一种双层结构工件三维建模方法与流程

本发明属于三维建模，具体为一种双层结构工件三维建模方法。

背景技术：

1、在机械制造、焊接构件数字化设计领域，三维模型是工件加工、装配及数据交换的核心载体，尤其针对双侧立板、连接件拼接的双层焊接工件，模型精度直接影响生产效率。

2、当前行业内获取工件三维模型的主流方式仍依靠人工手动建模绘制，依赖操作人员经验，建模周期长、误差率高，复杂工件易出现轮廓错位、尺寸偏差问题，批量建模效率极低；同时现有技术中虽存在依托工程图纸实现自动化建模的相关方案，但该类方案适配性存在明显局限，针对双侧均设置立板的复杂双层工件，难以完成轮廓识别和分区建模，且建模难度大、成型效果差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种双层结构工件三维建模方法，对二维cad图纸进行处理，即可实现工件的自动分区建模、准确拼装，生成标准三维模型，大幅提升建模效率与精度。

2、一种双层结构工件三维建模方法，包括以下步骤：

3、s1：图纸预处理：获取并预处理工件cad图纸，使立板、底板、连接板的线条均能够构成唯一闭合图形，采用不同颜色和线型区分底板、立板和连接板，并设定底板厚度、立板高度及连接板高度；

4、s2：线条解析：导入预处理后的图纸，根据线条颜色和线型自动解析出底板线、焊缝线和连接线；

5、s3：构面与分区：将连接线首尾相连构成闭合线段并构建为面，选取其中面积相等的两个面，根据两个面质心连线中点的x坐标，将所有线条划分为上部分线条与下部分线条；

6、s4：拉伸建模：分别将上部分线条与下部分线条构面后，按照设定厚度对底板面、焊缝面和连接面进行拉伸，形成上部分实体与下部分实体；

7、s5：模型装配与导出：基于上下部分实体的连接面关系，将上部分实体与下部分实体进行装配合并，输出step格式三维模型。

8、所述步骤s3中，利用opencascade几何引擎将所述闭合线段生成面，并计算面的质心坐标。

9、所述步骤s3中，判断线条属于上部分或下部分的方式为：若线条所有端点的x坐标均大于所述中点的x坐标，则归为上部分；若均小于所述中点的x坐标，则归为下部分。

10、所述步骤s4还包括，在执行轮廓拉伸操作前，需要对底板面、焊缝面和连接面进行挖孔处理。

11、所述步骤s4中，焊缝面的拉伸方向与底板面、连接面的拉伸方向相反。

12、所述挖孔处理的具体操作步骤为：

13、针对底板面：

14、规则1：针对仅包含单层独立闭合图形的底板面，直接拉伸成型不执行挖孔操作；

15、规则2：针对包含两个嵌套的闭合图形的底板面，将内层闭合图形围设的区域整体挖除，保留外层与内层之间的区域；

16、针对焊缝面和连接面：

17、规则1：针对包含两个嵌套的闭合图形的连接面和焊缝面，将内层闭合图形围设的区域整体挖除，保留外层与内层之间的区域；

18、规则2：针对多层嵌套闭合图形的连接面和焊缝面，以相邻两层闭合图形为一组，挖除最内侧闭合图形围设的区域以及相邻两组闭合图形之间的夹层区域。

19、所述步骤s5中上部分实体与下部分实体进行装配合并的具体内容为：

20、（1）提取上部分实体连接面face1质心pt1、法向量normal1与下部分实体连接面face2质心pt2、法向量normal2，将normal2取反使二者法向一致；

21、（2）利用两同向法向量点积求夹角，调用opencascade接口生成旋转变换矩阵，对face2虚拟旋转得到目标面face3及质心pt3；

22、（3）根据pt1、pt3坐标差值计算三轴平移分量，构建平移矩阵；

23、（4）提取前述计算完成的旋转变换矩阵和平移矩阵，对下部分实体执行全域空间变换。

24、有益效果：

25、本发明针对现有工件三维建模的技术短板，打破双层复杂结构工件仅能依赖手工建模的局限，弥补现有自动建模技术无法识别处理双层结构的空白，针对双侧立板、连接件拼接的特殊工件，仅需对原始二维cad图纸做简易规则修改，导入后可实现图纸到三维模型的全自动转化与一键生成，解决传统建模失效、精度不达标的难题，还相较于纯手工绘制将建模时效平均提升70%-80%，大幅降低人力与时间成本，适配批量快速建模场景；同时通过线条分类解析、闭合轮廓校验、分区差异化拉伸与拼接，能避免人工操作带来的尺寸偏差、轮廓错位问题，保障建模精度与规整度，最终输出标准step格式文件，兼容性极强，可直接应用于仿真分析、数控加工、装配检测等各类依赖三维模型的工作，具备突出的技术优势和实用价值。

1.一种双层结构工件三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，步骤s3中，利用opencascade几何引擎将所述闭合线段生成面，并计算面的质心坐标。

3.根据权利要求1所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，所述步骤s3中，判断线条属于上部分或下部分的方式为：若线条所有端点的x坐标均大于所述中点的x坐标，则归为上部分；若均小于所述中点的x坐标，则归为下部分。

4.根据权利要求1所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，所述步骤s4还包括，在执行轮廓拉伸操作前，需要对底板面、焊缝面和连接面进行挖孔处理。

5.根据权利要求1所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，所述步骤s4中，焊缝面的拉伸方向与底板面、连接面的拉伸方向相反。

6.根据权利要求4所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，所述挖孔处理的具体操作为：

7.根据权利要求1所述的双层结构工件三维建模方法，其特征在于，所述步骤s5中上部分实体与下部分实体进行装配合并的具体内容为：