自由曲面測量點分布的規劃方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及零件加工制造檢測領域，具體涉及一種自由曲面測量點分布的規劃方 法。
【背景技術】
[0002] 自由曲面是指不能由初等解析函數或二次函數進行描述，而必須通過三次或更高 次函數進行描述才能得到的曲面。航空、航天等現代裝備制造業中涉及到大量的自由曲面 零件的檢測工作，所涉及到的零件造型復雜、加工精度要求高，對零件的精密檢測技術提出 了極高的要求。
[0003] 曲面檢測的實質是用一系列離散的采樣點提取曲面盡可能準確的實際形狀信息， 因此曲面測量點的數量及分布將直接決定檢測過程的精度和效率，需要運用一定的計算方 法進行科學地規劃。對于自由曲面進行等間距均勻采樣規劃是最為簡單易行的測量點規劃 方法，可以通過縮小或增大測量點間距從而在零件測量精度和效率之間取得平衡；但是等 間距采樣方法冰沒有考慮曲面不同位置的形狀特征，它在曲面的平順區域和復雜區域規劃 相同密度的測量點，這一方面可能使平順區域規劃過多的測量點從而降低曲面數字化的效 率，另一方面可能使復雜區域規劃過少的測量點從而降低曲面數字化的精度，因此這種測 點規劃方法不夠科學。
[0004] 實際上，曲面測量點的理想規劃方案應當是使測點分布的疏密跟隨曲面的形狀特 征而發生變化，即曲率越大測量點應越密集，反之亦然。然而自由曲面不同位置的形狀特征 分布非常復雜，曲面的曲率變化沒有明顯的規律，因此需要設計合理的數值計算方法，實現 基于其形狀特征自適應測點分布規劃。
【發明內容】
[0005] (一）要解決的技術問題
[0006] 本發明要解決的技術問題是：如何實現基于形狀特征自適應自由曲面測量點分布 規劃。
[0007] (二）技術方案
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種自由曲面測量點分布的規劃方法，包 括以下步驟：
[0009] S1、將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個四邊形區域，并存儲每個四邊形區域 頂點的三維坐標，M、N為正整數，初始化分割次數i為0 ;
[0010] S2、根據所述四邊形區域的四個頂點高度坐標和四邊形區域的中點高度坐標，確 定四邊形區域是否需要進一步分解；
[0011] S3、根據所述四邊形區域的四個頂點高度坐標和四邊形區域的中點高度坐標，確 定測量點集合。
[0012] 優選地，步驟S2具體為：
[0013] S21、設定分割誤差e。作為采樣參數，依次讀取每一個四邊形區域4個頂點的Z向 坐標ZV1、ZV2、ZV3、ZV4，并得到四邊形中點的Z向坐標ZM，定義tM= (ZVi+ZVjZVfZVj/4， 定義t=IZM-Z^M| ;
[0014] S22、將每個四邊形區域的t值與e。進行比較，如果全部四邊形區域的t值都滿足 e。，則表明采樣條件滿足，執行步驟S3 ;如果有任意四邊形區域的t>e。，則將整個自由 曲面在該四邊形區域進一步分割，得到（2M-1)X(2N-1)個四邊形區域，將分割次數i加1， 返回步驟S21。
[0015]優選地，步驟S3具體為：
[0016] S31、預設細分誤差E1作為濾波參數，所述濾波參數e1表示區域分割的疏密程 度，讀取第i次分割后的每個四邊形區域4個頂點Z向坐標ZV/'ZV2(1)、ZV3(1)、ZV4(1)及其 中點z向坐標z'（1)m，定義z'（1?= (zv/n+zv/kzv^+zv?1))/^，并得到參數t(1)= |Z(1) M_Z'（1)M|，將t'與￡1進行比較，如果存在四邊形區域的t(1)<ei，則將該四邊形區域形 狀信息過濾，刪除該四邊形區域本次分割的中點Z向坐標Z(1)M;如果該四邊形區域的t(1)> ei，則該四邊形區域形狀信息被保留，儲存該四邊形區域本次分割的中點Z向坐標Z(1)M;直 到第i次分割的所有四邊形區域都完成判定；然后進行第i_l次分割后各四邊形區域的判 定，直到完成第1次分割前，MXN多個四邊形區域的判定；
[0017] S32、輸出所有儲存的中點Z向坐標信息，形成測量點集合。
[0018] (三）有益效果
[0019] 本發明通過設計合理的數值計算方法，并提出了合理的自由曲面局部形狀特征的 判定參數和判定方法，不但能夠達成自適應地根據曲面的局部特性來調整測量點的疏密， 實現基于形狀特征自適應自由曲面測量點分布規劃，而且自由曲面在處理過程中保持一致 的四邊形拓撲結構，這樣有利于實現曲面后續依據測量點數據的重構過程。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明實施例的方法流程圖；
[0021] 圖2為本發明實施例的方法中判定參數幾何含義示意圖；
[0022] 圖3為采用B樣條及貝塞爾造型方法獲得的自由曲面規劃得到測點的實例圖。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的
【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0024] 如圖1所示，本發明實施例提供了一種自由曲面測量點分布的規劃方法，包括以 下步驟：
[0025] S1、將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個矩形區域（此矩形區域為第1層矩形 區域），并存儲每個矩形區域頂點的三維坐標，M、N為正整數，初始化分割次數i為0 ;
[0026] S2、根據所述矩形區域的四個頂點高度坐標和矩形區域的中點高度坐標，確定矩 形區域是否需要進一步分解，具體步驟包括：
[0027] S21、設定分割誤差e。作為采樣參數，決定了分割區域的大面數量，依次讀取每 一個矩形區域4個頂點的Z向坐標ZVpZV2、ZV3、ZV4，并得到矩形中點的Z向坐標ZM，定義 Z，M= (ZVi+ZVZVZVj/4,定義t=IZMTMI'M及t的具體幾何含義如下圖2所 示，圖2中的"矩形區域"為對圖2中的"自由曲面部分"分割得到的對應的矩形，分割的過 程將曲面近似為矩形；
[0028] S22、將每個矩形區域的t值與e。進行比較，如果全部矩形區域的t值都滿足 t<e。，則表明采樣條件滿足，執行步驟S3 ;如果有任意矩形區域的t>e。，則將整個自由曲 面在該矩形區域進一步分割，得到（2M-1)X(2N-1)個矩形區域，將分割次數i加1，返回步 驟S21。至此完成了自由曲面的"采樣"階段。
[0029] S3、根據所述矩形區域的四個頂點高度坐標和矩形區域的中點高度坐標，確定測 量點集合。步驟S3具體為：
[0030] S31、預設細分誤差E1作為濾波參數，所述濾波參數e1表示區域分割的疏密程 度，讀取第i次分割后的每個矩形區域4個頂點Z向坐標ZV1(1)、ZV2(1)、ZV3(1)、ZV4(1)及其中點 Z向坐標Z' ⑴M，定義Z'(1)M= (ZVf+ZVf+ZV^+ZV,))/4,并得到參數t⑴=IZ(1)M-Z' ⑴ M|，將1與E1進行比較，如果存在矩形區域的t(1)<ei，則將該矩形區域形狀信息過濾， 刪除該矩形區域本次分割的中點Z向坐標Z(1)M;如果該矩形區域的t(1)<ei，則該矩形區 域形狀信息被保留，儲存該矩形區域本次分割的中點Z向坐標Z(1)M;直到第i次分割的所有 矩形區域都完成判定；然后按照上述方式進行第i-1次分割后各矩形區域的判定，再判定 第i-2次分割后的各矩形區域的判定，…，按此規律反向地依次判定，直到完成步驟S2第 1次分割前，步驟Sl分解得到的第1層的MXN多個矩形區域的判定；此過程為曲面的"濾 波階段"。
[0031] S32、輸出所有儲存的中點Z向坐標信息，形成測量點集合。
[0032] 圖3為采用B樣條及貝塞爾造型方法獲得的自由曲面規劃得到測點的實例圖。
[0033] 由以上實施例可以看出，本發明通過設計合理的數值計算方法，并提出了合理的 自由曲面局部形狀特征的判定參數和判定方法，不但能夠達成自適應地根據曲面的局部特 性來調整測量點的疏密，實現基于形狀特征自適應自由曲面測量點分布規劃，而且自由曲 面在處理過程中保持一致的四邊形拓撲結構，這樣有利于實現曲面后續依據測量點數據的 重構過程。
[0034] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形 也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種自由曲面測量點分布的規劃方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個四邊形區域，并存儲每個四邊形區域頂點 的三維坐標，M、N為正整數，初始化分割次數i為O ; 52、 根據所述四邊形區域的四個頂點高度坐標和四邊形區域的中點高度坐標，確定四 邊形區域是否需要進一步分解； 53、 根據所述四邊形區域的四個頂點高度坐標和四邊形區域的中點高度坐標，確定測 量點集合。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2具體為： 521、 設定分割誤差ε。作為采樣參數，依次讀取每一個四邊形區域4個頂點的Z向坐 標ZV^ ZV2、ZV3、ZV4，并得到四邊形中點的Z向坐標ΖΜ，定義Z' M = (ZVi+ZVjZVfZVj /4， 定義 t = I ZM-Z' m| ; 522、 將每個四邊形區域的t值與ε。進行比較，如果全部四邊形區域的t值都滿足 ε。，則表明采樣條件滿足，執行步驟S3 ;如果有任意四邊形區域的t> ε。，則將整個自由 曲面在該四邊形區域進一步分割，得到（2Μ-1) X (2Ν-1)個四邊形區域，將分割次數i加1， 返回步驟S21。3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S3具體為： 531、 預設細分誤差￡l作為濾波參數，所述濾波參數ε 1表示區域分割的疏密程度， 讀取第i次分割后的每個四邊形區域4個頂點Z向坐標及其中點Z向坐標Z'（1)M，定義，并得到參數t(1) = Z(1)M_Z'（1)M|，將t(1)與ε 1進行比較，如果存在四邊形區域的t(1)< ε i，則將該四邊形區 域形狀信息過濾，刪除該四邊形區域本次分割的中點Z向坐標Z(1)M ;如果該四邊形區域的 t(1)< ε i，則該四邊形區域形狀信息被保留，儲存該四邊形區域本次分割的中點Z向坐標 Z(1)M ;直到第i次分割的所有四邊形區域都完成判定；然后進行第i-Ι次分割后各四邊形區 域的判定，直到完成第1次分割前，MXN多個四邊形區域的判定； 532、 輸出所有儲存的中點Z向坐標信息，形成測量點集合。
【專利摘要】本發明涉及一種自由曲面測量點分布的規劃方法，屬于零件加工制造檢測領域。本發明通過設計合理的數值計算方法，并提出了合理的自由曲面局部形狀特征的判定參數和判定方法，不但能夠達成自適應地根據曲面的局部特性來調整測量點的疏密，實現基于形狀特征自適應自由曲面測量點分布規劃，而且自由曲面在處理過程中保持一致的四邊形拓撲結構，這樣有利于實現曲面后續依據測量點數據的重構過程。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105069312
【申請號】CN201510523476
【發明人】劉濤, 李昂, 樊喜剛, 劉英智
【申請人】北京星航機電裝備有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月24日