一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料，特別涉及一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法。按以下步驟進行：區(qū)域優(yōu)化一點集合并一點集優(yōu)化一擬合優(yōu)化一逆向優(yōu)化。一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，減少點集，減小其儲存量，方便編輯或轉(zhuǎn)移；將點擬合成線，方便測量和調(diào)整；符合其誤差范圍，卷制后曲型規(guī)格合格。
【專利說明】-種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料，特別涉及一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 大型不規(guī)則曲面的卷型，想要獲得預(yù)期的尺寸規(guī)格，下料編排是必要工序之一，不 規(guī)則曲面因其尺寸規(guī)格，整體誤差大，且不能用傳統(tǒng)的曲面展開公式展開下料。遂用三維軟 件建模進行分區(qū)域分塊優(yōu)化。其展開平面因點集過多而儲存量巨大，在二維軟件和下料排 版中編輯較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，需要優(yōu)化曲面下料方式，方便編輯及 測量，卷制出符合尺寸規(guī)格曲面的一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法。
[0004] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的： 一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，按以下步驟進行： (1) 、區(qū)域優(yōu)化： 采用三維軟件UG建立曲面的三維模型，在UG中曲面展開是將曲面以網(wǎng)格化，即將復(fù) 雜曲面分割成若干個塊狀區(qū)域，每一區(qū)域為方塊直紋面，則展開準(zhǔn)確率與區(qū)域面積和方塊 直紋面積成反比； 故區(qū)域化曲面，分成4-8塊，然后按曲面網(wǎng)格分割法對每塊區(qū)域進行展開，依次選取最 長的一邊輪廓線及法向垂線為片層主次展開軸，以此為展開軸進行方塊的鋪成，柵格輸入 值取5-10之間，每個區(qū)域分為1000-5000網(wǎng)格，通過網(wǎng)格映射形成二維展開平面圖樣，以 正向?qū)С龈鲄^(qū)域的二維展開圖樣； (2) 、點集合并： 展開的平面圖樣邊界為點的集合； 將三維展開時的展開主軸為拼合基準(zhǔn)，次軸為拼接合縫處，拼接分散區(qū)域為一整體，形 成理論上曲面的整體展開圖樣； 當(dāng)大型工件尺寸大時，合成曲線中的點集數(shù)量大，大大減低了曲線編輯的可操作性，甚 至難以編輯，故拼合前將點集離散，按一定的間隔數(shù)取點，比例數(shù)為1/3-1/5,以最外側(cè)點為 基準(zhǔn)，減量內(nèi)側(cè)離散的點，減少點集，以完成點集的拼合； (3) 、點集優(yōu)化： 拼合后的平面圖樣，在接縫處出現(xiàn)高低落差，因曲面的不規(guī)則性，在區(qū)域化曲面時，分 塊曲面形狀面積都不相同； 因展開時，選取的起始點在各區(qū)域曲面內(nèi)，盡管展開時選取的參數(shù)相同，從起始點鋪設(shè) 的網(wǎng)格數(shù)量和排列形狀不相同； 造成同一邊界的展開用網(wǎng)格數(shù)量不同，展開后的長度出現(xiàn)落差； 為確保組合后各邊界之間的接縫過渡，形成整體的光滑曲線，再次進行點的優(yōu)化，按比 例挑選其中點集，選取的點形成初步新的點集；其余的點集保留將在逆向擬合中發(fā)揮作用； 此新點集點的數(shù)量明顯小于之前的點集；圖形文件減小，便于靈活的編輯操作和轉(zhuǎn)移；因 下料展開，鋼板下料單邊留有50-100mm的余量；在點集優(yōu)化時，接縫處選取較高點,這樣選 取的點在后續(xù)的擬合中可覆蓋展開圖樣最大區(qū)域，以免出現(xiàn)下料不足的現(xiàn)象；選取后的最 終點數(shù)量單邊為5-10個； (4) 、擬合優(yōu)化： 通過以上步驟確定選點后： 留拼接圖樣的最在側(cè)邊界為整體展開的邊界，刪除中間的拼接合縫線； 在autoCAD中將點擬合成曲線，使區(qū)域塊之間平滑過渡；形成整體可供下料的曲面展 開圖形；點集所形成的圖樣無測量性； (5) 、逆向優(yōu)化： 量取擬合后的圖形參數(shù)，將展開平面的面積和各邊界曲線長度參數(shù)與三維曲面測量所 得的邊界曲線長度和面積進行對比，按保積、等距的方法，后續(xù)優(yōu)化取點，再次對照測量數(shù) 據(jù)調(diào)整每邊界的點的選取，再進行點的優(yōu)化和曲線的擬合； 最終得到平面和三維邊界曲線長度差不超過2mm，相差在0. 2%。內(nèi)，面積相差在％。0. 6 之內(nèi)，得到最優(yōu)后的下料圖形，滿足生產(chǎn)工藝要求； 優(yōu)化后的展開圖，由CAD輸出，進入排料軟件fastCAM編輯，進行下料編排，因大型焊接 工件且考慮到裝焊及開坡口，可不留余量，直接進行后續(xù)操作，在裝焊時按現(xiàn)場進行曲率的 微度調(diào)整。
[0005] 主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：1.規(guī)律取點，減少點集；2.擬合點集，曲 線過渡；3.參數(shù)對比，優(yōu)化擬合。
[0006] 大型曲面的制造，其曲面造型斷口非圓非橢圓形狀，乃為不規(guī)則的點坐標(biāo)，無法用 傳統(tǒng)的工程公式展開成平面，供車間下料生產(chǎn)。故采用三維造型分區(qū)域展開方式，因其尺寸 規(guī)格較大，展開的平面為大容量的點集。在將點集導(dǎo)入到二維軟件后，無法對其進行長度等 指標(biāo)的測量。若將點集導(dǎo)入到下料排版軟件后亦因點集儲存量大而無法對其進行編輯排 料。
[0007] 故經(jīng)過反復(fù)推敲實踐，采用將點集刪減的方式，按規(guī)則逐個取出點，刪減到在一般 的下料排版軟件中可編輯狀態(tài)，解決點集龐大的問題，在將點轉(zhuǎn)化為曲線，采用擬合方式， 將點集圖形轉(zhuǎn)為可測量狀態(tài)。根據(jù)原來的點集的規(guī)則，調(diào)整取點和曲線的曲率，將其接近到 原圖形。
[0008] 因此，本發(fā)明提供的一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，減少點集，減小其儲存量， 方便編輯或轉(zhuǎn)移；將點擬合成線，方便測量和調(diào)整；符合其誤差范圍，卷制后曲型規(guī)格合 格。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明中正向?qū)С雒繅K區(qū)域展開示意圖； 圖2是本發(fā)明中點集拼合的展開示意圖； 圖3是本發(fā)明中點集優(yōu)化及曲線擬合的展開示意圖； 圖4是本發(fā)明中擬合優(yōu)化的展開示意圖。

【具體實施方式】
[0010] 下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0011] 實施例1 :如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，按以下 步驟進行： (1) 、區(qū)域優(yōu)化： 采用三維軟件UG建立曲面的三維模型，在UG中曲面展開是將曲面以網(wǎng)格化，即將復(fù) 雜曲面分割成若干個塊狀區(qū)域，每一區(qū)域為方塊直紋面，則展開準(zhǔn)確率與區(qū)域面積和方塊 直紋面積成反比； 故區(qū)域化曲面，分成4塊，然后按曲面網(wǎng)格分割法對每塊區(qū)域進行展開，依次選取最長 的一邊輪廓線及法向垂線為片層主次展開軸，以此為展開軸進行方塊的鋪成，柵格輸入值 取5,每個區(qū)域分為1000網(wǎng)格，通過網(wǎng)格映射形成二維展開平面圖樣，以正向?qū)С龈鲄^(qū)域的 二維展開圖樣； (2) 、點集合并： 展開的平面圖樣邊界為點的集合； 將三維展開時的展開主軸為拼合基準(zhǔn)，次軸為拼接合縫處，拼接分散區(qū)域為一整體，形 成理論上曲面的整體展開圖樣； 當(dāng)大型工件尺寸大時，合成曲線中的點集數(shù)量大，大大減低了曲線編輯的可操作性，甚 至難以編輯，故拼合前將點集離散，按一定的間隔數(shù)取點，比例數(shù)為1/3,以最外側(cè)點為基 準(zhǔn)，減量內(nèi)側(cè)離散的點，減少點集，以完成點集的拼合； (3) 、點集優(yōu)化： 拼合后的平面圖樣，在接縫處出現(xiàn)高低落差，因曲面的不規(guī)則性，在區(qū)域化曲面時，分 塊曲面形狀面積都不相同； 因展開時，選取的起始點在各區(qū)域曲面內(nèi)，盡管展開時選取的參數(shù)相同，從起始點鋪設(shè) 的網(wǎng)格數(shù)量和排列形狀不相同； 造成同一邊界的展開用網(wǎng)格數(shù)量不同，展開后的長度出現(xiàn)落差； 為確保組合后各邊界之間的接縫過渡，形成整體的光滑曲線，再次進行點的優(yōu)化，按比 例挑選其中點集，選取的點形成初步新的點集；其余的點集保留將在逆向擬合中發(fā)揮作用； 此新點集點的數(shù)量明顯小于之前的點集；圖形文件減小，便于靈活的編輯操作和轉(zhuǎn)移；因 下料展開，鋼板下料單邊留有50mm的余量；在點集優(yōu)化時，接縫處選取較高點，這樣選取的 點在后續(xù)的擬合中可覆蓋展開圖樣最大區(qū)域，以免出現(xiàn)下料不足的現(xiàn)象；選取后的最終點 數(shù)量單邊為5個； (4) 、擬合優(yōu)化： 通過以上步驟確定選點后： 留拼接圖樣的最在側(cè)邊界為整體展開的邊界，刪除中間的拼接合縫線； 在autoCAD中將點擬合成曲線，使區(qū)域塊之間平滑過渡；形成整體可供下料的曲面展 開圖形；點集所形成的圖樣無測量性； (5) 、逆向優(yōu)化： 量取擬合后的圖形參數(shù)，將展開平面的面積和各邊界曲線長度參數(shù)與三維曲面測量所 得的邊界曲線長度和面積進行對比，按保積、等距的方法，后續(xù)優(yōu)化取點，再次對照測量數(shù) 據(jù)調(diào)整每邊界的點的選取，再進行點的優(yōu)化和曲線的擬合； 最終得到平面和三維邊界曲線長度差不超過2mm，相差在0. 2%。內(nèi)，面積相差在％。0. 6 之內(nèi)，得到最優(yōu)后的下料圖形，滿足生產(chǎn)工藝要求； 優(yōu)化后的展開圖，由CAD輸出，進入排料軟件fastCAM編輯，進行下料編排，因大型焊接 工件且考慮到裝焊及開坡口，可不留余量，直接進行后續(xù)操作，在裝焊時按現(xiàn)場進行曲率的 微度調(diào)整。
[0012] 實施例2 :-種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，按以下步驟進行： (1) 、區(qū)域優(yōu)化： 采用三維軟件UG建立曲面的三維模型，在UG中曲面展開是將曲面以網(wǎng)格化，即將復(fù) 雜曲面分割成若干個塊狀區(qū)域，每一區(qū)域為方塊直紋面，則展開準(zhǔn)確率與區(qū)域面積和方塊 直紋面積成反比； 故區(qū)域化曲面，分成6塊，然后按曲面網(wǎng)格分割法對每塊區(qū)域進行展開，依次選取最長 的一邊輪廓線及法向垂線為片層主次展開軸，以此為展開軸進行方塊的鋪成，柵格輸入值 取8,每個區(qū)域分為2000網(wǎng)格，通過網(wǎng)格映射形成二維展開平面圖樣，以正向?qū)С龈鲄^(qū)域的 二維展開圖樣； (2) 、點集合并： 展開的平面圖樣邊界為點的集合； 將三維展開時的展開主軸為拼合基準(zhǔn)，次軸為拼接合縫處，拼接分散區(qū)域為一整體，形 成理論上曲面的整體展開圖樣； 當(dāng)大型工件尺寸大時，合成曲線中的點集數(shù)量大，大大減低了曲線編輯的可操作性，甚 至難以編輯，故拼合前將點集離散，按一定的間隔數(shù)取點，比例數(shù)為1/4,以最外側(cè)點為基 準(zhǔn)，減量內(nèi)側(cè)離散的點，減少點集，以完成點集的拼合； (3) 、點集優(yōu)化： 拼合后的平面圖樣，在接縫處出現(xiàn)高低落差，因曲面的不規(guī)則性，在區(qū)域化曲面時，分 塊曲面形狀面積都不相同； 因展開時，選取的起始點在各區(qū)域曲面內(nèi)，盡管展開時選取的參數(shù)相同，從起始點鋪設(shè) 的網(wǎng)格數(shù)量和排列形狀不相同； 造成同一邊界的展開用網(wǎng)格數(shù)量不同，展開后的長度出現(xiàn)落差； 為確保組合后各邊界之間的接縫過渡，形成整體的光滑曲線，再次進行點的優(yōu)化，按比 例挑選其中點集，選取的點形成初步新的點集；其余的點集保留將在逆向擬合中發(fā)揮作用； 此新點集點的數(shù)量明顯小于之前的點集；圖形文件減小，便于靈活的編輯操作和轉(zhuǎn)移；因 下料展開，鋼板下料單邊留有80mm的余量；在點集優(yōu)化時，接縫處選取較高點，這樣選取的 點在后續(xù)的擬合中可覆蓋展開圖樣最大區(qū)域，以免出現(xiàn)下料不足的現(xiàn)象；選取后的最終點 數(shù)量單邊為8個； (4) 、擬合優(yōu)化： 通過以上步驟確定選點后： 留拼接圖樣的最在側(cè)邊界為整體展開的邊界，刪除中間的拼接合縫線； 在autoCAD中將點擬合成曲線，使區(qū)域塊之間平滑過渡；形成整體可供下料的曲面展 開圖形；點集所形成的圖樣無測量性； (5)、逆向優(yōu)化： 量取擬合后的圖形參數(shù)，將展開平面的面積和各邊界曲線長度參數(shù)與三維曲面測量所 得的邊界曲線長度和面積進行對比，按保積、等距的方法，后續(xù)優(yōu)化取點，再次對照測量數(shù) 據(jù)調(diào)整每邊界的點的選取，再進行點的優(yōu)化和曲線的擬合； 最終得到平面和三維邊界曲線長度差不超過2mm，相差在0. 2%。內(nèi)，面積相差在％。0. 6 之內(nèi)，得到最優(yōu)后的下料圖形，滿足生產(chǎn)工藝要求； 優(yōu)化后的展開圖，由CAD輸出，進入排料軟件fastCAM編輯，進行下料編排，因大型焊接 工件且考慮到裝焊及開坡口，可不留余量，直接進行后續(xù)操作，在裝焊時按現(xiàn)場進行曲率的 微度調(diào)整。
[0013] 實施例3 :-種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，按以下步驟進行： (1) 、區(qū)域優(yōu)化： 采用三維軟件UG建立曲面的三維模型，在UG中曲面展開是將曲面以網(wǎng)格化，即將復(fù) 雜曲面分割成若干個塊狀區(qū)域，每一區(qū)域為方塊直紋面，則展開準(zhǔn)確率與區(qū)域面積和方塊 直紋面積成反比； 故區(qū)域化曲面，分成8塊，然后按曲面網(wǎng)格分割法對每塊區(qū)域進行展開，依次選取最長 的一邊輪廓線及法向垂線為片層主次展開軸，以此為展開軸進行方塊的鋪成，柵格輸入值 取10,每個區(qū)域分為5000網(wǎng)格，通過網(wǎng)格映射形成二維展開平面圖樣，以正向?qū)С龈鲄^(qū)域 的二維展開圖樣； (2) 、點集合并： 展開的平面圖樣邊界為點的集合； 將三維展開時的展開主軸為拼合基準(zhǔn)，次軸為拼接合縫處，拼接分散區(qū)域為一整體，形 成理論上曲面的整體展開圖樣； 當(dāng)大型工件尺寸大時，合成曲線中的點集數(shù)量大，大大減低了曲線編輯的可操作性，甚 至難以編輯，故拼合前將點集離散，按一定的間隔數(shù)取點，比例數(shù)為1/5,以最外側(cè)點為基 準(zhǔn)，減量內(nèi)側(cè)離散的點，減少點集，以完成點集的拼合； (3) 、點集優(yōu)化： 拼合后的平面圖樣，在接縫處出現(xiàn)高低落差，因曲面的不規(guī)則性，在區(qū)域化曲面時，分 塊曲面形狀面積都不相同； 因展開時，選取的起始點在各區(qū)域曲面內(nèi)，盡管展開時選取的參數(shù)相同，從起始點鋪設(shè) 的網(wǎng)格數(shù)量和排列形狀不相同； 造成同一邊界的展開用網(wǎng)格數(shù)量不同，展開后的長度出現(xiàn)落差； 為確保組合后各邊界之間的接縫過渡，形成整體的光滑曲線，再次進行點的優(yōu)化，按比 例挑選其中點集，選取的點形成初步新的點集；其余的點集保留將在逆向擬合中發(fā)揮作用； 此新點集點的數(shù)量明顯小于之前的點集；圖形文件減小，便于靈活的編輯操作和轉(zhuǎn)移；因 下料展開，鋼板下料單邊留有50-100mm的余量；在點集優(yōu)化時，接縫處選取較高點,這樣選 取的點在后續(xù)的擬合中可覆蓋展開圖樣最大區(qū)域，以免出現(xiàn)下料不足的現(xiàn)象；選取后的最 終點數(shù)量單邊為10個； (4) 、擬合優(yōu)化： 通過以上步驟確定選點后： 留拼接圖樣的最在側(cè)邊界為整體展開的邊界，刪除中間的拼接合縫線； 在autoCAD中將點擬合成曲線，使區(qū)域塊之間平滑過渡；形成整體可供下料的曲面展 開圖形；點集所形成的圖樣無測量性； (5)、逆向優(yōu)化： 量取擬合后的圖形參數(shù)，將展開平面的面積和各邊界曲線長度參數(shù)與三維曲面測量所 得的邊界曲線長度和面積進行對比，按保積、等距的方法，后續(xù)優(yōu)化取點，再次對照測量數(shù) 據(jù)調(diào)整每邊界的點的選取，再進行點的優(yōu)化和曲線的擬合； 最終得到平面和三維邊界曲線長度差不超過2mm，相差在0. 2%。內(nèi)，面積相差在％。0. 6 之內(nèi)，得到最優(yōu)后的下料圖形，滿足生產(chǎn)工藝要求； 優(yōu)化后的展開圖，由CAD輸出，進入排料軟件fastCAM編輯，進行下料編排，因大型焊接 工件且考慮到裝焊及開坡口，可不留余量，直接進行后續(xù)操作，在裝焊時按現(xiàn)場進行曲率的 微度調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1. 一種不規(guī)則曲面優(yōu)化下料的方法，其特征在于按以下步驟進行： (1) 、區(qū)域優(yōu)化： 采用三維軟件UG建立曲面的三維模型，在UG中曲面展開是將曲面以網(wǎng)格化，即將復(fù) 雜曲面分割成若干個塊狀區(qū)域，每一區(qū)域為方塊直紋面，則展開準(zhǔn)確率與區(qū)域面積和方塊 直紋面積成反比； 故區(qū)域化曲面，分成4-8塊，然后按曲面網(wǎng)格分割法對每塊區(qū)域進行展開，依次選取最 長的一邊輪廓線及法向垂線為片層主次展開軸，以此為展開軸進行方塊的鋪成，柵格輸入 值取5-10,每個區(qū)域分為1000-5000網(wǎng)格，通過網(wǎng)格映射形成二維展開平面圖樣，以正向?qū)?出各區(qū)域的二維展開圖樣； (2) 、點集合并： 展開的平面圖樣邊界為點的集合； 將三維展開時的展開主軸為拼合基準(zhǔn)，次軸為拼接合縫處，拼接分散區(qū)域為一整體，形 成理論上曲面的整體展開圖樣； 當(dāng)大型工件尺寸大時，合成曲線中的點集數(shù)量大，大大減低了曲線編輯的可操作性，甚 至難以編輯，故拼合前將點集離散，按一定的間隔數(shù)取點，比例數(shù)為1/3-1/5,以最外側(cè)點為 基準(zhǔn)，減量內(nèi)側(cè)離散的點，減少點集，以完成點集的拼合； (3) 、點集優(yōu)化： 拼合后的平面圖樣，在接縫處出現(xiàn)高低落差，因曲面的不規(guī)則性，在區(qū)域化曲面時，分 塊曲面形狀面積都不相同； 因展開時，選取的起始點在各區(qū)域曲面內(nèi)，盡管展開時選取的參數(shù)相同，從起始點鋪設(shè) 的網(wǎng)格數(shù)量和排列形狀不相同； 造成同一邊界的展開用網(wǎng)格數(shù)量不同，展開后的長度出現(xiàn)落差； 為確保組合后各邊界之間的接縫過渡，形成整體的光滑曲線，再次進行點的優(yōu)化，按比 例挑選其中點集，選取的點形成初步新的點集；其余的點集保留將在逆向擬合中發(fā)揮作用； 此新點集點的數(shù)量明顯小于之前的點集；圖形文件減小，便于靈活的編輯操作和轉(zhuǎn)移；因 下料展開，鋼板下料單邊留有50-100mm的余量；在點集優(yōu)化時，接縫處選取較高點,這樣選 取的點在后續(xù)的擬合中可覆蓋展開圖樣最大區(qū)域，以免出現(xiàn)下料不足的現(xiàn)象；選取后的最 終點數(shù)量單邊為5-10個； (4) 、擬合優(yōu)化： 通過以上步驟確定選點后： 留拼接圖樣的最在側(cè)邊界為整體展開的邊界，刪除中間的拼接合縫線； 在autoCAD中將點擬合成曲線，使區(qū)域塊之間平滑過渡；形成整體可供下料的曲面展 開圖形；點集所形成的圖樣無測量性； (5) 、逆向優(yōu)化： 量取擬合后的圖形參數(shù)，將展開平面的面積和各邊界曲線長度參數(shù)與三維曲面測量所 得的邊界曲線長度和面積進行對比，按保積、等距的方法，后續(xù)優(yōu)化取點，再次對照測量數(shù) 據(jù)調(diào)整每邊界的點的選取，再進行點的優(yōu)化和曲線的擬合； 最終得到平面和三維邊界曲線長度差不超過2mm，相差在0. 2%。內(nèi)，面積相差在％。0. 6 之內(nèi)，得到最優(yōu)后的下料圖形，滿足生產(chǎn)工藝要求； 優(yōu)化后的展開圖，由CAD輸出，進入排料軟件fastCAM編輯，進行下料編排，因大型焊接 工件且考慮到裝焊及開坡口，可不留余量，直接進行后續(xù)操作，在裝焊時按現(xiàn)場進行曲率的 微度調(diào)整。
【文檔編號】G06F17/50GK104217078SQ201410443733
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】高莉, 高興松 申請人:杭州聯(lián)源重工機械有限公司