(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211078618.0 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 张庆海　邱云昊　谭焱　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 王琛 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种模拟车间中原料研磨过程的形状提取 方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟车间中原料研磨过 程的形状提取方法， 其首先对铣刀和原料进行建 模， 得到三角剖分， 进而对三角剖分进行三角形 求交、 重三角化、 切割、 筛选合适的三角面片、 黏 合、 拆分操作， 从而得到原料研磨后的结果。 本发 明实现了研磨过程的模拟， 其方法对于任意形状 和个数的铣刀与原材料都适用， 并且在研磨过程 中， 可以始终知道研磨剩下的原材料的连通分量 个数、 洞的个数， 这有助于后续的分析。 权利要求书1页 说明书8页 附图2页 CN 115357957 A 2022.11.18 CN 115357957 A 1.一种模拟车间中原料研磨过程的形状提取 方法， 包括如下步骤： (1)通过三角剖分算法及相应操作获得铣刀与原材 料的曲面片； (2)对曲面片进行黏 合以得到若干曲面； (3)根据步骤(2)中得到的曲面计算确定铣刀与原材 料的交集； (4)计算确定铣刀与原材料交集的补集， 进而将原材料与该补集求交即得到研磨完成 后原材料的形状。 2.根据权利要求1所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤(1)的具体实现方式如 下： 1.1利用三角剖分算法获得铣刀和原材 料的界面， 进 而求得两界面之间的交线； 1.2将铣刀界面与原材 料界面的三角网格沿交线重新做三角剖分； 1.3将重新剖分后两界面 新的三角网格沿交线剪开， 得到铣刀与原材 料的若干曲面片。 3.根据权利要求2所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤1.3中对于任一铣刀的 曲面片， 若其包含在原材料 空间内部， 则将其保留， 否则删除； 对于任一原材料的曲面片， 若 其包含在铣刀空间内部， 则将其保留， 否则 删除。 4.根据权利要求2所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中得到的曲面片， 其 法向量方向指向铣刀与原材 料的外部。 5.根据权利要求1所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤(2)的具体实现方式如 下： 2.1对于任一曲面片T1中的任一边界曲线A， 寻找其他曲面片的边界曲线， 若存在有一 曲面片T2的边界曲线与边界曲线A重合且方向相反， 则计算曲面片T2法向量方向与曲面片 T1法向量方向的夹角， 从而确定 两个曲面片的夹角； 2.2根据步骤2.1选择与曲面片T1夹角最小的曲面片， 将其与曲面片T1沿边界曲线A黏 合起来； 2.3根据步骤2.1～2.2遍历所有曲面片的边界曲线， 直到所有边界曲线被黏合， 从而得 到若干曲面。 6.根据权利要求5所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述边界曲线为其所在曲面片法 向量方向的右手螺 旋确定。 7.根据权利要求1所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤(3)的具体实现方式为： 对于步骤(2)中得到的任一曲面， 计算求取其所有自相交的线， 沿这些线剪开后得到的曲面 片个数若为 1， 则将该曲面输出并纳 入铣刀与 原材料的交集； 若 得到的曲面片个数大于1， 则 将这些曲面片的法向量方向反向， 并返回执行步骤(2)后将得到的曲面输出并纳入铣刀与 原材料的交集。 8.根据权利要求1所述的形状提取方法， 其特征在于： 所述步骤(4)中对于铣刀与原材 料的交集， 其由若干曲面组成， 计算求取这些曲面所有自相交的线， 沿这些线剪开得到若干 曲面片， 然后将这些曲面片的法向量方向反向， 并返回执行步骤(2)得到若干曲面， 对于这 其中任一曲面， 计算求取其所有自相交的线， 沿这些线剪开后得到的曲面片个数若为1， 则 将该曲面输出并纳 入铣刀与 原材料交集的补集； 若得到的曲面片 个数大于1， 则将这些曲面 片的法向量方向反向， 并返回执行步骤(2)后将得到的曲面输出并纳入铣刀与原材料交集 的补集。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115357957 A 2一种模拟车间中原料研磨过 程的形状提取方 法 技术领域 [0001]本发明属于材料加工技术领域， 具体涉及 一种模拟车间中原料研磨过程的形状提 取方法。 背景技术 [0002]在用于研磨的模拟时， 需要用一些曲面表示铣刀的边界， 一些曲面表示待研磨的 原料； 研磨的过程实际上是在每个小的时间步内追踪铣刀的位置， 将原料和 铣刀做求差运 算(difference)， 即将原料与铣刀的补集进行求交运算， 得到的结果为被研磨后的原料。 模 拟的好处有两点： ①模拟相比于实际试验而言是一个非常高效的方式， 它节省了制 造铣刀 和生产原料 的成本， 并且电脑的模拟比实际试验更快捷方便； ②模拟时可以随意修改铣刀 的参数(如大小、 形状等)以及研磨的参数(如研磨时间、 铣刀个数、 分布等)， 寻找研磨 效果 最好的铣刀和最高效的研磨方式。 类似的， 可以按 上述步骤实现刀片切割原料、 原料黏合等 加工过程的模拟。 [0003]如图1所示的研磨模拟流程中用曲面表示原料和铣刀属于实体建模中的边界表示 法， 三维连续介质的数学建模被称为 实体建模， 这是一个成熟的领域， 它在工程和科学领域 有着基础而重要的意义。 实体 建模强调物体的保真性， 且希望捕捉到实体的几何结构， 是计 算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)的基础； 实体建模中常用的方法有三种： 构造 实体几何(CSG)、 边界表示法(BREP)和单元分解法。 CSG方法将实体表示为基元进行一系列 运算(如求交、 求并)得到的结果， 这里的基元是一些预先给定的参数化的实体， 如正方体、 球、 圆柱等等； 基元和它们经过运算得到的结果可以进行平移和伸缩。 一个CSG实体的描述 往往是精确的， 可以对它进行参数化和编辑， 使得它适用于程序化、 高层次的建模。 边界表 示法利用边界来表示实体， 为了在计算机中能够表示， 这里 的边界通常用一些离散的面片 近似， 比如三角形或矩形， 分别被称为三角网格和矩形网格， 边界表示法能够精确地表示 实 体的几何和拓扑结构。 单元分解法将空间分解为单元 的集合， 这些单元可以是同等大小的 正方体也可以是其 他多面体， 实体表示 为它所占空间的全体单 元的并集。 [0004]对实体建模的模型而言， 布尔代数是一个强有力的工具， 它既可以用于处理几何 问题， 也可以用于检测拓扑变化。 布尔代数是一系列布尔运算构成的代数， 包括求交集、 求 并集、 求补集以及它们的复合运算， 上述流程中铣刀和原料 的求差运算属于求交和 求补的 复合运算。 在布尔运算设计中， 最常用的实体建模方法是边界表示法[Xiaotong  Jiang, Qingjin Peng,Xiaosheng  Cheng,Ning  Dai,Cheng  Cheng,and  Dawei Li.Efficient   Booleans  algorithms  for triangulated  meshes of geometric  modeling.Computer ‑ Aided Design and Applications,13(4):419 –430,2016]， 这是因为构造实体几何和单元 分解法表示 实体所需的内存较多并且无法如边界表示法一般精确捕捉到实体的几何结构， 所以基于这两种方法设计的布尔算法效率并不高。 在边界表示法中， 使用最广泛的是三角 网格， 所以现有的布尔算法主要针对三角网格； 大多 数布尔算法可以归纳成三步： ①计算两 个边界表示法表示的实体的求交； ②判断需要保留和需要丢弃的部分； ③将保留的部分重说　明　书 1/8 页 3 CN 115357957 A 3