[发明专利]点云描述曲面工件的表面阵列微结构排布方法

摘要

本发明提供了一种点云描述曲面工件的表面阵列微结构排布方法，包括采用逆向工程方法测量自由曲面工件表面的外形尺寸，获得点云描述曲面；在点云描述曲面上，寻找若干个顶点，将其加入顶点集合；计算顶点集合中的所有点Pt所在点云描述曲面位置的切平面Kt和外法矢量Vt；任意选择一个空间基准向量；在所有切平面Kt上，以其对应的Pt点为几何中心点，对应排布一个单元微结构的设计图形Gt，并且满足所有切平面上的设计图形的同一条对应特征边线与空间基准向量在Kt上的投影线之间的夹角均为固定值。本发明所述的点云描述曲面工件的表面阵列微结构排布方法加工误差小、兼容各种类型的自由曲面，计算规模稳定且保持收敛，布局效率高。

主权项

一种点云描述曲面工件的表面阵列微结构排布方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用逆向工程方法测量自由曲面工件表面的外形尺寸，获得基于散乱点云数据描述的曲面模型，即点云描述曲面；其中，散乱点云数据中相邻点的最大空间距离不大于预先设定的值α，且ΔDist＞α，ΔAngle＞D/α；ΔDist为周期性阵列微结构布局最大距离误差值，ΔAngle为周期性阵列微结构布局的最大角度误差值，D为周期性阵列微结构中任意两个单元微结构的各自几何中心点之间的空间直线距离；(2)在点云描述曲面上，寻找若干个顶点，将其加入顶点集合；其中，“寻找若干个顶点”的实现方法为：(a)将顶点集合初始化为空集；并在点云描述曲面上，取两个初始点P0(x0，y0，z0)和P1(x1，y1，z1)，使得P0、P1两点的空间直线距离Dist_P与周期性单元间距D满足关系D‑ΔDist＜Dist_P＜D+ΔDist，将P0、P1都标记为“未扩展”并加入顶点集合；(b)取顶点集合中任意一个标记为“未扩展”的点Pi，在点云描述曲面上进行N等分扩展操作，获得M个扩展点Pj；N取3、4、5或6，j＝1～M；其中，N等分扩展操作的含义为：根据点Pi及点Pi的一个相邻的且标记为“未扩展”的点Pi+1，在点云描述曲面的点云数据中搜索寻取扩展点Pj，使得满足如下条件：1)Pi、Pj两点的距离Dist_Pj需要满足关系D‑ΔDist＜Dist_Pj＜D+ΔDist；2)Pi、Pj两点连线与Pi、Pi+1两点连线之间的夹角angle满足2kπ/N‑ΔAngle＜angle＜2kπ/N+ΔAngle，k为小于等于N的正整数；(c)将步骤(b)得到的M个扩展点Pj，都标记为“未扩展”并加入顶点集合，将Pi标记为“已扩展”；分别计算Pj与顶点集合中所有其他点的空间直线距离，若得到的所有空间直线距离值中存在至少一个空间距离值小于D/2，则表明Pj是冗余点，将其从顶点集合删除；(d)重复步骤(b)‑(c)，直至顶点集合不存在标记为“未扩展”的点；(3)在点云描述曲面所在的坐标系中，计算顶点集合中的所有点Pt所在点云描述曲面位置的切平面Kt和外法矢量Vt；t为大于2的整数；(4)在点云描述曲面所在的坐标系中，任意选择一个空间基准向量；(5)在所有切平面Kt上，以其对应的Pt点为几何中心点，对应排布一个单元微结构的设计图形Gt，并且满足所有切平面上的设计图形的同一条对应特征边线与空间基准向量在Kt上的投影线之间的夹角均为固定值。