括設計階段、加工 階段和測量階段；
[0008] 2)根據(jù)實體設計模型，采用體素化方法構建產(chǎn)品統(tǒng)一表達的體素模型；
[0009] 3)根據(jù)步驟2)中得到的體素模型，計算距離場屬性，然后構建距離場，并構建距 離場的交集操作與基元特征的復制方法、距離場的差集操作與基元特征的提取方法、距離 場的并集操作與基元特征融合方法的三種映射關系，進而構建速度場操作函數(shù)與異構模型 形位誤差融合、速度場操作函數(shù)與異構模型高級特征融合的兩種映射關系；
[0010]4)采用距離場編輯方法實現(xiàn)產(chǎn)品異構基元特征與體素模型的融合，然后采用水平 集編輯方法將產(chǎn)品加工形位誤差信息融合到體素模型中，得到融合模型；
[0011] 5)采用移動立方體方法重構融合模型，實現(xiàn)融合模型統(tǒng)一可視化表達，最終得到 表面模型。
[0012] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟1)中產(chǎn)品的異構數(shù)字化模型包括設計、 加工和測量階段的異構數(shù)字化模型；識別異構模型中基本幾何特征語義參數(shù)，并通過設計 實體與測量異構模型匹配集成，提取加工模型的形位誤差信息，形位誤差信息包括平面度、 圓度、圓柱度、平行度、同軸度和垂直度。
[0013] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟2)中，所述的采用體素化方法構建產(chǎn)品 統(tǒng)一表達的體素模型，包括：
[0014] 步驟1 :通過主分量分析方法，調整模型幾何位姿，提取實體設計模型最佳表達主 軸；
[0015] 步驟2:將實體設計模型離散化，然后根據(jù)模型的拓撲連接關系來構建體素模型。
[0016] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟3)中，根據(jù)產(chǎn)品體素模型的距離場屬 性，構建距離場交集、差集與并集，并得到與基元特征提取、復制與融合方法的映射關系，然 后根據(jù)水平集編輯和操作方法構建凸起特征速度場、恒定速度場、曲率自適應速度場以及 興趣域速度場，再依次建立與形位誤差信息融合、形狀偏移特征融合、光順倒角特征融合以 及興趣域特征融合一一對應的高級特征和語義操作的映射關系，其中形位誤差信息融合和 形狀偏移特征融合屬于異構模型形位誤差融合，光順倒角特征融合以及興趣域特征融合屬 于異構模型高級特征融合。
[0017] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟4)中，采用距離場編輯方法實現(xiàn)產(chǎn)品異 構基元特征與體素模型的融合是通過選定特定產(chǎn)品模型的體素模型作為基本體模型，然后 將產(chǎn)品異構模型特征和信息融合到基本體模型；融合操作中結合模型平移、旋轉和縮放功 能定位空間位置；并結合距離場交集、并集和差集操作實現(xiàn)異構模型幾何特征融合。
[0018] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟4)中，采用水平集編輯方法將產(chǎn)品加工 形位誤差信息融合到體素模型中是通過根據(jù)特征編輯和融合的具體需求，構建凸起特征速 度場、恒定速度場、曲率自適應速度場和興趣域速度場，然后融合產(chǎn)品異構模型形位誤差信 息、形狀偏移特征、光順倒角特征和興趣域特征這些高級特征和語義信息。
[0019] 所述的復雜產(chǎn)品異構模型融合方法，步驟5)中，采用移動立方體方法重建融合后 的幾何體模型表面
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明提出的產(chǎn)品異構模型信息融合方法的具體流程；
[0021] 圖2是本發(fā)明提出的產(chǎn)品異構模型信息融合的框架圖；
[0022] 圖3是對產(chǎn)品模型體素離散化前后效果對比；其中（a)為PCA校正位姿的模型， (b)為校正位姿模型體素離散，（c)為任意位姿的模型，（d)為任意位姿模型體素離散；
[0023]圖4是在基本體模型上表面融合異構燕尾槽信息的結果圖；其中（a)為燕尾槽模 型，（b)為基本體模型，（c)為融合模型，（d)為基本橫切面，（e)為融合橫切面，（f)為基本 縱切面，（g)為融合縱切面；
[0024]圖5是將自由曲面信息融合到基本體模型的結果圖；其中（a)為自由曲面模型， (b)為基本體模型，（c)為融合模型，（d)為基本橫切面，（e)為融合橫切面，（f)為基本縱切 面，（g)為融合縱切面；
[0025]圖6是葉片形位誤差信息融合的結果圖；其中（a)為帶測量誤差信息的模型，（b) 為基本體模型，（c)為融合模型，（d)為基本橫切面，（e)為融合橫切面，（f)為基本縱切面， (g)為融合縱切面；
[0026]圖7是葉片模型融合偏移信息的結果圖；其中（a)為曲面信息融合模型，（b)為外 向偏移模型，（c)為內向偏移模型。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明包括以下實施步驟：
[0028] 1)采用基元特征識別方法提取產(chǎn)品在不同階段的異構數(shù)字化模型的幾何特征，并 同時采用模型匹配方法獲得產(chǎn)品零件加工形位誤差信息，所述的階段包括設計階段、加工 階段和測量階段；
[0029] 2)根據(jù)實體設計模型，采用體素化方法構建產(chǎn)品統(tǒng)一表達的體素模型；
[0030] 3)根據(jù)步驟2)中得到的體素模型，計算距離場屬性，然后構建距離場，并構建距 離場的交集操作與基元特征的復制方法