CN113253675B - 一种面向二维的三轴刀位点运算方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向二维的三轴刀位点运算方法及***，其中刀位点运算方法包括根据刀位点的二维坐标确定刀位点在模型对象上的位置，若判断得出刀位点处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内，则调用该目标区域与刀位点高度值之间映射关系确定刀位点的高度值；并将刀位点的高度值与刀位点的二维坐标相结合以输出刀位点的三维坐标。本发明在刀位点计算时可直接将目标区域所在平坦面的高度作为处于目标区域内的所有刀位点的高度值，将不处于目标区域内的刀位点依然采用原三角面片化的三维方式进行计算，对于处于平坦面目标区域内的刀位点可直接输出高度值，从而简化了刀位点的运算效率。

Description

一种面向二维的三轴刀位点运算方法及***

技术领域

本发明涉及三维模型数据处理领域，尤其涉及一种面向二维的三轴刀位点运算方法及***。

背景技术

目前在CAM三轴开发中，由于需要生成加工刀路，因此需要大量计算区域中各点的刀位点。所谓的刀位点是指编制程序和加工时，用于表示刀具特征的点，也是对刀点和加工的基准点，刀位点是指刀具上代表刀具位置的几何点，该点与刀具运动轨迹重合。

而目前计算刀位点的通用方法为对整个零件进行三角面片化或网格化处理，然后根据刀具形状以及众多三角面片或网格面片之间的关系求出刀位点。但是，单纯使用三角面片或网格面片的刀位点计算方法需要消耗大量时间才能完成，无法提高计算效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种面向二维的三维刀位点运算方法，可对处于平坦面的目标区域内的刀位点进行快速计算，提高运算效率。

本发明的目的之二在于提供一种面向二维的三维刀位点运算***。

本发明的目的之三在于提供一种电子设备。

本发明的目的之四在于提供一种存储介质。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种面向二维的三轴刀位点运算方法，包括：

根据刀位点的二维坐标确定刀位点在模型对象上的位置，若判断得出刀位点处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内，则调用该目标区域与刀位点高度值之间映射关系确定刀位点的高度值；并将刀位点的高度值与刀位点的二维坐标相结合以输出刀位点的三维坐标。

进一步地，确定所述模型对象上平坦面的目标区域的方法为：

遍历模型对象的每个模型表面，将满足预设条件的模型表面标记为平坦面，并将平坦面投影至XY投影平面中以获得第一投影区域；

沿平坦面所在高度对模型对象进行切割，并将切割后的模型表面投影至XY投影平面中以获得第二投影区域；

结合刀具半径对第一投影区域和第二投影区域进行二维区域布尔运算以获得具有相同刀位点高度值的目标区域。

进一步地，将满足预设条件的模型表面标记为平坦面的方法为：

预先对模型表面状态进行判断，判断模型表面是否为平面；

对处于平面状态的模型表面进行法向量计算以获得平面法向量；

计算平面法向量和刀具向量的向量积；

判断向量积与预设计算误差之间是否满足fabs(d-1)<eps条件，若满足，则将当前模型表面标记为平坦面；其中d为平面法向量和刀具向量的向量积，eps为预设的计算误差。

进一步地，将切割后的模型表面投影至XY投影平面中以获得第二投影区域的方法为：

获取切割后平坦面所在高度以上的模型表面，并将每个切割后的模型表面投影至XY投影平面以获得每个模型表面的投影区域；

将每个模型表面的投影区域进行区域之间布尔求并运算以将各投影区域拼接获得第二投影区域。

进一步地，结合刀具半径对第一投影区域和第二投影区域进行二维区域布尔运算以获得具有相同刀位点高度值的目标区域的方法为：

获取刀具半径，将第二投影区域向外偏置刀具半径以获得避让区域；

对避让区域和第一投影区域进行区域之间布尔求差运算，其求差运算结果即为具有相同刀位点高度值的目标区域。

进一步地，目标区域与刀位点高度值之间映射关系的确定方法为：

获取目标区域所在平坦面的高度值，将其高度值作为位于目标区域上每个刀位点的高度值，从而建立不同目标区域与其刀位点高度值之间的映射关系。

进一步地，判断刀位点是否处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内的方法为：

以需要计算刀位点的二维点为起点，以无穷远处为终点构建直线段；

遍历模型对象中的每个目标区域，依次将每个目标区域的所有边界线和直线段进行求交运算计算出交点个数，若任意一目标区域的边界线与直线段的交点个数为奇数，则刀位点二维坐标处于该目标区域内。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种面向二维的三轴刀位点运算***，包括：

预处理模块，用于对模型对象进行预处理以标记出模型对象中每个平坦面的目标区域；

判断模块，用于根据刀位点的二维坐标判断刀位点是否处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内；

调用模块，用于调用目标区域与刀位点高度的映射关系以确定位于目标区域内的刀位点的高度值；

输出模块，用于结合刀位点的高度值与刀位点的二维坐标输出刀位点的三维坐标。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种电子设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的面向二维的三轴刀位点运算方法。

本发明的目的之四采用如下技术方案实现：

一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的面向二维的三轴刀位点运算方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明基于平坦面内大部分区域的刀位点Z高度都是相同的特点，提出了一种面向二维的三轴刀位点运算方法，利用面向二维的方式找到平坦面中刀位点Z高度都是相同的目标区域，使得在刀位点计算时可直接将目标区域所在平坦面的高度作为处于目标区域内的所有刀位点的高度值，将不处于目标区域内的刀位点依然采用原三角面片化的三维方式进行计算，对于处于平坦面目标区域内的刀位点可直接输出其高度值，从而简化了刀位点的运算效率。

附图说明

图1为本发明三轴刀位点运算方法的整体流程示意图；

图2为本发明模型对象示意图；

图3为本发明模型对象中所有模型表面的分布图；

图4为本发明对表面1平面进行投影获得的第一投影区域示意图；

图5为本发明用表面1平面对模型对象进行切割的示意图；

图6为本发明对表面5平面进行投影获得的第一投影区域的示意图；

图7为本发明用表面5平面对模型对象进行切割的示意图；

图8为本发明对切割后的面进行投影的示意图；

图9为本发明对第二投影区域向外偏置刀具半径的示意图；

图10为本发明对避让区域与表面5平面进行投影获得的第一投影区域进行求差的示意图；

图11为本发明对求差后获得目标区域的示意图；

图12为本发明三轴刀位点运算***的模块示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

本实施例提供一种面向二维的三轴刀位点运算方法，如果需要计算的刀位点正好处于平坦面的目标区域内，在可直接输出位于平坦面目标区域内的刀位点的高度值，从而简化刀位点的运算效率。

如图1所示，本实施例的刀位点运算方法具体包括如下步骤：

步骤S1：当需要计算刀具在某一位置处的刀位点时，先获取刀位点的二维坐标p0(x0,y0)，根据刀位点的二维坐标P0确定刀位点在模型对象上的位置；

步骤S2：循例模型对象中所有已经标识好的平坦面的目标区域，判断P0是否在任意一平坦面的目标区域中，若判断得出刀位点处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内，则可调用该目标区域与刀位点高度值之间映射关系来确定刀位点的高度值；在其映射关系中，刀位点的高度值就是刀位点所在目标区域的高度值，也是刀位点所在平坦面的高度值；

若刀位点并非处于任意一平坦面的目标区域中，则该刀位点的运算方法则需按照传统的通过三角面片的三维方式进行计算，而利用三角面片或网格化处理的刀位点处理方法属于现有技术，在此不做详细描述。

步骤S3：获知刀位点的高度值后，将刀位点的高度值与刀位点的二维坐标相结合从而获得刀位点的三维坐标即可对其进行输出。

本实施例的在进行刀位点运算之前需要对模型对象进行预处理，从而确定模型对象中哪些区域为平坦面的目标区域，确定每个平坦面的目标区域以便后续快速输出处于目标区域内的刀位点的高度值。

本实施例中确定所述模型对象上平坦面的目标区域的方法为：

步骤S11：遍历模型对象的每个模型表面，将满足预设条件的模型表面标记为平坦面，并将平坦面投影至XY投影平面中以获得第一投影区域。

其中，在判断一个模型表面是否为平坦面之前，需要先判断模型表面是平面还是曲线，若是平面，再进行后续向量积的计算；若模型表面是曲面，则不满足平坦面的要求，因此将其忽略，继续对下一模型表面进行处理。

而判断一个模型表面是否为平面的方法为：在CAD建模中，一般使用非均匀有理B样条曲面的方式存储模型的面，要判断一个非均匀有理B样条曲面是否为一个平面，只需判断非均匀有理B样条曲面所有控制点是否在同一个平面上即可。

判断得出模型表面是平面后，计算该平面的法向量，记平面的法向量为Vnorm={x0,y0,z0}；同时还需获取刀具向量，刀具向量为Vtool={0,0,1}；计算平面法向量和刀具向量的向量积，d=dot(Vnorm,Vtool)=0*x0+0*y0+1*z0=z0；判断向量积与预设计算误差之间是否满足fabs(d-1)<eps条件，其中Fabs为求绝对值函数，d为平面法向量和刀具向量的向量积，eps为预设的计算误差，本实施例中计算误差取值为0.000001；若满足该条件，则该平面则为平坦面，并将进行标记；若不满足该条件，则该平面并非平坦面，则对下一模型表面进行处理。

本实施例以图2所示的模型图为例对刀位点计算方法进行说明，获取模型的所有面，如图3所示，这个模型共有11个表面。平坦面有两个特征：第一个特征是平面；第二个特征是平面的法向量为(0,0,1)。因此，找出图2所示的模型只有表面1和表面5为平坦面。

在确定模型对象的平坦面后，对平坦面向基准三维坐标系中的XY平面进行投影以获得第一投影区域，如图4所示，对于平坦面表面1向XY平面做投影得到如图4所示的表面1的第一投影区域。如图6所示，对于表面5平坦面向XY平面作投影，得到表面5的第一投影区域。

步骤S12：沿平坦面所在高度对模型对象进行切割，并将切割后的模型表面投影至投影平面中以获得第二投影区域；

由于平坦面为模型对象中的其中一个面，因此，平坦面在模型对象中的高度即为平坦面的高度值，平坦面对应的高度为z0，本实施例使用z=z0平面分别去截取模型对象的所有表面，如图5所示，若使用z=z0平面对模型对象进行切割后，z=z0平面之上的部分为空，此时不需要执行步骤S13，直接将整个平坦面标记为目标区域，而该平坦面内每个刀位点的高度值就是该平坦面的高度值。

如图7、图8所示，用表面5平坦面所在水平面截取零件，若经过切割后模型对象被切割为上下两个部分，本实施例中对z=z0平面之上的面进行XY平面投影以获得多个投影区域，如图8所示，多个投影区域为投影区域1、投影区域2和投影区域3，再将投影区域1、投影区域2和投影区域3进行区域两两求并布尔运算以将各投影区域拼接获得第二投影区域，即将多个投影区域进行合并，使得多个投影区域形成一个整体。

步骤S13：结合刀具半径对第一投影区域和第二投影区域进行图形组合运算以获得平坦面的目标区域。

如图9所示，在获得第二投影区域后，获取刀具半径R，在第二投影区域的基础上向外偏置刀具半径以获得避让区域；如图10、图11所示，再对避让区域和第一投影区域进行求差运算，其求差运算结果即为平坦面的目标区域，即目标区域=第一投影区域-避让区域。在目标区域内，刀位点的高度值都是一致的，均为目标区域所在平坦面的高度值，并将其目标区域以及相应的平坦面高度值进行记录。

获知模型对象中每个平坦面的目标区域后，获取每个目标区域所在平坦面的高度值，并为其建立目标区域与刀位点高度z之间的映射关系。

在刀位点计算过程中，如果需要计算的刀位点就在模型对象中任意一目标区域内，则可直接调用映射关系找到其刀位点的高度值，再结合刀位点的二维坐标即可生成刀位点的三维坐标进行输出。对于并不在任意一目标区域内的点，则采用三角面片化和网格化处理的通用方法计算。相比传统中对所有刀位点都进行三角面片化处理的方式，本实施例预先找到所有刀位点的高度值都相同的目标区域的方法可大幅度缩短运算时间，提高运算效率。

而本实施例中判断一个点p0(x0,y0)是否在目标区域内的方法为：

在P0点外另取一个点P1(x0,+∞)，以p0为起点p1为终点构造一段直线段,记该直线段为line0；

遍历每个目标区域，取当前目标区域的所有边界线，对直线段line0和当前目标区域的所有边界线求交以获得交点个数，判断其交点个数，如果交点个数为奇数，则点p0(x0,y0)在当前目标区域中。

本实施例利用面向二维的方法计算模型对象中平坦面区域中的目标区域，在目标区域内的刀位点的高度值都是一致的，以此来加速刀位点的计算。本实施例获得目标区域后记录目标区域的刀位点高度值。在进行刀位点计算时，对于处于目标区域内的点，直接取其目标区域的高度值作为刀位点的高度值即可即可，代替传统利用三角面片化的三维方式进行计算，可大幅度提高运算速度和效率；对于不在目标区域内的点，则依然采用通用方法进行计算。

实施例二

如图12所示，本实施例提供一种面向二维的三轴刀位点运算***，本实施例的计算***执行实施例一所述的刀位点计算方法，本实施例的计算***具体包括如下步骤：

预处理模块，用于对模型对象进行预处理以标记出模型对象中每个平坦面的目标区域；

判断模块，用于根据刀位点的二维坐标判断刀位点是否处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内；

调用模块，用于调用目标区域与刀位点高度的映射关系以确定位于目标区域内的刀位点的高度值；

输出模块，用于结合刀位点的高度值与刀位点的二维坐标输出刀位点的三维坐标。

实施例三

本实施例提供一种电子设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一所述的面向二维的三轴刀位点运算方法；另外，本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现实施例一所述的面向二维的三轴刀位点运算方法。

本实施例中的设备及存储介质与前述实施例中的方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施例中的***的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，包括：

预先确定模型对象上平坦面的目标区域，其方法为：遍历模型对象的每个模型表面，将满足预设条件的模型表面标记为平坦面，并将平坦面投影至XY投影平面中以获得第一投影区域；沿平坦面所在高度对模型对象进行切割，并将切割后的模型表面投影至XY投影平面中以获得第二投影区域；结合刀具半径对第一投影区域和第二投影区域进行二维区域布尔运算以获得具有相同刀位点高度值的目标区域；

根据刀位点的二维坐标确定刀位点在模型对象上的位置，若判断得出刀位点处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内，则调用该目标区域与刀位点高度值之间映射关系确定刀位点的高度值；并将刀位点的高度值与刀位点的二维坐标相结合以输出刀位点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，将满足预设条件的模型表面标记为平坦面的方法为：

预先对模型表面状态进行判断，判断模型表面是否为平面；

对处于平面状态的模型表面进行法向量计算以获得平面法向量；

计算平面法向量和刀具向量的向量积；

判断向量积与预设计算误差之间是否满足fabs(d-1)<eps条件，若满足，则将当前模型表面标记为平坦面；其中d为平面法向量和刀具向量的向量积，eps为预设的计算误差。

3.根据权利要求1所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，将切割后的模型表面投影至XY投影平面中以获得第二投影区域的方法为：

获取切割后平坦面所在高度以上的模型表面，并将每个切割后的模型表面投影至XY投影平面以获得每个模型表面的投影区域；

将每个模型表面的投影区域进行区域之间布尔求并运算以将各投影区域拼接获得第二投影区域。

4.根据权利要求1所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，结合刀具半径对第一投影区域和第二投影区域进行二维区域布尔运算以获得具有相同刀位点高度值的目标区域的方法为：

获取刀具半径，将第二投影区域向外偏置刀具半径以获得避让区域；

对避让区域和第一投影区域进行区域之间布尔求差运算，其求差运算结果即为具有相同刀位点高度值的目标区域。

5.根据权利要求1所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，目标区域与刀位点高度值之间映射关系的确定方法为：

获取目标区域所在平坦面的高度值，将其高度值作为位于目标区域上每个刀位点的高度值，从而建立不同目标区域与其刀位点高度值之间的映射关系。

6.根据权利要求1所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其特征在于，判断刀位点是否处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内的方法为：

以需要计算刀位点的二维点为起点，以无穷远处为终点构建直线段；

遍历模型对象中的每个目标区域，依次将每个目标区域的所有边界线和直线段进行求交运算计算出交点个数，若任意一目标区域的边界线与直线段的交点个数为奇数，则刀位点二维坐标处于该目标区域内。

7.一种面向二维的三轴刀位点运算***，其特征在于，执行如权利要求1~6任意一项所述的面向二维的三轴刀位点运算方法，其***包括：

预处理模块，用于对模型对象进行预处理以标记出模型对象中每个平坦面的目标区域；

判断模块，用于根据刀位点的二维坐标判断刀位点是否处于模型对象上任意一平坦面的目标区域内；

调用模块，用于调用目标区域与刀位点高度的映射关系以确定位于目标区域内的刀位点的高度值；

输出模块，用于结合刀位点的高度值与刀位点的二维坐标输出刀位点的三维坐标。

8.一种电子设备，其特征在于，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1~6任一所述的面向二维的三轴刀位点运算方法。

9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1~6任一所述的面向二维的三轴刀位点运算方法。

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