异形气膜孔加工特征识别方法与流程

1.本发明涉及计算机辅助工艺设计技术领域，尤其是指一种异形气膜孔加工特征识别方法。


背景技术：

2.涡轮叶片一直以来都是航空发动机的关键部件之一，近几年来我国航空事业的迅速发展对国产航空发动机的性能提出了更高的要求。为了提高涡轮进口温度，在叶片上加工冷却气膜孔是现在最为有效也是应用最为广泛的技术。
3.最初应用在涡轮叶片上的气膜冷却孔是圆柱孔，eckert等人较早地对圆柱气膜孔的冷却效果进行了实验研究，发现带有复合角的圆柱孔具有良好的气膜冷却效果。随着研究工作的深入，国内外学者发现圆柱孔由于其结构局限性，冷气流的展向覆盖效果不好；而且由于从圆柱孔射出的冷流法向动量较大，导致射流在近壁面处冷却效果较差。基于此，国内外关于孔型的研究集中在异型孔上。
4.由于气膜孔在涡轮上分布广，数量大，但在结构和加工方式上高度一致。采用传统的手动编程方法加工时，需要进行大量的重复劳动，生产效率低。因此出现了加工特征识别技术，加工特征识别技术通过一定的方法将具有加工意义的特征对象从零件模型当中提取出来，通过基于特征的编程将编程的过程简化，实现基于特征的自动化编程和刀路的高效复用，提高加工的效率。而目前常见的特征识别方法主要针对常见的2.5d加工特征，多为槽，台，孔等简单结构，易于识别。采用一般的特征识别方法识别异型气膜孔时，识别效率低，效果差，出现不识别，误识别，漏识别的情况。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中特征识别效率低，效果差，存在不识别、误识别、漏识别情况的缺陷，提供一种提高异型气膜孔的编程和加工效率，提高识别的准确性和识别效率，减少识别遗漏的特征识别方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了异形气膜孔加工特征识别方法，包括如下步骤：
7.s10：模型预处理：定义拓扑面的面类型为特征基面、过渡面或结构面，标识模型每个拓扑面的面类型，选取其中的封闭圆柱几何面为搜索起点面，将其中的特征基面设定为搜索终止面；
8.s20：潜在特征搜索及分离：针对每个搜索起点面获得拓扑环集w和潜在特征面集f；对拓扑环集w中的每个元素w，根据与该元素相邻的拓扑面的特性，补充该拓扑环集w和特征面集f；将遍历拓扑环集w后得到的特征面集f输出作为潜在特征；
9.s30：特征鉴定与匹配：对潜在特征进行筛选得到第一次鉴定特征；抽取模型上第一次鉴定特征以外的面定义为残余模型，利用第一次鉴定特征和残余模型通过图匹配算法得到补充潜在特征；对补充潜在特征进行筛选得到第二次鉴定特征；
10.s40：合并：将第一次鉴定特征和第二次鉴定特征合并，得到特征识别结果。
11.在本发明的一个实施例中，在步骤s20中，根据与该元素相邻的拓扑面的特性，补充该拓扑环集w和特征面集f包括如下步骤：
12.s21：针对拓扑环集w中第一个未搜索环，检查与该环相邻的拓扑面，提取其中不属于潜在特征面集f的面作为搜索面组；
13.s22：判断搜索面组中的所有面是否连通，若不连通，则转步骤s26，否则执行步骤s23；
14.s23：判断搜索面组中是否存在过渡面，若存在，则判断该过渡面是否与当前的搜索起点面直接拓扑相邻，若不相邻，将该过渡面标识为特征搜索终止面；
15.s24：判断搜索面组中是否存在搜索终止面，若存在，则转步骤s26，否则执行步骤25；
16.s25：将搜索面组中所有不与特征面集f中元素相邻，且不是搜索面组公共边的拓扑边组成的封闭环依次添加到拓扑环集w的前端，并将搜索面组的所有面添加至特征面集f中；
17.s26：判断拓扑环集w是否遍历，若遍历，则输出特征面集f作为一个潜在特征，若未遍历，重复s21-s26。
18.在本发明的一个实施例中，拓扑环集w为有序队列，搜索起点面的外环位于拓扑环集w的前端。
19.在本发明的一个实施例中，潜在特征面集f为无序集合，其包括搜索起点面。
20.在本发明的一个实施例中，在步骤s30中，对潜在特征和补充潜在特征进行筛选采用如下规则：
21.s31：同一特征的各个面之间连通，相邻面至少通过一个边拓扑相邻；
22.s32：特征的数量小于异形气膜孔的规模常数；
23.s33：特征中搜索起点面的数量为1，过渡面的数量小于3；
24.s34：特征在搜索起点面轴线方向上的孔的孔径以搜索起点面为中心向特征边缘以设定情形变化。
25.在本发明的一个实施例中，在步骤s34中，鉴定方法如下：
26.s341：选定当前特征的搜索起点面的中轴线作为特征的中心轴；
27.s342：根据异形气膜孔的形状，从搜索起点面的一侧或两侧开始分别取一层环形相连的面组，计算其在轴线方向上投影的最大可包络面积；
28.s343：从内向外重复执行s342直到特征边界，记录最大可包络面积的变化情况；
29.s344：如果得到的最大可包络面积均以设定情形变化，则判定为满足条件。
30.在本发明的一个实施例中，在步骤s30中，第二次鉴定特征的的获取方法包括如下步骤：
31.s35：生成第一次鉴定特征和残余模型对应的属性邻接图；
32.s36：将每个第一次鉴定特征对应的图作为需要寻找的子图，将残余模型对应的模型作为目标图，调用图匹配算法，在目标图上依次匹配搜索每个子图，将搜索得到的每个目标图上的子图对应的模型面组保存下来，定义为补充潜在特征；
33.s37：对补充潜在特征进行筛选得到第二次鉴定特征。
34.在本发明的一个实施例中，图匹配算法为vf2算法。
35.在本发明的一个实施例中，在步骤s10中，标识面类型前对模型当中缺失的边和拓扑关系进行修复。
36.在本发明的一个实施例中，步骤s40中得到特征识别结果，反馈确认后，输出正确的特征模型面组。
37.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
38.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
39.一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的方法。
40.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
41.本发明所述的加工特征识别方法从模型中搜索潜在的特征对象并通过异型气膜孔鉴定规则进行筛选，得到第一次鉴定结果；生成第一次鉴定特征的匹配图，并通过图匹配对第一次分离后残余的模型进行匹配，将匹配成功的结果通过规则进行特征鉴定，得到第二次鉴定结果。利用搜索的方式得到潜在特征，不识别、误识别、漏识别的概率低，同时再进行二次鉴定，进一步避免不识别、误识别、漏识别的情况，有效识别基于圆柱的混合面组孔特征，提高了识别的准确性和识别效率。得到特征识别结果后，直接输出到特征编程环节，通过基于特征的编程将编程的过程简化，实现基于特征的自动化编程和刀路的高效复用，提高加工的效率。
附图说明
42.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
43.图1是本发明模型中面类型定义的示意图；
44.图2是本发明满足中性向两边递增的异型孔的示意图；
45.图3是本发明异型气膜孔的结构示意图及其属性邻接图。
46.附图标记：1、特征基面；2、过渡面；3、结构面；4、外环；5、内环。
具体实施方式
47.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
48.本发明的异形气膜孔加工特征识别方法，包括如下步骤：
49.s10：模型预处理：定义拓扑面的面类型为特征基面1、过渡面2或结构面3。具体的，参照图1所示，将具有两个及以上内环5的表面定义为特征基面1，将包含一个内环5的面标识为过渡面2，将不含内环5的面标识为结构面3。
50.解析蜗轮叶片模型，获取所有拓扑面。为防止模型存在特征丢失等问题，先对模型当中缺失的边和拓扑关系进行修复，再根据上述定义，标识每个拓扑面的面类型，选择其中的封闭圆柱几何面标识为搜索起点面，并将其中所有的特征基面1设定为搜索终止面。
51.s20：潜在特征搜索及分离：针对每个搜索起点面获得拓扑环集w和潜在特征面集
f。其中拓扑环集w中的元素为w，表示每个需要检查的环，潜在特征面积f中的元素为f，表示每个被认为构成当前潜在特征的面。
52.进一步的，为提高搜索的效率，将拓扑环集w设置为有序队列，按照进出的先后顺序排序，从而使搜索起点面的外环4位于拓扑环集w的前端。此时遍历拓扑环集w时，首先从特征起点面开始，存在较多的相邻拓扑面，从而能够尽快将潜在特征面集f补全。
53.针对潜在特征面集f，搜索起点面必然为潜在特征的面，故搜索起点面添加为潜在特征面集f的初始内容，搜索过程中对潜在特征的面无顺序要求，因此f为无序集合。
54.为保证特征识别的过程中尽可能少的出现特征遗漏的情况，将模型中可能成为特征的拓扑面组分离出来，对拓扑环集w中的元素w，根据与该元素，即环相邻的拓扑面的特性，补充该拓扑环集w和特征面集f的元素；将遍历拓扑环集w后得到的特征面集f输出作为潜在特征。
55.具体的，包括如下步骤：
56.s21：针对拓扑环集w中第一个未搜索环，即元素w-first，检查所有与该环相邻的拓扑面，提取其中所有不属于潜在特征面集f的面作为搜索面组；
57.s22：判断搜索面组中的所有面是否连通，若不连通，则面之间不能形成通路，故转步骤s26，否则执行步骤s23；
58.s23：判断搜索面组中是否存在过渡面2，若存在，则判断该过渡面2是否与当前的搜索起点面直接拓扑相邻，若不相邻，将该过渡面2标识为特征搜索终止面，即过渡面2在一定情况下会成为搜索终止面；
59.s24：判断搜索面组中是否存在搜索终止面，此时搜索终止面包括特征基面1以及步骤s23中标识的过渡面2。若存在，则转步骤s26，否则执行步骤25；
60.s25：将搜索面组中所有不与特征面集f中元素相邻，且不是搜索面组公共边的拓扑边组成的封闭环依次添加到拓扑环集w中未搜索元素的前端，并将搜索面组的所有面添加至特征面集f中；实现对特征的补充。
61.s26：判断拓扑环集w是否遍历，若遍历，则输出特征面集f作为一个潜在特征，若未遍历，重复s21-s26。
62.本实施例中，为了方便判断拓扑环集w是否遍历，在步骤s21中，将w中第一个元素取出，进行步骤s21-s25的搜索，搜索结束后，步骤s26中，在w中移除已搜索过的w-first，则w中第一个未搜索元素仍处在w中第一位，s25中添加到w中的环可以直接增加至w最前端。且此时通过判断w是否为空即可确定w是否遍历。针对每个搜索起点面均可得到一个潜在特征。
63.s30：特征鉴定与匹配：对潜在特征进行筛选得到第一次鉴定特征。本实施例中以加工特征为异形气膜孔为例，筛选规则为：
64.s31：同一特征的各个面之间完全连通，相邻面至少通过一个边拓扑相邻；
65.s32：定义异型气膜孔的规模常数为m，本实施例中m取常见异型气膜孔模型拓扑面数量的1.5倍，定义特征的数量为nf，特征满足nf《m；从而限制部分异常特征。
66.s33：特征中搜索起点面的数量为1，过渡特征面的数量小于3；限制了特征类型，避免特征识别出错。
67.s34：特征在搜索起点面轴线方向上的孔的孔径以搜索起点面为中心向特征边缘
以设定情形变化。本实施例中，异形气膜孔中心的孔径小于特征边缘的孔径，故孔径沿搜索方向单调递增，以此条件判别异形孔为非圆柱孔。
68.判定满足上述筛选规则的潜在特征为第一次鉴定特征。
69.更进一步的，参照图2所示，为本发明的一种异形气膜孔形状，为判断s34中孔径是否单调递增，采用如下鉴定方法：
70.s341：选定当前特征所含的封闭圆柱的中轴线作为特征的中心轴；
71.s342：由于本实施例设计的异形气膜孔两端孔径均变大，故从封闭圆柱的两侧开始分别取一层环形相连的面组，计算其在轴线方向上投影的最大可包络面积；
72.s343：从内向外重复执行s342直到特征边界，记录最大可包络面积的变化情况；
73.s344：如果得到的最大可包络面积均为从内而外单调递增，则判定为满足s34的条件。
74.得到第一次鉴定特征的面后，将原始模型上不属于第一次鉴定特征的面从原始模型上抽取出来，定义为残余模型。通过图匹配算法从中搜索遗漏的特征，归为第二次鉴定特征。
75.具体的，参照图3所示，包括如下步骤：
76.s35：生成第一次鉴定特征和残余模型对应的属性邻接图。模型的面及面的形状属性对应属性图中的顶点及顶点属性，模型的每个双向边对应属性图中的一组双向边，无向边的属性设为默认相同。将加工特征的识别问题转化为了在零件的“大图”中搜索加工特征的“小图”的过程，实现了加工特征的快速识别。
77.s36：将每个第一次鉴定特征对应的图作为需要寻找的子图，将残余模型对应的模型作为目标图，调用图匹配算法。本实施例中，具体采用vf2算法，在本发明的其他实施例中还可以采用其他图匹配算法。在目标图上依次匹配搜索每个子图，将搜索得到的每个目标图上的子图对应的模型面组保存下来，定义为补充潜在特征；
78.s37：对补充潜在特征进行筛选得到第二次鉴定特征。具体筛选规则同第一次鉴定特征的筛选。
79.s40：合并：将第一次鉴定特征和第二次鉴定特征合并，得到特征识别结果。将识别结果进行反馈确认，最终输出正确的特征模型面组。本实施例中，将特征识别结果反馈给用户，在用户修改确认后输出正确的特征模型模组，在存在后续特征编程环节的基础上，直接输出到特征编程环节。
80.本技术实施例提供的一种识别加工特征的计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
81.本技术实施例提供的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有加工特征识别指令，加工特征识别指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
82.本技术实施例提供的一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的方法。
83.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变
动仍处于本发明创造的保护范围之中。