重构表面的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种重构表面的方法和系统。为了特别简便快速而且多维地进行表面再现，本发明专利技术在对利用按时间顺序序列形式的３Ｄ数据点所描述的结构的表面进行重构的方法中，借助于线性内插这样对３Ｄ数据点进行处理，使在时间顺序上直接相邻的３Ｄ数据点保持不变。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Method and system for reconstructing surfaces

The invention relates to a method and system for reconstructing a surface. In order to make rapid and multidimensional surface reconstruction, the method of reconstruction of the surface structure by 3D time sequence described by the linear interpolation, with the help of this process the 3D data, the 3D data points directly adjacent to the sequence of time remains unchanged.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种借助多维数据点、尤其是三维(3D)数据点重构表面的方法和系统，以及一种用于实施该方法的计算机程序产品，和利用该计算机程序产品编程的计算机。
技术介绍
这样的方法例如可以应用于对表面或结构的重构或模拟，例如，要利用铣床加工的工件的表面。为此，通常借助于所谓的CAD系统(计算机辅助设计系统)对待加工的工件进行模型化。为了进行检查，利用铣点和铣道将表示工件的轮廓可视化。这种仅对表面进行采集的可视化对于复杂的、特别是具有向后凹轮廓(Hinterschnittkontur)的工件来说，是不充分且不准确的。以这种方式对工件轮廓进行判断是不充分的。特别是不能重构三维表面。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种重构表面的方法，该方法可以非常简单的方式再现多维表面。本专利技术的上述技术问题是通过权利要求1、8、9和10的特征解决的，本专利技术的优选改进方案由从属权利要求给出。本专利技术所基于的考虑是，在重构或模拟表面、特别是工件表面时，产生描述该表面的数据点。在此，表面重构应在没有几何信息的情况下借助于数据点的相邻关系来实现。为此，优选采用按时间顺序序列形式的3D数据点来描述结构，从而可利用线性内插来处理这些数据点，其中，使时间顺序上直接相邻的3D数据点保持不变。作为结果，优选产生一表面网，特别是三角网，将给出的数据点连结成网，并将多角形铣道的原始边作为网格的边包括进来。这种方法优选称之为“网格化”(Meshing)方法，因为每个数据点都作为一个网眼被编织到网里，或连接到网里。因此可以保证，利用这样构建的网(优选是三角网)，可以尽可能准确地复制出表面轮廓。尤其可以保证对物体或结构的基本拓扑学的考虑。依据结构或物体的类型和构造，尤其是对于在相邻数据点间的步长很小的复杂物体，将产生多个网或子网。为了简化和降低复杂性，有针对性地将相互距离小于预定步长的数据点结合成一个网数据点，其中，要考虑可预先给定的允许近似误差。由此可以确定所谓的简并三角(degeneriertDreiecke)并将其除去，由此以非常简单的方式降低了网复杂性。这种方法优选地被称为“网栅化(Rasterizing)”方法，因为通过对步长的量化而实现了一种网栅。为了描述很复杂的物体，优选利用网数据点这样将多个网相互连接起来，使得边缘多边形保持不变。由此保证物体的轮廓，尤其是其边缘点，在重构或模拟时保持不变。这种方法被优选称为“合并(Fusion)”方法，因为通过连接网数据点，将物体的子表面借助于拼合在一起的网而相互连接。因此，这种“合并”允许例如可以追溯到工件的平面部分的合并。这例如在通过现有非轮廓方法途径、例如传输途径(Zustellwege)将工件或工件的3D数据分解成各个处理部分时是需要的。根据各种表面重构方法的类型和功能，可将这里所描述的方法“网格化”方法、“网栅化”方法或“合并”方法作为独立的方法，并因而可以相互独立地实现。这尤其与输入数据的类型和/或要达到的连网度有关。对于要尽可能准确且接近真实地重构表面，将分段实现该三种方法，其中，可以根据需要对已有的数据利用每一方法步骤进行补充或者不加以采用(ausdienen)。优选将上述方法用于重构由铣道形成的工件轮廓。其中，利用3D数据点有目的地对铣道进行定义，并对铣过的工件表面进行近似。在此，优选使用一种系统对数组进行可视化和/或变换，该系统具有用于重构物体表面的装置。这种系统例如有CAD系统，如用于对工件进行模型化的可编程计算单元。在此，这种CAD系统，特别是其CAD/CAM接口，提供一种计算机程序产品，例如所谓的NC程序(NC＝numerical control，数值控制)。借助于CAD系统实施的工件的CAD模型化导致起铣刀中点铣行程(Fraesvorschrift DES Werkzeugmittelpunkts)作用的NC子程序、即3D数据点。在此，该铣行程典型地为曲折形或环形的。此外，在CAD模型化中产生一NC子程序，其为控制提供不同的NC控制组件，如压缩器、内插器。可视化优选平面地实现，以便能够更好地确定轮廓的不完善性。如果例如假定为一零维铣刀，例如点铣刀，则在这种情况下工件轮廓是以可回溯到平面的铣刀中点的铣道形式产生的。据此，可以推断出待铣工件轮廓的不完善性。在此，本专利技术以非常简单的方式解决了所遇到的平面回溯问题。为此，借助所确定的三角网，对作为平面网上数据点的铣点进行内插。此外，直到边缘区域仍能保证得到铣道，即在非相互对置的铣道上不产生三角形。由此保证在借助内插实现的三角网的优化中，尽量真实地再现该表面、尤其是这些表面的边。本方法的突出特点在于，无需对工件的拓扑结构进行限制。因此，对向后凹的轮廓也可以利用本方法进行回溯。本专利技术所获得的优点尤其在于，能够实现保证获得边、如铣道的平面回溯。由此在再现物体表面时可使轮廓尽可能地真实。尤其是充分考虑了物体的拓扑结构，从而也可以重构例如铣工件的向后凹轮廓。附图说明以下将借助附图对本专利技术的实施方式作详细描述。图中示出了图1至图3示出了不同铣道配置的示意图；图4至图6示出了借助网技术重构的多边形表面的示意图；图7至图8示出了具有贯穿点点的直接相邻道的示意图；图9至图10示出了一部分重构表面和一提纯平面的示意图；图11示出了非单调相连点下标序列以及由此而形成的不一致结网的示意图；图12至图13示出了部分结网的表面和整体结网表面的示意图；图14至图15示出了具有几何伪影的表面和消除了几何伪影的表面的示意图；图16示出了具有网的相邻三角的表面的示意图；图17至图20示出了具有不同的允许近似误差的表面的示意图；图21至图23示出了相邻子网以及它们相互结网的示意图。附图中对相应的部分使用了相同的附图标记。具体实施例方式下面将以一对待用铣床加工的工件进行表面重构的算法为例对本专利技术进行描述。该算法或方法也适用于对各种表面进行重构。在重构待铣工件表面时，预先给定了离散的铣道数据作为数据点、特别是3D数据点。为了随后对工件进行加工，借助NC程序将这些数据点按时间顺序传输给铣床。换言之，就是将那些按时间顺序表示铣头开始位置的一系列点坐标或铣道数据作为数据点预先给定。作为结果，按照本方法，将产生一三角网，其将给出的数据点连结成网，并将多边形铣道的原始边作为网边的子集包括进来。除了相互接续的铣道点的相邻关系外，不需要其它输入，特别是不需要几何附加信息。本方法优选借助平面几何探索(flaechengeometrische Heuristike)、例如正切平面的存在来优化。优选将本方法划分为将在下面详细描述的三个相互独立的阶段。以下的描述将集中在对基本算法的描述上。其中，这三个阶段可以单独实现或前后相接作为一个总方法实现。阶段1“网格化”实际的网格化是通过将相邻铣道之间的空间连结成网来连接数据点或铣道数据，以进行表面重构。其结果是一个三角网，其中，各三角分别以三个点下标给出。对于相邻铣道主要区分螺旋形配置和曲折形配置。在螺旋形配置下，两条铣道有相同的运行方向，而在曲折形配置下，两条铣道的方向相反。当变换主铣方向时，会出现空间上相近铣道的其它配置，在此，对它们的处理与对相邻铣道不同。由此在表面重构中造成的空隙可在一后续阶段中、例如“合并阶段”中使之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重构结构表面的方法，该结构借助于按时间顺序序列形式的三维数据点来描述，其中，对所述三维数据点利用线性内插来处理，使在时间顺序上直接相邻的三维数据点保持不变。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈帕皮尔尼克，克里斯托弗辛恩，利夫科贝尔特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]