專利名稱：面向工程分析的微小孔特征自動識別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，尤其適用于有 限元網(wǎng)格生成的前處理階段。
技術背景本發(fā)明涉及的研究內容在國內外是研究熱點，人們在這方面做了大量的工作。其中最具代表的是Xiuzhi Qu提出的圓孔特征識別方法中，通過對模型零件 中每條邊進行尖邊判別，尋找出封閉環(huán)，從而識別出孔特征。但該方法僅適用 于圓孔特征識別，且只適用于STL模型中的鉆孔的識別。由Nikhil Joshi等提出的自由曲面模型簡化方法中提及到孔特征的識別， 該方法先尋找模型零件中的所有自由邊，通過這些自由邊組成封閉的環(huán)鏈，從 而找到對應的孔特征。但該方法中，通過封閉環(huán)判斷孔特征的過程仍不完善。鑒于本發(fā)明的目的在于提高有限元網(wǎng)格劃分質量，提高工程分析效率。因 此，本發(fā)明的孔特征自動識別方法，與上述方法相比，在孔特征類型的劃分、 識別條件的設定以及利用這些條件進行識別的方法上具有自己的獨特性。在此需要說明的是，本發(fā)明所識別的孔特征分為兩種類型， 一種為圓孔特 征； 一種為異型孔特征。將會在具體實施方案中詳細介紹。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種能更好的自動識別出影響工程分析效率的微小孔 特征的方法。本發(fā)明的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的一種面向工程分析的孔特征自動識別方法，包括在帶有VC++6. 0平臺的公知 計算機上裝入ACIS16開發(fā)軟件包的步驟和將模型轉換成以面為單元的集合體的步驟，其特征在于還包括以下步驟(1. l)基于條件匹配原則，對每個面單元進行孔特征搜索； (1.2)計算孔特征對應入口處內環(huán)周長，從中設定一閾值或自定義一閾值，將周長較大的孔特征排除在外，將滿足條件的孔特征著色，并放入列表中。 所述的步驟(1.1)包括以下步驟(2. l)判斷面單元的方向數(shù)為單向； (2. 2)判斷面單元存在環(huán)數(shù)不小于2; (2. 3)判斷環(huán)的類型為內環(huán)； (2. 4)判斷所有內環(huán)邊為凸邊；(2. 5)判斷內環(huán)邊對應的所有支持面構成一個孔特征。 所述的步驟(2. 5)內環(huán)邊對應的所有支持面構成孔特征的判斷，對工 程中常見的孔特征出入口處進行圓角或倒角操作的情況，采用向下搜尋的方法， 以便識別出完整孔的特征。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的優(yōu)點主要表現(xiàn)在能夠較好的識別出工程中常 見的兩類孔特征，以及對工程中常見的孔特征出入口處進行圓角或倒角操作的 情況，采用向下搜尋的方法，識別出完整的孔特征；并采用根據(jù)孔特征對應入 口處內環(huán)周長長度為孔特征設定閾值的方法，從而更好的自動識別出影響工程 分析效率的微小孔特征。


本發(fā)明有附圖14幅，其中 圖l為孔特征識別流程圖。圖2為一個CAD幾何模型的軸測投影圖。 圖3為一個多維度形體軸測圖。 圖4為判斷模型面中環(huán)類型的示意圖。 圖5為判斷邊凸凹性的示意圖。圖6為判斷內環(huán)邊對應的所有支持面構成一個孔特征的不意圖。 圖7為工程中常見的出入口處進行圓角或倒角操作的圓孔特征局部示意圖。 圖8為為圖7的I部區(qū)域放大后示意圖。圖9為工程中常見的出入口處進行圓角或倒角操作的異型孔特征局部示意圖。圖10為圖9的II部區(qū)域放大后示意圖。 圖11為圖9的另一角度示意圖。圖12為圖2中模型在沒有對應入口處內環(huán)周長閾值設定情況下的孔特征識別 示意圖。圖13為圖2中模型在設定對應入口處內環(huán)周長閾值情況下的孔特征識別示意圖。圖14為本發(fā)明的功能模塊框圖。
具體實施方式
如圖1一圖14所示。 一種面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，包括在 帶有￥0++6. 0平臺的公知計算機上裝入ACIS16開發(fā)軟件包的步驟和將模型轉換 成以面為單元的集合體的步驟，其特征在于還包括以下步驟(1.1) 基于條件匹配原則，對每個面單元進行孔特征搜索；(1.2) 計算孔特征對應入口處內環(huán)周長，從中設定一閾值或自定義一閾值， 將周長較大的孔特征排除在外，將滿足條件的孔特征著色，并放入列表中。下面結合附圖，對其工藝過程進行具體描述本發(fā)明利用ACIS16開發(fā)包，在乂0++ 6.0開發(fā)環(huán)境中實現(xiàn)，并通過H00PS圖形 系統(tǒng)，驗證三維模型微小孔特征自動識別方法的實現(xiàn)效果。為方便說明，以下 描述中面單元將簡稱為面。圖l為孔特征識別流程圖。根據(jù)圖l，先將模型轉換成以面為單元的集合體； 判斷面的方向數(shù)為單向；判斷面中存在環(huán)數(shù)不小于2;判斷環(huán)的類型為內環(huán)；判 斷所有內環(huán)邊為凸邊；判斷內環(huán)邊對應的所有支持面構成一個孔特征；和通過 設定的閾值，將較大的孔特征排除在外，將滿足條件的孔特征著色，并放入一 列表中。圖2為導入的CAD模型，利用ACIS提供的api函數(shù)即i—get—faces將模型BODY轉 化為面FACE的列表，然后對每個面進行孔特征搜索。圖3為一個多維度形體，其中fl邊含有四個有向邊，其中兩個有向邊位于一 個雙向外部面上，也就是圖中懸面F。對于一個非二邊流形體或多維度模型來說， 一個邊可以連接到任意數(shù)量的面 上，同時，面本身可能是內部面、外部面或者是單向面、雙向面。這就造成模 型數(shù)據(jù)結構的復雜性。所以對于本發(fā)明，首先利用FACE類中的sides函數(shù)求得此 面的方向數(shù)，如果此方向數(shù)為SINGLE—SIDED，說明此面為單向面，然后進行后續(xù)處理，否則此面不在識別范圍內。圖4說明模型面中環(huán)的類型判斷方法。首先，由ap^get一loops函數(shù)求得面Fl 中的所有環(huán)L1、 L2和L3 (不少于2個)，通過api一loop—type函數(shù)得到每個環(huán)的類 型變量(loop—type),如果等于loopJiole，說明此環(huán)為內環(huán)。如圖所示，Ll、 L2 為面F1的內環(huán)，L3為外環(huán)。圖5說明邊凸凹性的判斷方法。以圖4中模型為例，已判斷L1、 L2為面F1的內 環(huán)，由ap;Lget—edges函數(shù)可求得內環(huán)上所有邊EDGE的列表，圖5中內環(huán)L1、 L2 只包含一條邊，分別為el、 e2，由compute—ed—cvty—info函數(shù)獲得邊的凹凸信 息，再由ed—cvty—info類的instantiate函數(shù)對邊的凹凸特征進行分類，最后由 cvty類的convex函數(shù)判斷此邊是否為凸邊。經(jīng)驗證，圖中e2邊為凸邊，el邊為 凹邊。所以e2對應支持面F3構成孔特征，el對應支持面F2不構成孔特征，內環(huán) 邊對應支持面如何構成孔特征將在圖6中詳細介紹。值得注意的是，e2單邊構成一環(huán)，所以其對應支持面F3構成圓孔特征。圖6說明判斷內環(huán)邊對應的所有支持面構成一個孔特征。由上述圖4中判斷方 法，可判斷圖6中，L1為面F的內環(huán)，el、 e2、 e3、 e4為其內環(huán)邊，根據(jù)圖5中邊 的凸凹性判斷方法，可知el、 e2、 e3、 e4都為凸邊，通過EDGE類的coedge函數(shù)， 以及COEDGE類的partner函數(shù)求得這些邊在其支持面中的COEDGE類變量，再通過 C0EDGE類的owner函數(shù)以及L00P類的face函數(shù)，從而找到這些凸邊的支持面，分 別為F1、 F2、 F3、 F4(圖中劃線陰影部分)，由這些支持面構成一個孔特征。如 果在內環(huán)邊凸凹性判斷過程中，發(fā)現(xiàn)凹邊，那么得到的所有內環(huán)邊支持面將不 構成一個孔特征。值得注意的是，el、 e2、 e3、 e4多邊構成一環(huán)，所以其對應支持面F1、 F2、 F3、 F4構成異型孔特征。圖7 、 8說明如何采用向下搜尋的方法對工程中常見的出入口處進行圓角或倒 角操作的圓孔特征進行識別，其中圖8為圖7的I部區(qū)域放大圖。如圖8所示，面 F(圖中劃線陰影部分)如根據(jù)上述圖4、 5、 6中的孔特征識別方法，可判別出L1 為內環(huán)邊，el為凸性內環(huán)邊，從而得到其支持面F1為一孔特征的錯誤結論。實 際上F1面僅為孔特征的一部分，應采用向下搜尋的方法加以處理。首先，將已識別部分孔特征F1作為基面，內環(huán)邊el作為基邊，尋找el對應邊，判斷el對應邊的對應支持面是否為部分孔特征。可利用api—get—edges函數(shù)得到 Fl面的所有邊，通過curve類的type函數(shù)對每條邊的類型進行判斷，非內環(huán)邊el、 且類型為ellipsejype的邊即為el對應邊，圖中e2便是；再通過EDGE類的coedge 函數(shù)，COEDGE類的partner和owner函數(shù)，以及L00P類的face函數(shù)得到e2邊的對 應支持面F2;由surface類type函數(shù)對F2的類型進行判斷，再由api—loop—type 對e2邊所在環(huán)進行類型判斷，可得出，支持面F2為cone一type類型，且e2所在環(huán) L2為非內環(huán)類型，所以面F2也為孔特征的一部分。然后，將己識別部分孔特征F2作為基面，e2邊作為基邊，尋找e2對應邊，判 斷e2對應邊的對應支持面是否為孔特征的一部分。根據(jù)上述向下搜尋方法，可 找到e3為e2對應邊，對應支持面為F3，經(jīng)類型判斷F3面為plane—type類型，所 以面F3并非孔的一部分。所以圖中F1面、F2面構成一個孔特征。值得注意的是，如果F3面經(jīng)判斷仍為cone—type類型，且e3邊所在環(huán)L3為非 內環(huán)，面F3便也為孔特征的一部分。那么將已識別部分孔特征F3作為基面，e3 邊作為基邊，繼續(xù)向下搜尋。如此循環(huán)反復，直到找不到基邊的對應邊，或對 應邊支持面為非coneJ:ype類型，或對應邊所在環(huán)為內環(huán)類型。圖9、 10、 ll說明如何采用向下搜尋的方法對工程中常見的出入口處進行圓 角或倒角操作的異型孔特征進行識別。其中圖10為圖9的II部區(qū)域放大圖，圖ll 為圖9的另一角度示意圖。圖9中面F如根據(jù)上述圖4、 5、 6中孔特征識別方法， 如圖10所示，可判別出L為內環(huán)邊，el、 e2、 e3、 e4為凸性內環(huán)邊，從而得到其 支持面F1、 F2、 F3、 F4構成一孔特征的錯誤結論。實際上F1、 F2、 F3、 F4面僅 為孔特征的一部分，應采用向下搜尋的方法加以處理。如圖10所示，首先，將己識別的部分孔特征F1、 F2、 F3、 F4作為基環(huán)面，判 斷其對應順接面?zhèn)€數(shù)是否與基環(huán)面?zhèn)€數(shù)相等，從而判斷順接面是否為孔特征的 一部分。先利用ENTITY—LIST類的add函數(shù)，將判別面F及已識別部分孔特征F1、 F2、 F3、 F4存入一列表wholeJiole—list中，然后求基環(huán)面中每個面的對應順接 面。例如F1面，先可利用api—get—edges函數(shù)得到Fl面的所有邊，分別為el、 e5、 el， 、 e6;再通過EDGE類的coedge函數(shù)，COEDGE類的partner和owner函數(shù)，以 及L00P類的face函數(shù)得到每條邊的對應支持面，分別為F、 F2、 Fl' 、 F4;再利 用ENTITYJJST類的lookup函數(shù)判斷這些支持面是否在列表whole—hole—list中存在，經(jīng)檢驗只有F1，面不在，即F1，為F1面的對應順接面。同理可得，F(xiàn)2'為 F2面的對應順接面，F(xiàn)3'為F3面的對應順接面，F(xiàn)4'為F4面的對應順接面。由此可知，基環(huán)面?zhèn)€數(shù)與對應順接面?zhèn)€數(shù)相等，所以，對應順接面F1'、 F2， 、 F3' 、 F4'為孔特征的一部分，并利用ENTITY丄IST類的add函數(shù)，將 它們存入列表whole—hole—list中。然后，將已識別部分孔特征F1， 、 F2， 、 F3' 、 F4'作為基環(huán)面，判斷 其對應順接面?zhèn)€數(shù)是否與基環(huán)面?zhèn)€數(shù)相等，從而判斷順接面是否為孔特征的一 部分。由上述方法，同理可證圖11中F1， ， 、 F2， ， 、 F3， ， 、 F4，，面為孔 特征的一部分，并利用ENTITY—LIST類的add函數(shù)，將它們存入列表 whole—hole—list中。繼續(xù)將部分孔特征F1， ， 、 F2' ， 、 F3' ， 、 F4'，作為基環(huán)面，由上述尋 找基環(huán)面對應順接面方法，僅求得唯一對應順接面F'，如圖11所示，即基環(huán)面 個數(shù)與對應順接面?zhèn)€數(shù)不相等，所以F面并非孔特征的一部分。值得注意的是，如果F1， ， 、 F2， ， 、 F3' ， 、 F4，，面?zhèn)€數(shù)與求得對應順 接面?zhèn)€數(shù)相等，則這些對應順接面便同為孔特征的一部分，并利用ENTITYJJST 類的add函數(shù)，將它們存入列表whole一holejist中。然后，將已識別的這些對 應順接面作為基環(huán)面，繼續(xù)向下搜尋。如此循環(huán)反復，直到求得的對應順接面 個數(shù)不等于基環(huán)面?zhèn)€數(shù)。圖12、圖13說明設定閾值前后，所識別的孔特征。這里將所有識別出的孔特 征對應入口處的內環(huán)周長存入一double型數(shù)組，對其從小到大進行排序，輸出 前6個數(shù)值，供用戶進行參考設定閾值，其默認值為倒數(shù)第5小的值。對于比設 定閾值大的孔特征將被排除在外。對照圖1可知，其中圖12是沒有設定閾值所識別出的孔特征(圖中灰色陰影部 分)，圖13為設定閾值后(這里是默認值)，所識別出的孔特征(圖中灰色陰影部 分)。
權利要求
1、一種面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，包括在帶有VC++6.0平臺的公知計算機上裝入ACIS16開發(fā)軟件包的步驟和將模型轉換成以面為單元的集合體的步驟，其特征在于還包括以下步驟(1.1)基于條件匹配原則，對每個面單元進行孔特征搜索；(1.2)計算孔特征對應入口處內環(huán)周長，從中設定一閾值或自定義一閾值，將周長較大的孔特征排除在外，將滿足條件的孔特征著色，并放入列表中。
2、 根據(jù)權利要求l所述的面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，其特 征在于所述的步驟(l. l)包括以下步驟(2. l)判斷面單元的方向數(shù)為單向； (2. 2)判斷面單元存在環(huán)數(shù)不小于2;(2. 3)判斷環(huán)的類型為內環(huán)； (2. 4)判斷所有內環(huán)邊為凸邊；(2. 5)判斷內環(huán)邊對應的所有支持面構成一個孔特征。
3、 根據(jù)權利要求2所述的面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，其特 征在于所述步驟(2. 5)所述的內環(huán)邊對應的所有支持面構成孔特征判斷過程中， 對于工程中常見的孔特征出入口處進行圓角或倒角操作的情況，采用向下搜尋 的方法，識別出完整的孔特征。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向工程分析的微小孔特征自動識別方法，適用于有限元網(wǎng)格生成的前處理階段。該方法包括在帶有VC++6.0平臺的公知計算機上裝入ACIS16開發(fā)軟件包的步驟將模型轉換成以面為單元的集合體的步驟，其特征在于還包括以下步驟基于條件匹配原則對每個面單元進行孔特征搜索、計算孔特征對應入口處內環(huán)周長，從中設定一閾值或自定義一閾值，將較大的孔特征排除在外，將滿足條件的孔特征著色，并放入列表中和最后保存模型文件的步驟。本發(fā)明可以很好的識別出兩類孔特征，由于采用了根據(jù)孔特征對應入口處內環(huán)周長為孔特征設定閾值的方法，從而能更好的自動識別出影響工程分析效率的微小孔特征。
文檔編號G06T19/00GK101276486SQ20081001103
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月14日 優(yōu)先權日2008年4月14日
發(fā)明者施殿波, 朱華偉, 李吉平, 剛 童, 夢 耿 申請人:大連工業(yè)大學