[发明专利]连接模型化物体的面的边的计算机辅助设计方法

说明书

本发明涉及计算机程序和系统领域，并且更具体地说，涉及计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)系统领域。

市场上提供有许多系统和程序用于零件或零件的组件的设计，例如由 Dassault Systemes提供的商标为CATIA的产品。这些所谓的计算机辅助设 计(CAD)系统允许用户构建和操作复杂的三维(3D)物体模型或物体组件。因 而，CAD系统使用边或线，在特定情况下使用面，来提供模型化物体的表 示。可以以各种方式来表示线或边，例如非均匀有理B样条(NURBS)。 这些CAD系统将零件或零件的组件管理为模型化物体，所述模型化物体大 体上是规范的几何结构。特别地，CAD文件包含根据其生成几何结构的规 范。根据几何结构生成表示。可以将规范、几何结构和表示存储在单个或 多个CAD文件中。CAD系统包括图形工具，其用以将模型化物体表示给 设计者；这些工具专门用于复杂物体的显示——对于零件，在CAD系统中 表示物体的文件的通常大小扩大到高达兆字节级的范围，并且组件可以包 括数千个零件。CAD系统管理物体模型，这些物体模型存储在电子文件中。

使用已知CAD系统来设计机械零件可以视为定义所述零件的几何形状 和维数，以便符合功能和制造的需要。大体上，得到的形状是由设计者创 建的诸如衬垫、凹穴、凹槽和轴之类的基本特征的组合。通过复杂的几何 和拓扑计算，CAD系统将固体(机械零件)的边界表示产生为例如闭合且定 向的曲面(surface)。

显而易见的是，至少对于一些应用来说，使用CAD系统设计的模型化 物体的目标是尽可能接近地与最终制造的产品类似。

例如，在产品/零件成型领域中，使用可以被认为是连续的面的模具， 这些面可以通过锐边来连接。但是，实际的边——例如实际的模具的边- -不是理想的锐边，而是稍稍呈现出圆形的(rounded)或圆角的(filleted) 部分。因此，当在对应的理论模型中忽略这些特征时，成型所需的材料数 量与根据理论模型期望的稍有不同。显而易见的是，只要关注的是实际物 体与模型化物体之间的总体一致性，则这些细节可以被视为是不重要的。 但是，当考虑其中生产所需的理论和实际材料量之间的差异相当大的大型/ 连续生产时，这可能变得重要。

可以指出额外的约束。例如，固体的边界表示是用于设计模具的输入 数据。模具的边界表示是用于计算工具迹线来从原材料加工模具的输入数 据。为了优化材料流、冷却处理和脱模步骤，通常不允许在模具上有锐边。 对于工具路径优化，模具的面必须尽可能地标准(平面、柱面、球面、环 面、锥面)。

所以，可以理解需要尽可能确切地预测最终的“实际”产品的特征， 应当提高可行性或可预测性。换句话说，需要提高模型化零件与实际零件 之间的一致性。在这方面，CAD设计者有时必须用圆形边来代替理论模具 或产品的锐边。

为了达到这个目的，经典的模型化方法是逐个创建产品边的的圆角状 部分(例如，应用在凹边上的半径)和圆形状部分(应用在凸边上的半径)。 如图1A-B所示，模型产品由此可以在随后呈现出圆角状(下文称为“圆角”) 和/或圆形部分(下文称为“圆形”)。

设计模型产品的圆形和圆角通常是逐步处理。当模型的元件数量增加 时，根据这种处理创建圆形和/或圆角迅速变得非常复杂。用户必须找到步 骤的特定顺序，而该特定顺序可能根据模型化物体而改变。否则，圆形化 或圆角化设计可能失败。

此外，存在这样的情形，其中，模型化物体的复杂性(边、角区等的 多样性)可能是另外的失败根源。特别地，在边碰触的位置(角、硬化区 等)模型化圆形或圆角是困难的。为了避免这些情形，需要相当长的时间 来确定“工作”的创建圆角或圆形的顺序。在自始至终的设计中，用户圆 形化单个锐边或小组锐边，由此创建有序序列。

在一些已知的CAD系统内，该序列由基于历史的CAD系统来捕获并 且在修改之后被重放。由此，可以处理“手动”序列。零件的历史树包括 根据设计者的选择来排序的多个圆形和圆角特征。