[发明专利]一种基于STL三维模型的曲面加工方法

摘要

本发明公开了一种基于STL三维模型的曲面加工方法，属于曲面加工技术领域。本发明的一种基于STL三维模型的曲面加工方法，将待加工曲面的STL三维模型进行投影，将组成待加工曲面的三角面片在三维空间内的计算转化为二维平面内的三角形计算，同时在构造矩形A₁A₂A₃A₄内实现球铣刀位置的搜索和计算，减少了数据采集量，大大简化了曲面加工刀位轨迹的计算，更加容易实现软件控制，且程序可读性好，运算量少，尤其适用于各点法矢量与Z轴夹角不大的STL曲面的加工。

主权项

一种基于STL三维模型的曲面加工方法，其包括以下步骤：(1)已知待加工曲面的STL三维模型，将曲面的三维模型投影到二维坐标系O‑XY中，得到投影面S；组成待加工曲面的若干三角面片△ABC在二维坐标系O‑XY中的投影为三角形△A'B'C'；(2)创建并读取动点M(x_M，y_M)；(3)判断动点M(x_M，y_M)是否在投影面S中的某个投影三角形△A'B'C'上；根据判断结果执行步骤(4)或(5)；(4)如果动点M在投影面S中的某个投影三角形△A'B'C'上，求出动点M(x_M，y_M)对应的点P在三维坐标系O‑XYZ中的坐标(x_P，y_P，z_P)，即球铣刀与对应三角面片△ABC的接触点坐标，其中：x_P＝x_M，y_P＝y_M，$z_P=\frac{z_A\×S_{\mathrm{\ΔM}{B}^{\′}{C}^{\′}}+z_B\×S_{\mathrm{\ΔM}{A}^{\′}{C}^{\′}}+z_C\×S_{\mathrm{\ΔM}{A}^{\′}{B}^{\′}}}{S_{\mathrm{\Δ}{A}^{\′}{B}^{\′}{C}^{\′}}},$式中：z_A、z_B和z_C分别表示三角面片△ABC中的A、B和C三点的在O‑XYZ坐标系中的z轴坐标，S_△MB'C'、S_△MA'C'、S_△MA'B'和S_△A'B'C'分别表示△MB'C'、△MA'C'、△MA'B'和△A'B'C'的面积；则球铣刀与曲面的接触点P(x_P，y_P，z_P)在O‑XYZ坐标系中的位置矢量为：P＝(x_P，y_P，z_P)^T；进而，求出球铣刀的球心O₁点在O‑XYZ坐标系中的位置矢量O₁为：$O_1=P+P{O}_1=P+r{(\frac{x}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}},\frac{y}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}},\frac{z}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}})}^T,$式中：r为球铣刀的半径，为球铣刀与曲面接触点P所在三角面片△ABC的法矢量的单位矢量；重复步骤(2)，读取下一个动点M(x_M，y_M)，并重复步骤(3)，直至将所有动点M读取完毕；(5)如果动点M不在投影面S中的某个投影三角形△A'B'C'上，则重复步骤(2)，读取下一个动点M(x_M，y_M)，并重复步骤(3)，直至将所有动点M读取完毕；(6)顺序连接各点即可得到球铣刀加工STL曲面的刀位轨迹。