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        飛機(jī)結(jié)構(gòu)件CAD模型窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別方法

        2016-12-02 01:33:22鄭國(guó)磊陳樹林
        圖學(xué)學(xué)報(bào) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域模型

        周 敏, 鄭國(guó)磊, 陳樹林

        (1. 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京 100191;2. 沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110034)

        飛機(jī)結(jié)構(gòu)件CAD模型窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別方法

        周 敏1, 鄭國(guó)磊1, 陳樹林2

        (1. 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京 100191;2. 沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110034)

        飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)模中常存在狹窄拓?fù)涿?,易?dǎo)致零件在加工成型過程中的各工程操作難以進(jìn)行。針對(duì)該問題,提出基于參數(shù)域邊界分析的CAD模型窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別方法。首先對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)模中常見的窄面缺陷進(jìn)行描述與分類,并結(jié)合其幾何特點(diǎn)與工程意義對(duì)窄面缺陷進(jìn)行了合理的定義;其次,對(duì)模型表面的任意拓?fù)涿嬗?jì)算其有效參數(shù)域;然后,根據(jù)凹頂點(diǎn)構(gòu)造狹窄區(qū)域,并計(jì)算狹窄區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度,判斷其是否為窄面缺陷;最后,給出方法的實(shí)現(xiàn)流程并開發(fā)了相應(yīng)的算法,結(jié)合實(shí)例證明了所述方法的正確性和有效性。

        CAD模型缺陷;缺陷檢測(cè);CAD模型修正;飛機(jī)結(jié)構(gòu)件;數(shù)控加工;窄面缺陷

        模型數(shù)據(jù)質(zhì)量是指產(chǎn)品數(shù)模在并行工程和協(xié)同設(shè)計(jì)等環(huán)境下、在數(shù)據(jù)交換過程中能夠準(zhǔn)確表達(dá)對(duì)象信息的能力,其基本要求包括:正確性、合理性和規(guī)范性。其中,合理性是指采用“設(shè)計(jì)與工藝一體化(integrated product and process design, IPPD)”的設(shè)計(jì)模式,充分考慮后續(xù)各工藝環(huán)節(jié)(加工、裝配、檢測(cè)等)的要求及約束,生成與工藝過程相匹配的合理設(shè)計(jì)模型。但在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)模表面常出現(xiàn)一類具有狹窄結(jié)構(gòu)的拓?fù)涿?,在狹窄結(jié)構(gòu)處兩參數(shù)方向的尺寸會(huì)相差較大,從而在其面域(面上連通點(diǎn)的最大聚集區(qū)[1])內(nèi)形成一定的狹窄區(qū)域。工藝人員稱此類拓?fù)涿鏋椤罢妗?。窄面缺陷的存在?duì)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的完整性和正確性并不造成直接的影響,但會(huì)導(dǎo)致下游各工程操作的失敗,如模型更改時(shí)的曲面求交或偏置、有限元分析中的曲面網(wǎng)格剖分、數(shù)控加工中的工藝規(guī)劃、刀軌計(jì)算等。因此,這類狹窄曲面設(shè)計(jì)不合理,屬于模型質(zhì)量問題。此類缺陷常見于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)模的筋端、轉(zhuǎn)角和內(nèi)外緣等特征中,由不規(guī)范的建模操作、頻繁的曲面裁剪、實(shí)體布爾運(yùn)算或系統(tǒng)精度問題導(dǎo)致。由于肉眼難以察覺分辨且工作量大而繁雜,通常不便于以人工交互的方式進(jìn)行檢測(cè)。

        目前,研究者廣泛關(guān)注的模型缺陷包括曲面裂縫、曲面坍塌、曲面搭接、曲面內(nèi)部出現(xiàn)孔洞等[2-10]。為識(shí)別這些缺陷,Yang和Han[5]提出基于CAD模型設(shè)計(jì)過程的缺陷檢測(cè)方法。Gu等[6]則主要探討了幾何缺陷的診斷方法。Zhou等[7]根據(jù)三角網(wǎng)格模型點(diǎn)、邊和面之間的關(guān)系識(shí)別曲面上的孔洞,然后提取孔洞的邊界并分類。Petersson和Chand[8]為生成模型表面的初始網(wǎng)格,開發(fā)了一系列工具檢測(cè)并消除可能導(dǎo)致網(wǎng)格生成產(chǎn)生錯(cuò)誤的模型缺陷。以便于模型表面的網(wǎng)格生成。Huang 等[9]針對(duì)基于特征識(shí)別的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程系統(tǒng)的需求,對(duì)模型缺陷進(jìn)行了分類,并建立一系列啟發(fā)式準(zhǔn)則對(duì)不同缺陷進(jìn)行識(shí)別。張聰聰?shù)萚10]將飛機(jī)結(jié)構(gòu)件模型的缺陷總結(jié)為過渡面缺陷、接縫與殘留體以及橫向孔 3種類型,并給出基于判定規(guī)則的識(shí)別算法。但是,現(xiàn)有關(guān)于模型缺陷分類、識(shí)別或修正的文獻(xiàn)均未見關(guān)于窄面缺陷的研究。僅有對(duì)微小面的描述或判斷方法[11-13],且均以曲面面積作為判斷微小面的標(biāo)準(zhǔn),并未對(duì)微小面給出明確定義。因此,基于窄面缺陷對(duì)設(shè)計(jì)模型到制造各環(huán)節(jié)的約束限制,提出基于參數(shù)域邊界分析的自動(dòng)識(shí)別方法。首先,對(duì)窄面缺陷進(jìn)行描述、分類與定義;其次,給出基于參數(shù)域邊界分析識(shí)別方法的關(guān)鍵技術(shù),包括有效參數(shù)域計(jì)算和狹窄區(qū)域構(gòu)造;然后,給出算法流程和算法實(shí)例;最后給出本算法的適用范圍及下一步工作展望。

        1 窄面缺陷描述與定義

        1.1 窄面分類

        通過分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)模中常見窄面缺陷的幾何特點(diǎn),以其工程背景為依據(jù),分別從定性和定量的角度將窄面缺陷進(jìn)行分類。

        1.1.1 考慮窄面缺陷的幾何特點(diǎn),以其面域中狹窄區(qū)域所在位置的不同,可分為整體窄面和局部窄面

        (1) 整體窄面。如圖 1(a)、(b)所示,拓?fù)涿娴恼w呈狹窄狀。此類窄面缺陷主要出現(xiàn)在壁板、框類零件的內(nèi)外緣處,由頻繁的曲面裁剪分割、實(shí)體布爾運(yùn)算造成,且人工難以發(fā)現(xiàn)。

        (2) 局部窄面。如圖 1(c)、(d)所示,拓?fù)涿娲嬖谀尘植肯鄬?duì)其整體面域呈狹窄狀。常見于壁板和框類零件中階梯槽的底面以及多下陷槽的側(cè)面等,由不規(guī)范的草圖繪制或系統(tǒng)精度問題導(dǎo)致。

        圖1 整體和局部窄面示意圖

        1.1.2 根據(jù)工程意義上對(duì)窄面缺陷中的狹窄區(qū)域

        進(jìn)行定量描述,可分為絕對(duì)窄面和相對(duì)窄面(1) 絕對(duì)窄面。拓?fù)涿嬖谄洫M窄區(qū)域內(nèi)沿某參

        數(shù)方向的尺寸始終小于特定閾值,從而形成絕對(duì)意義上的狹窄區(qū)域,如圖2(a)所示。

        (2) 相對(duì)窄面。拓?fù)涿嬖谄洫M窄區(qū)域內(nèi)沿兩參數(shù)方向的尺寸之比(如圖2(b)中l(wèi)1與l2之比)超出特定閾值,即兩參數(shù)方向的尺寸相差懸殊,形成相對(duì)的狹窄區(qū)域。

        綜上,窄面缺陷描述的是零件數(shù)模中整體或局部具有狹窄區(qū)域的拓?fù)涿?,且此區(qū)域的狹窄程度可依據(jù)實(shí)際工程需要而量化。

        圖2 絕對(duì)和相對(duì)窄面示意圖

        1.2 窄面缺陷定義

        為了實(shí)現(xiàn)三維數(shù)模中窄面缺陷的自動(dòng)識(shí)別,本文結(jié)合窄面缺陷的幾何特點(diǎn)及工程意義給出了窄面缺陷的定義。

        (1) 面域的長(zhǎng)度和寬度。長(zhǎng)、寬、高是三維歐氏空間中幾何對(duì)象本身的度量屬性,為了更好地對(duì)窄面缺陷中的狹窄區(qū)域進(jìn)行描述,引入面域長(zhǎng)度和寬度的概念。如圖 3所示,模型表面任意拓?fù)涿鎓,其uv向等參數(shù)線簇分別為cui、cvj,則可用參數(shù)曲線的弧長(zhǎng)對(duì)其面域進(jìn)行衡量。約定參數(shù)曲線cui、cvj中弧長(zhǎng)較大者作為面域的長(zhǎng),較小者作為面域的寬。通常,拓?fù)涿鎯?nèi)各點(diǎn)的面域長(zhǎng)度(寬度)不一。將長(zhǎng)度(寬度)方向參數(shù)曲線弧長(zhǎng)的最大值稱為面域最大長(zhǎng)度(寬度),最小值則稱為面域最小長(zhǎng)度(寬度),最大長(zhǎng)度與最小寬度之比稱為面域最大長(zhǎng)寬比。同理,對(duì)于面域內(nèi)的某部分區(qū)域,也可用該區(qū)域內(nèi)參數(shù)線的弧長(zhǎng)來衡量區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度等。

        (2) 窄面缺陷。根據(jù) 1.1節(jié)中對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件常見窄面缺陷的描述、分類和特點(diǎn)分析,對(duì)窄面缺陷做出如下定義。

        定義1. 對(duì)零件數(shù)模m表面的任意拓?fù)涿鎓,若其面域內(nèi)存在一定的狹窄區(qū)域 D且滿足下列條件之一:。

        圖3 面域長(zhǎng)度和寬度

        則稱此拓?fù)涿鎓為窄面,或存在窄面缺陷。其中,LD、WD分別表示區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度如圖4所示,WDmax、WDmin分別為區(qū)域D的最大和最小寬度,LDmax/WDmin為區(qū)域D的最大長(zhǎng)寬比,Wmin為面域最小允許寬度,Rmax為面域最大允許長(zhǎng)寬比。通常,CATIA系統(tǒng)默認(rèn)的曲面最小寬度Wmin為0.02 mm,而 Rmax的取值可根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行預(yù)先設(shè)定(如50,100等)。

        圖4 窄面缺陷定義示例圖

        2 基于參數(shù)域邊界分析的窄面缺陷識(shí)別

        曲面上的點(diǎn)與參數(shù)域內(nèi)的點(diǎn)具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,由此可將拓?fù)涿嬷歇M窄面域的判定問題轉(zhuǎn)化為其參數(shù)域(二維平面區(qū)域)中狹窄區(qū)域的求解問題。曲面的參數(shù)域可近似表示為一個(gè)邊界形狀不規(guī)則的多邊形,在其內(nèi)外環(huán)邊界線的約束界定下,形成參數(shù)平面的有界連通區(qū)域。因此,參數(shù)域中狹窄區(qū)域的求解可采用平面有界連通域最小通道求解[14]的思想,以參數(shù)域多邊形上的凹頂點(diǎn)為關(guān)鍵元素,計(jì)算各凹頂點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的瓶頸線,進(jìn)而構(gòu)造狹窄區(qū)域

        并映射至曲面上進(jìn)行驗(yàn)證。基于參數(shù)域邊界分析的窄面缺陷識(shí)別方法主要包括有效參數(shù)域計(jì)算、邊界凹頂點(diǎn)判定和狹窄區(qū)域構(gòu)造等3個(gè)步驟。下面詳細(xì)介紹有效參數(shù)域計(jì)算和狹窄區(qū)域構(gòu)造方法,凹頂點(diǎn)判斷方法可采用向量的叉積來判斷,具體方法請(qǐng)參見文獻(xiàn)[15]。

        2.1 有效參數(shù)域計(jì)算

        曲面在微分幾何中可表示成雙參數(shù)u和v的矢函數(shù) p=p(u,v),曲面的范圍可用兩參數(shù)的變化區(qū)間映射為 uv參數(shù)平面上的一個(gè)矩形區(qū)域給出。這樣可得到具有4條邊界的曲面即四邊曲面。當(dāng)曲面經(jīng)過裁剪后,其參數(shù)域?qū)⒈痪窒拊谠匦螀^(qū)域內(nèi)的某一子區(qū)域中。子區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)與曲面邊界范圍內(nèi)的點(diǎn)具有一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系,將此子區(qū)域稱為裁剪曲面的有效參數(shù)域。有效參數(shù)域的內(nèi)外環(huán)邊界線對(duì)應(yīng)于曲面的內(nèi)外環(huán)輪廓線。如圖5所示,原曲面所對(duì)應(yīng)的矩形參數(shù)域?yàn)镽,曲面經(jīng)裁剪后所形成的有效參數(shù)域?yàn)閳D中灰色陰影區(qū)域Rv。對(duì)于模型表面任意拓?fù)涿?,其有效參?shù)域的計(jì)算,可轉(zhuǎn)化為有效參數(shù)域邊界線的計(jì)算。而參數(shù)域的邊界線又與曲面輪廓線相對(duì)應(yīng),因此首先從拓?fù)涿嬷刑崛∑鋬?nèi)外環(huán)輪廓線,進(jìn)而計(jì)算輪廓線上各點(diǎn)在曲面上的參數(shù)值,最終將其映射到參數(shù)域平面中即可獲得有效參數(shù)域的邊界。

        圖5 有效參數(shù)域

        鑒于曲面輪廓線邊界類型的復(fù)雜性(直線、圓弧和一般曲線等),為減少計(jì)算量,以離散點(diǎn)集對(duì)其進(jìn)行近似表示:①當(dāng)輪廓線為直線時(shí),可直接將其兩端點(diǎn)作為離散點(diǎn);②當(dāng)輪廓線為圓弧和一般曲線時(shí),則需將輪廓線按其曲線參數(shù)進(jìn)行等參數(shù)采樣,以提取離散點(diǎn)。如此,可分別獲得曲面內(nèi)外環(huán)輪廓線的離散點(diǎn)集 Pc、Ph,并將其映射至參數(shù)域平面中得參數(shù)點(diǎn)集Ppc、Pph,各參數(shù)點(diǎn)依次連線以形成參數(shù)域中的邊界線鏈。如圖6所示,拓?fù)涿鎓具有外環(huán)輪廓線C0和內(nèi)環(huán)輪廓線C1,將輪廓線C1進(jìn)行離散采樣并映射于參數(shù)域中,依次連接各參數(shù)點(diǎn)得邊界線Cp1,可近似作為其有效參數(shù)域的邊界線。如此,可獲得模型中拓?fù)涿嫠鶎?duì)應(yīng)的近似有效參數(shù)域R′v,并在此二維參數(shù)域平面中求解狹窄區(qū)域以映射到拓?fù)涿嬷小?/p>

        圖6 近似有效參數(shù)域邊界線

        2.2 狹窄區(qū)域構(gòu)造

        瓶頸線是凹頂點(diǎn)與凹頂點(diǎn)間連線或凹頂點(diǎn)到某邊界的距離線段,但并非所有的瓶頸線都能正確關(guān)聯(lián)狹窄區(qū)域。在獲得凹頂點(diǎn)后,若對(duì)每個(gè)凹頂點(diǎn)都計(jì)算其與多邊形所有凹頂點(diǎn)、邊之間的距離,會(huì)產(chǎn)生大量的距離計(jì)算、相交處理等,效率低下。通過對(duì)狹窄區(qū)域中凹頂點(diǎn)、瓶頸線的幾何特性進(jìn)行歸納總結(jié),提出相應(yīng)的簡(jiǎn)化方法以減少不必要的求交運(yùn)算。

        拓?fù)涿娴慕朴行?shù)域 R′v,對(duì)其邊界線上任意一個(gè)凹頂點(diǎn) pr,并以 pr為端點(diǎn)引出兩條射線和,且有和分別垂直于以pr為頂點(diǎn)的兩條邊。現(xiàn)假設(shè)兩條射線構(gòu)成夾角區(qū)域的邊界位于無窮遠(yuǎn)處,將此夾角區(qū)域稱為點(diǎn)pr的有效瓶頸線區(qū),以R表示。即對(duì)于與點(diǎn)pr關(guān)聯(lián)的所有瓶頸線,若瓶頸線在此區(qū)域內(nèi),則是有效的;否則視為無效。由此,對(duì)于不在有效瓶頸線區(qū)內(nèi)的其他凹頂點(diǎn)或邊界線,則無需計(jì)算其與點(diǎn)pr之間的瓶頸線。

        如圖7所示為凹頂點(diǎn)pr的有效瓶頸線區(qū)R(淺灰色矩形區(qū)),其中有效參數(shù)域的邊界線e1、e2均部分位于有效瓶頸線區(qū)R內(nèi),則與點(diǎn)pr關(guān)聯(lián)的有效瓶頸線為點(diǎn)pr到邊界線e1、e2之間的距離線段,而無需計(jì)算其他瓶頸線。

        圖7 點(diǎn)pr處的有效瓶頸線區(qū)

        在得到點(diǎn)pr的所有有效瓶頸線后,對(duì)于相交且交點(diǎn)不是pr的瓶頸線,需刪除多余并僅保留距離最短的瓶頸線。圖8中的虛線為此近似有效參數(shù)域的瓶頸線計(jì)算結(jié)果。

        圖8 瓶頸線計(jì)算結(jié)果

        參數(shù)域多邊形上的凹頂點(diǎn)和瓶頸線是決定多邊形形狀、狹窄區(qū)域的關(guān)鍵元素。但并非所有的凹頂點(diǎn)和瓶頸線所關(guān)聯(lián)的狹窄區(qū)域均有效,通過分析各凹頂點(diǎn)所在邊界的鄰接關(guān)系,制定相應(yīng)的規(guī)則以構(gòu)造初始狹窄區(qū)域并進(jìn)行擴(kuò)展,最終將其映射到曲面上以驗(yàn)證此狹窄區(qū)域的有效性。

        規(guī)則 1. 凹頂點(diǎn)優(yōu)先規(guī)則。對(duì)近似有效參數(shù)域R′v中的任意邊界線,若其兩端點(diǎn)均為凹頂點(diǎn),則優(yōu)先以此類邊界線來構(gòu)造初始狹窄區(qū)域。

        規(guī)則 2. 相似瓶頸線規(guī)則。對(duì)近似有效參數(shù)域R′v中的優(yōu)先邊界線(兩端點(diǎn)均為凹頂點(diǎn)),若其至少有兩條瓶頸線的另一端點(diǎn)均在同一邊界線上或在具有切矢連續(xù)關(guān)系的不同邊界線上,則可以瓶頸線、邊界線來構(gòu)造初始狹窄區(qū)域。

        如圖9所示,參數(shù)域邊界線e1為優(yōu)先的邊界線,其瓶頸線為,且的另一端點(diǎn)pd1、pd2均在同一邊界線e2上(瓶頸線具有相似性),由此可構(gòu)造初始狹窄區(qū)域p1p2pd3pd2(淺灰色區(qū)域)。

        圖9 相似瓶頸線準(zhǔn)則

        規(guī)則 3. 區(qū)域合并規(guī)則。對(duì)于兩相鄰的初始狹窄區(qū)域(具有公共的瓶頸線),若其邊界線對(duì)應(yīng)的具有近似切矢連續(xù)關(guān)系,則可將此相鄰的初始狹窄區(qū)域進(jìn)行合并。

        如圖 10所示為初始狹窄區(qū)域合并示意圖。其中編號(hào)為 1~6的初始狹窄區(qū)域是間接或直接相鄰的,且除瓶頸線外的邊界線間對(duì)應(yīng)的具有近似切矢連續(xù)關(guān)系,根據(jù)規(guī)則3將其合并成一個(gè)狹窄區(qū)域。

        圖10 區(qū)域合并準(zhǔn)則

        得到參數(shù)域中的狹窄區(qū)域后,將其映射到原曲面上,可相應(yīng)的得到狹窄面域,計(jì)算此狹窄面域的寬度、長(zhǎng)度,并依據(jù)定義進(jìn)行判定。特殊的,當(dāng)參數(shù)域多邊形上無凹頂點(diǎn)、瓶頸線時(shí),則以整個(gè)有效參數(shù)域作為初始狹窄區(qū)域,并映射到曲面上進(jìn)行驗(yàn)證。

        3 算法與實(shí)例

        基于參數(shù)域邊界分析的窄面缺陷識(shí)別算法流程如圖11所示。

        圖11 基于參數(shù)域邊界分析的窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別算法

        步驟1. 輸入模型拓?fù)涿婕疐={fi},初始令i=1;

        步驟2. 獲取拓?fù)涿鎓i的內(nèi)外環(huán)輪廓線,對(duì)其中曲線進(jìn)行離散,得內(nèi)外環(huán)輪廓線點(diǎn)集;

        步驟3. 分別將點(diǎn)集映射至參數(shù)域平面中,各點(diǎn)集內(nèi)依次連線以構(gòu)造近似有效參數(shù)域多邊形;

        步驟4. 參數(shù)域多邊形中頂點(diǎn)的凹凸性判定,若存在凹頂點(diǎn),轉(zhuǎn)入步驟5;否則,轉(zhuǎn)入步驟7;

        步驟5. 各凹頂點(diǎn)的有效瓶頸線區(qū)內(nèi)計(jì)算其所關(guān)聯(lián)的瓶頸線,并刪除相交無效的;

        步驟6. 以凹頂點(diǎn)及其瓶頸線為關(guān)鍵元素,依據(jù)準(zhǔn)則構(gòu)造初始狹窄區(qū)域并進(jìn)行擴(kuò)展;

        步驟7. 將參數(shù)域中狹窄區(qū)域映射至原曲面中,計(jì)算狹窄面域的長(zhǎng)度、寬度等,驗(yàn)證是否為窄面;

        步驟8. i++,判斷i>k(k為拓?fù)涿婵倲?shù))是否成立,若成立,則算法結(jié)束;否則轉(zhuǎn)入步驟2。

        該算法已在CATIA V5平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),并集成在“飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程系統(tǒng)”中,應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。圖12(a)所示為包含大量窄面缺陷的框類零件模型,該模型整體尺寸為 3520 mm×1980 mm ×65 mm,共包含2 028個(gè)拓?fù)涿?。測(cè)試在Windows 7系統(tǒng)上進(jìn)行,電腦配置為CPU 2.50 GHz,4.0 GB,采用所提算法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),算法運(yùn)行時(shí)間為95.328 s,得到窄面缺陷的識(shí)別結(jié)果如圖12(b)所示。在“結(jié)果顯示列表”中選擇某個(gè)缺陷,相應(yīng)的缺陷曲面即顯示為紅色,用于指引檢測(cè)人員快速定位缺陷的位置以便修復(fù);同時(shí),可點(diǎn)擊報(bào)告生成按鈕,生成相應(yīng)的缺陷檢測(cè)報(bào)告文件(.html格式)。

        圖12 窄面缺陷識(shí)別實(shí)例

        對(duì)所測(cè)實(shí)例的窄面缺陷識(shí)別結(jié)果,經(jīng)工廠工藝員逐一進(jìn)行人工校驗(yàn),確定識(shí)別結(jié)果正確且滿足工程需求。因此,本文所提出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件CAD模型窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別方法正確,運(yùn)行效率高,相比人工肉眼檢測(cè),節(jié)約了大量時(shí)間,大大減輕了工藝員工作量。

        4 結(jié) 論

        為識(shí)別飛機(jī)結(jié)構(gòu)件CAD數(shù)模中的窄面缺陷,提出了基于參數(shù)域邊界分析的窄面缺陷自動(dòng)識(shí)別算法。對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中常見的窄面缺陷進(jìn)行了分類并給出了明確定義,借鑒經(jīng)典的平面有界連通域最小通道求解的思想實(shí)現(xiàn)了窄面缺陷的自動(dòng)識(shí)別。由于參數(shù)域內(nèi)的線段長(zhǎng)度之比并不嚴(yán)格等于曲面上對(duì)應(yīng)的參數(shù)線段弧長(zhǎng)之比,本算法僅局限于對(duì)uv方向參數(shù)化方法一致且光滑均勻的曲面有較好的窄面缺陷識(shí)別效果;另外所述算法采用離散點(diǎn)集表示曲線,若曲面邊界輪廓線均為復(fù)雜曲線,則算法效率較低。因此,下一步將考慮提高算法計(jì)算效率。

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        An Automatic Narrow Face Error Detection Technique for Aircraft Structural CAD Model

        Zhou Min1, Zheng Guolei1, Chen Shulin2

        (1. School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijng 100191, China; 2. Shenyang Aircraft Industry (Group) Corporation Ltd, Shenyang Liaoning 110034, China)

        There are always narrow topological faces on the CAD model of aircraft structures, which is prone to lead a series of engineering operations to fail in the manufacturing process of part. To solve this problem, an automatic narrow face error detection technique for CAD model based on the analysis of parameter district boundaries is proposed. First, the common narrow faces of aircraft structural CAD model are depicted and classified. And, based on the geometrical characteristics and the engineering requirements, the narrow face error is defined. Second, the effective parameter district of each topological face on the CAD model is computed. Third, the narrow district is constructed according to reflex points. After that, the length and the width are calculated to judge if the topological face is a narrow face error. Finally, the algorithm flow of this technique is given and implemented. The experimental results are showed to prove that the presented method is both correct and effective.

        CAD model error; error detect; CAD model repair; aircraft structure; NC machining; narrow face error

        TP 391.7

        10.11996/JG.j.2095-302X.2016050648

        A

        2095-302X(2016)05-0648-07

        2016-03-31;定稿日期:2016-05-04

        中航工業(yè)產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)資金(cxy2013BH06)

        周 敏(1985?),女,四川崇州人,博士后。主要研究方向?yàn)镃AD/CAM、數(shù)字化制造、計(jì)算幾何。E-mail:zhoumin.buaa@139.com

        鄭國(guó)磊(1964–),男,福建莆田人,教授,博士,博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)镃AD/CAM、夾具智能化設(shè)計(jì)和數(shù)字化裝配。

        E-mail:zhengguolei@buaa.edu.cn

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