一种模具复杂轮廓生成方法与流程

1.本发明涉及模具设计技术领域，具体涉及一种模具复杂轮廓生成方法。


背景技术：

2.模具设计中，常需要对样件的外轮廓进行提取数据提取、偏移和拟合运算，以便快速完成复杂轮廓曲线的模具设计，满足模具中例如凸模、压料板等关键部件的轮廓设计。
3.现有技术目前没有专门针对这一轮廓设计的偏移算法，在进行轮廓偏移处理时，只能通过人工处理，一段曲线一段曲线的手工拉动偏移，并由人工审核验证偏移方向的准确性，由人工进行修改调整，过程较为复杂，效率低，时间较长。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种模具复杂轮廓生成方法，该方法能够克服现有技术缺陷，能够自动对模具轮廓进行偏移处理，获得准确偏移结果，从而获得准确的模具轮廓，大大提升了模具中关键部件轮廓设计的效率。
5.本发明的技术方案如下：所述的模具复杂轮廓生成方法，包括以下步骤：a、从数据模型中获取上一工序零件轮廓和本工序工作线，分别离散为点数据，将两者拟合，获得离散轮廓；b、计算所有离散数据点的x轴和y轴均值，记为几何中心(xc,yc)；c、对离散轮廓进行识别，确定其外轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线、单段闭环曲线中的哪一种；若离散轮廓为单段闭环曲线，则进入步骤f；若离散轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线，则进入步骤d；d、对于单段开环曲线：计算其数据的中位点，然后计算几何中心(xc,yc)与其曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θn、θm，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤f；对于多段开环曲线：识别出多段开环曲线的各个分段曲线，计算各分段曲线的数据的中位点；然后计算几何中心(xc,yc)与各分段曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θn、θm，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤e；e、对各个航向角θ1、θn按从小到大的顺序进行排序，初步形成各分段曲线的首尾点逆时针排序结果；对各分段曲线的首尾点逆时针排序结果进行校正，若该分段曲线的中位点对应的航向角θm不在该分段曲线首点航向角θ1和尾点航向角θn之间的数值范围内，即θm∉
[θ1,θn]，则将该分段曲线的首点和尾点在逆时针排序结果中的位置进行互换，且更新排序结果；f、基于步骤e获得的多段开环曲线的各分段曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到各分段曲线的凸函数计算值s；或者基于步骤d的单段开环曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；或者基于步
骤c的单段闭环曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；g、基于偏移点计算公式：xi'=real(s*ds*exp(j*(τi+π/2))))+xi,yi'=imag(s*ds*exp(j*(τi+π/2))))+yiꢀꢀ
（1）其中，exp为指数函数，ds为偏距，j为复数算子，real为取实部运算，imag为取虚部运算，τi为单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点的切角；计算出多段开环曲线的各分段曲线、单段开环曲线或单段闭环曲线中各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')；基于各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')形成偏移离散曲线，对各个偏移后的坐标点(xi',yi')进行拟合，即得本工序的模具凸模或压料板轮廓。
[0006]
所述的步骤c中，对离散轮廓进行识别，确定其为单段开环曲线、多段开环曲线还是单段闭环曲线的过程为：若曲线首点和尾点距离大于a，且不存在相邻两离散点距离大于a，则为单段开环曲线；若曲线首点和尾点距离大于a，且存在至少一个相邻两离散点距离大于a，则为多段开环曲线；曲线首点和尾点距离小于a，则为单段闭环；其中，a为1-2倍离散步距。
[0007]
所述的步骤d中，单段开环曲线或多段开环曲线的各个分段曲线的中位点的计算方法为：设单段开环曲线或多段开环曲线的各个分段曲线的离散点首点序号为1，尾点序号为n，该段曲线的中位点为（xm,ym）,若n为奇数，取m=(1+n)/2；n为偶数时，取m=n/2。
[0008]
所述的步骤d中，航向角计算公式为：θk=atan2(y
k-yc,x
k-xc)
ꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，k代表对应曲线的的首点、尾点、中位点。
[0009]
所述的步骤f中，凸函数计算值s的计算公式为：s=sign[(x
1-xc)*(y
n-y1)
‑ꢀ
(y
1-yc)*(x
n-x1)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中,(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)分别为几何中心、分段曲线首点、分段曲线尾点坐标，sign为符号函数，s为正代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点的连接顺序为逆时针，s为负代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点的连接顺序为顺时针，s等于零代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点共线。
[0010]
所述的步骤g中，单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点de 切角τi的计算公式为：τi=atan2(y
i+1-yi,x
i+1-xi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）。
[0011]
步骤c中，若离散轮廓中包含由内轮廓时，对内轮廓的识别包括以下步骤：若外轮廓为开环曲线，则闭环部分定为内轮廓；若外轮廓是单环闭环曲线，则通闭环曲线的最大/最小x轴或y轴坐标值，可以判断哪段闭环曲线为外轮廓曲线，哪段闭环曲线为内轮廓曲线；
同样通过步骤d-g对内轮廓曲线进行偏移计算，最终得到本工序的模具凸模或压料板的内轮廓。
[0012]
本发明采用三坐标测量仪测量零件离散点坐标数据后，对离散点进行数据处理、偏移，且对于复杂的样件轮廓曲线，通过对各分段曲线首尾点进行排序校正后，计算其凸函数值，完成复杂曲线离散点的准确偏移，能够快速完成复杂轮廓曲线的模具设计，效率高，大大节约了模具关键部件轮廓设计的时间，具有较好的应用前景。
附图说明
[0013]
图1为实施例1的上一工序零件轮廓和本工序工作线的拟合示意图；图2为实施例1的上一工序零件轮廓和本工序工作线的拟合示意图及偏移处理示意图；
实施方式
[0014]
下面结合附图和实施例具体说本发明。
实施例
[0015]
模具复杂轮廓生成方法，包括以下步骤：a、从数据模型中获取上一工序零件轮廓和本工序工作线，分别离散为点数据，将两者拟合，拟合前后示意图见图1，图中红色线为离散点拟合曲线，获得离散轮廓；，b、计算所有离散数据点的x轴和y轴均值，记为几何中心(xc,yc)；c、对离散轮廓进行识别，确定其外轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线、单段闭环曲线中的哪一种，识别方法如下：若曲线首点和尾点距离大于a，且不存在相邻两离散点距离大于a，则为单段开环曲线；若曲线首点和尾点距离大于a，且存在至少一个相邻两离散点距离大于a，则为多段开环曲线；曲线首点和尾点距离小于a，则为单段闭环；其中，a为1.5倍离散步距，本实施例中离散步距取为1mm，a=1.5mm。
[0016]
若离散轮廓为单段闭环曲线，则进入步骤f；若离散轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线，则进入步骤d；d、对于单段开环曲线：计算其数据的中位点，计算方法如下：设单段开环曲线或多段开环曲线的各个分段曲线的离散点首点序号为1，尾点序号为n，该段曲线的中位点为（xm,ym）,若n为奇数，取m=(1+n)/2；n为偶数时，取m=n/2。
[0017]
对于多段开环曲线：识别出多段开环曲线的各个分段曲线，计算各分段曲线的数据的中位点；然后计算几何中心(xc,yc)与各分段曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θn、θm，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤e；航向角计算公式为：θk=atan2(y
k-yc,x
k-xc)
ꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，k代表对应曲线的的首点、尾点、中位点；
然后计算几何中心(xc,yc)与其曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θn、θm，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤f；e、对各个航向角θ1、θn按从小到大的顺序进行排序，初步形成各分段曲线的首尾点逆时针排序结果；对各分段曲线的首尾点逆时针排序结果进行校正，若该分段曲线的中位点对应的航向角θm不在该分段曲线首点航向角θ1和尾点航向角θn之间的数值范围内，即θm∉
[θ1,θn]，则将该分段曲线的首点和尾点在逆时针排序结果中的位置进行互换，且更新排序结果；f、基于步骤e获得的多段开环曲线的各分段曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到各分段曲线的凸函数计算值s；或者基于步骤d的单段开环曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；或者基于步骤c的单段闭环曲线的首尾点和几何中心(xc,yc) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；凸函数计算值s的计算公式为：s=sign[(x
1-xc)*(y
n-y1)
‑ꢀ
(y
1-yc)*(x
n-x1)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中,(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)分别为几何中心、分段曲线首点、分段曲线尾点坐标，sign为符号函数，s为正代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点的连接顺序为逆时针，s为负代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点的连接顺序为顺时针，s等于零代表(xc,yc)、(x1,y1)、(xn,yn)三个点共线。
[0018]
所述的步骤g中，单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点de 切角τi的计算公式为：τi=atan2(y
i+1-yi,x
i+1-xi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）g、基于偏移点计算公式：xi'=real(s*ds*exp(j*(τi+π/2))))+xi,yi'=imag(s*ds*exp(j*(τi+π/2))))+yiꢀꢀ
（1）其中，exp为指数函数，ds为偏距，j为复数算子，real为取实部运算，imag为取虚部运算，τi为单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点的切角；计算出多段开环曲线的各分段曲线、单段开环曲线或单段闭环曲线中各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')；基于各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')形成偏移离散曲线，对各个偏移后的坐标点(xi',yi')进行拟合，即得本工序的模具凸模或压料板的外轮廓。
[0019]
图2为上一工序零件轮廓和本工序工作线的拟合示意图及偏移处理结果示意图，图中蓝色为采集的离散点，红色为离散点拟合曲线，黑色线为向外偏移20mm后的拟合曲线。

技术特征：
1.一种模具复杂轮廓生成方法，其特征在于，包括以下步骤：a、获取上一工序零件轮廓和本工序工作线，分别离散为点数据，将两者拟合，获得离散轮廓；b、计算所有离散数据点的x轴和y轴均值，记为几何中心(x
c
, y
c
)；c、对离散轮廓进行识别，确定其外轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线、单段闭环曲线中的哪一种；若离散轮廓为单段闭环曲线，则进入步骤f；若离散轮廓为单段开环曲线、多段开环曲线，则进入步骤d；d、对于单段开环曲线：计算其数据的中位点，然后计算几何中心(x
c
, y
c
)与其曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θ
n
、θ
m
，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤f；对于多段开环曲线：识别出多段开环曲线的各个分段曲线，计算各分段曲线的数据的中位点；然后计算几何中心(x
c
, y
c
)与各分段曲线首点、尾点、中位点形成的连线的航向角θ1、θ
n
、θ
m
，将各个计算值对2π进行取余处理，然后进入步骤e；e、对各个航向角θ1、θ
n
按从小到大的顺序进行排序，初步形成各分段曲线的首尾点逆时针排序结果；对各分段曲线的首尾点逆时针排序结果进行校正，若该分段曲线的中位点对应的航向角θ
m
不在该分段曲线首点航向角θ1和尾点航向角θ
n
之间的数值范围内，即θ
m
∉
[θ1, θ
n
]，则将该分段曲线的首点和尾点在逆时针排序结果中的位置进行互换，且更新排序结果；f、基于步骤e获得的多段开环曲线的各分段曲线的首尾点和几何中心(x
c
, y
c
) 进行凸函数计算，得到各分段曲线的凸函数计算值s；或者基于步骤d的单段开环曲线的首尾点和几何中心(x
c
, y
c
) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；或者基于步骤c的单段闭环曲线的首尾点和几何中心(x
c
, y
c
) 进行凸函数计算，得到单段闭环曲线的凸函数计算值s；g、基于偏移点计算公式：x
i
'=real(s*d
s
*exp(j*(τ
i
+π/2))))+x
i
, y
i
'=imag(s*d
s
*exp(j*(τ
i
+π/2))))+y
i
ꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，exp为指数函数，d
s
为偏距，j为复数算子，real为取实部运算，imag为取虚部运算，τ
i
为单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点的切角；计算出多段开环曲线的各分段曲线、单段开环曲线或单段闭环曲线中各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')；基于各个离散点偏移后的坐标点(xi',yi')形成偏移离散曲线，对各个偏移后的坐标点(xi',yi')进行拟合，即得本工序的模具凸模或压料板轮廓。2.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：所述的步骤c中，对离散轮廓进行识别，确定其为单段开环曲线、多段开环曲线还是单段闭环曲线的过程为：若曲线首点和尾点距离大于 a，且不存在相邻两离散点距离大于a，则为单段开环曲线；若曲线首点和尾点距离大于a，且存在至少一个相邻两离散点距离大于a，则为多段开环曲线；曲线首点和尾点距离小于a，则为单段闭环；
其中，a为1-2倍离散步距。3.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：所述的步骤d中，单段开环曲线或多段开环曲线的各个分段曲线的中位点的计算方法为：设单段开环曲线或多段开环曲线的各个分段曲线的离散点首点序号为1，尾点序号为n，该段曲线的中位点为（x
m
, y
m
）,若n为奇数，取m=(1+n)/2；n为偶数时，取m=n/2。4.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：所述的步骤d中，航向角计算公式为：θ
k
=atan2(y
k-y
c
, x
k-x
c
)（2）其中，k代表对应曲线的的首点、尾点、中位点。5.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：所述的步骤f中，凸函数计算值s的计算公式为：s=sign[(x
1-x
c
)*(y
n-y1)
‑ꢀ
(y
1-y
c
)*(x
n-x1)]
ꢀꢀ
（3）其中,(x
c
, y
c
)、(x1, y1)、(x
n
, y
n
)分别为几何中心、分段曲线首点、分段曲线尾点坐标，sign为符号函数，s为正代表(x
c
, y
c
)、(x1, y1)、(x
n
, y
n
)三个点的连接顺序为逆时针，s为负代表(x
c
, y
c
)、(x1, y1)、(x
n
, y
n
)三个点的连接顺序为顺时针，s等于零代表(x
c
, y
c
)、(x1, y1)、(x
n
, y
n
)三个点共线。6.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：所述的步骤g中，单段闭环曲线、单段开环曲线、或者多段开环曲线中各分段曲线中各个离散点的切角τ
i
的计算公式为：τ
i
=atan2(y
i+1-y
i
, x
i+1-x
i
) （4）。7.如权利要求1所述的模具复杂轮廓生成方法，其特征在于：步骤c中，若离散轮廓中包含由内轮廓时，对内轮廓的识别包括以下步骤：若外轮廓为开环曲线，则闭环部分定为内轮廓；若外轮廓是单环闭环曲线，则通闭环曲线的最大/最小x轴或y轴坐标值，可以判断哪段闭环曲线为外轮廓曲线，哪段闭环曲线为内轮廓曲线；同样通过步骤d-g对内轮廓曲线进行偏移计算，最终得到本工序的模具凸模或压料板的内轮廓。

技术总结
本发明旨在提供一种模具复杂轮廓生成方法，包括以下步骤：A、获取上一工序零件轮廓和本工序工作线，分别离散为点数据并拟合，获得离散轮廓；B、计算所有离散数据点的几何中心(x


技术研发人员：袁会 周兵 吴晓建 王双明 赵国钦 刘磊 廖阳 黄绍基 黄渊燊 王陈蜀
受保护的技术使用者：柳州福臻汽车冲压件有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/7/19