筆記本電池蓋的注射模具設(shè)計(jì)-塑料注塑?！救SUG】【含26張CAD圖紙】

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任務(wù)書(shū) 論文(設(shè)計(jì))題目：筆記本電池蓋注射模具設(shè)計(jì) 工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月26日 1.選題依據(jù): 該選題來(lái)自工程實(shí)際，伴隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，從整體來(lái)看，中國(guó)塑料模具無(wú)論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，中國(guó)塑料模具工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比差距仍很大。一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。在塑料模具總量供不應(yīng)求的同時(shí)，一些低檔塑料模具卻供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過(guò)于求的趨勢(shì)。 2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)): 1.CAD繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。 2.簡(jiǎn)明的示意圖和和計(jì)算等分析塑件,等分析塑件，從而做出合理的模具設(shè)計(jì) 3.個(gè)人工作重點(diǎn): 1.澆口種類的確定 2.型腔數(shù)目的確定 3.注射機(jī)的選擇和校核 4.分型面的設(shè)計(jì) 5.型腔的布局 6.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7.注射模成型零部件的設(shè)計(jì) 8.排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9.脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10.注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 11.模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：準(zhǔn)備、選題和資料收集階段第2周：掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí) 第3周：了解畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容 第4周：開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)及準(zhǔn)備開(kāi)題答辯第5周：完成分析工作 第6周：了解、熟悉塑料模具設(shè)計(jì)內(nèi)容第7周：學(xué)習(xí)應(yīng)用Pro/E造型模具 第8周：完成部分外文翻譯第9周：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第10周：中期檢查及相關(guān)文檔準(zhǔn)備第11周：模具的尺寸和計(jì)算 第12周：繪制模具總裝圖及其主要零件圖第13周：對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維剖析 第14周：輸出模具開(kāi)合結(jié)構(gòu)圖第15周：制作 PPT 演講稿 第16周：論文打印，準(zhǔn)備答辯 5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn): 1．曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) 北京機(jī)械工業(yè)出版社 1993 2．黃虹主編 塑料成型加工與模具 化學(xué)工業(yè)出版社2003年3月第一版 3．黃銳主編 塑料工程手冊(cè) 下冊(cè) 第四章節(jié) 機(jī)械工業(yè)出版社 4．宋卓頤 史勤芳 房雙寬 趙永仙編著 塑料原料與助劑 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社2003年9月第 1版 5．黃銳主編 塑料成型工藝學(xué) 第二版 中國(guó)輕工業(yè)出版社 1997年5月第2版 6．塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版） 機(jī)械工業(yè)出版社 7．王文廣 田寶善 田雁晨 主編 塑料注射模具設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例 化學(xué)工業(yè)出版社2004年1月第1版 8．田春年主編 塑料注射成型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖冊(cè) 北京 輕工業(yè)出版社 1998 9. 唐照民.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1995. 10. 劉鴻文.材料力學(xué)I[M].北京：高等教育出版社，2004. 11. 孫桓.機(jī)械原理I[M].北京：高等教育出版社，2013. 指導(dǎo)教師簽字： XX 教研室主任意見(jiàn)： 同意 簽字：XX 2016年12月11日 教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)意見(jiàn)： 同意 簽字：XX 2016年12月11日 學(xué)院公章 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 1 基于特征的注塑模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) C.L . L i * 摘要：目前注塑模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大部分工作集中在對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)地分析 或優(yōu)化，然而，一個(gè)冷卻系統(tǒng)可以被分析或優(yōu)化,必須要形成最初設(shè)計(jì)。 我們探 索了一個(gè)新的設(shè)計(jì)合成的辦法去解決這個(gè)問(wèn)題。具有形狀復(fù)雜的注塑件將被分解 成簡(jiǎn)單的形狀特征。具備單一特征的冷卻系統(tǒng)首先被捕獲，然后經(jīng)合并并形成一 個(gè)整體的冷卻系統(tǒng)。而將復(fù)雜的形狀分解成形狀特征則是特征識(shí)別的問(wèn)題。因此， 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)用于冷卻系統(tǒng)特征識(shí)別的新算法，經(jīng)這一算法生成的設(shè)計(jì)模型將 用 C-Mold 軟件去分析以驗(yàn)證這一算法的可行性。 關(guān)鍵詞: 注塑模 設(shè)計(jì)自動(dòng)化 特征識(shí)別 注塑模冷卻系統(tǒng)的對(duì)注塑成型的生產(chǎn)率和注塑件的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用， 冷 卻階段在整個(gè)注塑生產(chǎn)周期的比重已超過(guò)三分之二，因此，有效冷卻將減少冷卻 時(shí)間，提高總體生產(chǎn)率。均勻分布的冷卻可以防止不同的收縮、內(nèi)應(yīng)力及脫模問(wèn) 題，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。 在過(guò)去二十年里冷卻系統(tǒng)已被廣泛地研究[1-4]，Wang 等[5]總結(jié)了他們 應(yīng)用 CAE 所做的關(guān)于注射成型的工作。這些努力使冷卻分析模塊得以集成于商 業(yè) CAE 中如 C-Mold 和 MoldFlow。這些 CAE 方法預(yù)測(cè)了隨冷卻時(shí)間而變化的 溫度分布，從而使模具的質(zhì)量和有效性在制造前就可以進(jìn)行評(píng)估 。最近的模具 冷卻的研究方向是冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)化[6-8]。只要給出冷卻系統(tǒng)布置的最初設(shè) 計(jì)，客觀功能模塊就能通過(guò)計(jì)算求出溫度的均勻性和冷卻效率。客觀功能模塊由 一組與冷卻系統(tǒng)布置、工藝條件相關(guān)的參數(shù)表示，結(jié)合優(yōu)化算法與冷卻分析算法， 最初設(shè)計(jì)就可以很好地轉(zhuǎn)化成最優(yōu)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是，CAE 和優(yōu)化算法都必 須先從設(shè)計(jì)師設(shè)想的初步設(shè)計(jì)開(kāi)始，為實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的完全自動(dòng)化設(shè)計(jì)、必須解 決如何生成初步設(shè)計(jì)這一問(wèn)題。于是本文提出基于特征的方法去解決這個(gè)問(wèn)題。 1.1. 基本做法 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)通用準(zhǔn)則已被很好地確立，簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的設(shè)計(jì)模型也可由文 獻(xiàn)[9-11]而得。然而,直接應(yīng)用這些準(zhǔn)則和模型不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單就能做到。為處 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 2 理復(fù)雜形狀的制件，我們提出合成方法。設(shè)計(jì)合成已應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化研究 [12-14]。在這一方法中，復(fù)雜設(shè)計(jì)通過(guò)合成一系列相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)獲得。因 此這一方法的重要問(wèn)題是將復(fù)雜的設(shè)計(jì)分解成較簡(jiǎn)單的子設(shè)計(jì)。在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中，具有復(fù)雜形狀的制件被分解成一系列簡(jiǎn)單的形狀特征，而對(duì)于每個(gè)簡(jiǎn)單形狀 特征就可以直接應(yīng)用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或模型得到對(duì)應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，那么，整個(gè)產(chǎn)品的冷 卻系統(tǒng)就可通過(guò)合成簡(jiǎn)單形狀特征的冷卻系統(tǒng)而得到。圖.1 為一個(gè)小型電風(fēng)扇馬 達(dá)機(jī)殼和機(jī)殼冷卻系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。 Fig. 1. Basic approach to the design synthesis of the cooling system of a motor housing. (a) Motor housing decomposed into two shape features. (b) Feature 1 is similar to a conical shape. Feature 2 is similar to a box shape. Helical bafFe for the conical shape and cooling channel for the box shape are combined to form the cooling system of the motor housing. 分解復(fù)雜的形狀為多個(gè)特征形狀可以看成是一個(gè)特征識(shí)別問(wèn)題，這取決于形 狀特征的定義。關(guān)于特征定義針對(duì)冷卻系統(tǒng)和識(shí)別算法將在后節(jié)討論。下節(jié)將作 簡(jiǎn)要的相關(guān)工作回顧。 1.2 相關(guān)工作 特征識(shí)別在注射模具設(shè)計(jì)應(yīng)用中主要集中在模具凹模特征識(shí)別、分離的方 向、分模線和分模面的中心。這是因?yàn)檫@些問(wèn)題直接與塑料部分幾何形狀相關(guān)。 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 3 Hui 和Tan [15]開(kāi)發(fā)出一個(gè)啟發(fā)式搜索方法可以把位于一系列可行方向中的最佳分離方向 搜索出來(lái)。Chen 等[16]擬議用可視圖的方法確定擁有最小邊核心部分的方向。Weinstein [17]研究使用啟發(fā)式規(guī)則來(lái)選出最佳的分割線位置和平行方向。模具性能分析基于外 部和內(nèi)部凸凹模特征在Hui [18]的報(bào)告中提及。其它的確定分割線和分割面的方法[19-21] 也作出了說(shuō)明。最近，F(xiàn)u 等.[22]提出一種對(duì)凸凹模全面的分類和識(shí)別的方法。 基于特征的方法也被用來(lái)確定澆注和頂出系統(tǒng)。Irani 等 [23,24]在塑料模具設(shè)計(jì)中 采用特征設(shè)計(jì)的方法。初步的注塑配置從代表特征和從基礎(chǔ)知識(shí)獲取的設(shè)計(jì)規(guī)則中 自動(dòng)確定。Wang 等[25]描述一個(gè)基于CAD系統(tǒng)特征優(yōu)化配置和在頂出系統(tǒng)中選擇頂出 裝置。對(duì)我們所知最好的是在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中運(yùn)用特征技術(shù)，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中沒(méi)有被提 及。 事實(shí)上，大多數(shù)的在特征識(shí)別的研究主要集中在加工應(yīng)用上。加工特征識(shí)別 技術(shù)大致可以分為三大類：圖形法、容積法和推測(cè)法。圖形化方法許多研究者都 進(jìn)行了研究。[26-30]，這些方法，特征識(shí)別被視為將結(jié)構(gòu)圖分解為多個(gè)對(duì)應(yīng)的 特征，就是把一個(gè)圖表代表整個(gè)實(shí)體特征。容積法，為Woo所提倡[31]，堅(jiān)硬的 物體首先被分解成一組中間物體，然后經(jīng)合并并形成可識(shí)別的加工特征。推測(cè)法 [32，33]，特別是對(duì)要被推測(cè)的特征來(lái)說(shuō)，首先要出現(xiàn)‘痕跡’。然后才能進(jìn)行 有效的界線檢查。推測(cè)法的關(guān)鍵主要在于是否能夠識(shí)別交叉特征。需要更加全面 的了解特征識(shí)別的讀者，可參考文獻(xiàn)[34-36]。 雖然最新的加工特征識(shí)別技術(shù)可以處理部分復(fù)雜的交叉特征，但是用這個(gè)方 法處理與塑料制品冷卻系統(tǒng)有關(guān)的形狀特征是不夠的。在塑料制品中，自由曲面 是最常見(jiàn)的，因此自由曲面特征必須先被處理。此外，塑料部分形狀特征需要平 滑的混合到其它特征中，因此應(yīng)該明確兩個(gè)不完全確定特征間的界線。否則在以 圖解為基礎(chǔ)的技術(shù)中這兩個(gè)特征將導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題。相鄰界面的二面角的大小是 邊緣中凸/中央凹陷分類的依據(jù)。在塑料部分二面角不需要定義（當(dāng)界線不明顯 時(shí)）或者可以改變邊界時(shí)。容積法不適用于多面的模具，因此，適用于自由曲面 部分。推測(cè)法依賴于痕跡，由平面、圓錐面和圓柱面組成。事實(shí)上很少有例外 [38.39]，處理一般的混合物，現(xiàn)行的方法在加工特征識(shí)別上都受到2.5D加工特 征限制。例如，槽、孔、掛鉤、階梯等。在第4部分，將會(huì)詳細(xì)討論冷卻系統(tǒng)自 由曲面特征識(shí)別的方法。 2.冷卻特征 冷卻特征有很多種定義。Pratt and Wilson[40]通過(guò)‘特征是部分表面的一 個(gè)重要區(qū)域’給出了一般定義。在本文上下文中，冷卻特征定義為塑料的表面部 分，冷卻元素能夠滿足冷卻需求的那一部分。冷卻元素要考慮到冷卻通道、障板 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 4 管、擾流板和螺旋障板管。 定義1（冷卻特征）F代表冷卻特征定義為坐標(biāo)（S，C）S為形狀組件，代表塑料 部分，C為冷卻組件部分，代表冷卻元素和冷卻元素的相關(guān)配置。一個(gè)冷卻特征F 是否有效關(guān)鍵在于冷卻組件的冷卻效果是否滿足形狀組件的冷卻需求。 ' ' ' ' ' ' ' ' 2.1類似冷卻特征 確切的拓?fù)浜蛶缀侮P(guān)系是加工特征的主要特點(diǎn)。例如，一個(gè)槽的特征至少擁 有兩個(gè)彼此平行的平面組成。用這種不確切的關(guān)系來(lái)說(shuō)明冷卻特征的特點(diǎn)是不適 當(dāng)?shù)摹Ｏ喾?，用相似的概念卻可以表達(dá)清楚。 冷卻系統(tǒng)的功能是從熔化的塑料當(dāng)中吸取熱量。為了提高熔體冷卻熱傳遞效 率和保持模具的機(jī)械強(qiáng)度。冷卻元素應(yīng)該與模具殼體保持一定距離。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則參 考注塑模具設(shè)計(jì)參考資料[9-11]，里面指明了適當(dāng)距離的范圍。例如，冷卻通風(fēng) 槽直徑之間，也就是說(shuō)，同一個(gè)冷卻系統(tǒng)可以用與形狀類似而又不相同的兩個(gè)地 方。如圖2簡(jiǎn)單圖示所示。一個(gè)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為圓柱形部分和經(jīng)C-Mold分析的 冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)部分。同時(shí)冷卻系統(tǒng)和工藝參數(shù)將采用到第二部分。第二部分類似于筒 形部分，第二部分上的點(diǎn)到圓筒形部分最近點(diǎn)的距離要小于兩部分冷卻通道直 徑，平均距離要小于一倍冷卻通道距離。分析結(jié)果在圖2中已給出。（b）和（c） 表明兩部分在模具溫度差和殼體的溫度差都小于3℃。這表明當(dāng)兩個(gè)形狀類似， 冷卻效應(yīng)類似的物體可以用同一個(gè)冷卻系統(tǒng)和工藝參數(shù)。 定義2（相似冷卻特征）。如果在形狀組件對(duì)應(yīng)的最靠近點(diǎn)之間平均最大距 離都小于指定值。冷卻特征F1=< S1，C1>和冷卻特征F2=< S2,C2>類似。即F1=F2。當(dāng) F1=F2時(shí)，形狀組件也可以說(shuō)成是相似的或S1≈S2。 當(dāng) F1=F2 時(shí)，同樣冷卻組件 C1≈C2 2.2 子特征和組合特征 給定有效冷卻特征 F=< S，C>把一部分 S 從 S 去除獲得一個(gè)新的形狀組件 S 通過(guò) 從 C 中去除部分冷卻元素，C 應(yīng)滿足 S 的冷卻需求。也就是說(shuō) F =（ S ，C ） 是另外一個(gè)有效的冷卻特征。 F 叫做 F 的子特征。圖 3 舉例說(shuō)明。 定義 3（子特征）.給定兩個(gè)有效的冷卻特征 F1=和 F2=。如果 S1 是 S2的子集，C1 是 C2的子集，那么 F1 是 F2 的子特征。類似的，兩個(gè)現(xiàn)有的冷卻 特征可組合成一個(gè)新的冷卻特征。見(jiàn)圖 4 舉例說(shuō)明。 * * 定義 4（特征組合）給定冷卻特征 F1=和 F2=且∩Si∩ Sj=Φ.當(dāng) S = S1∪ S 2, 和 C=C1∪C2 時(shí) ，F(xiàn)1 ∪ F2 是一個(gè)新的冷卻特征組合。由前面的定義， 需要注意的是兩個(gè)形狀組件都必須相交。這樣簡(jiǎn)化了冷卻組件成為特征組合結(jié)合 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 5 * 方法。如果 Si∩ Sj=Φ，冷卻元素過(guò)多將導(dǎo)致交叉區(qū)域的冷卻效果必須從 C1∪ C 去除 。 2 Fig. 2. The cooling performance of the same cooling system on two similar parts: (a) a cooling system; (b) cooling results on a cylindrical part; and (c) cooling results on a part similar to the cylindrical part. 3.特 征模 板 和設(shè) 計(jì)合 成 為 了有 利 于冷 卻系 統(tǒng) 的合 成 工藝 設(shè)計(jì) ，創(chuàng)建 一個(gè) 冷 卻特 征通 用 數(shù)據(jù) 庫(kù)。每 個(gè) 通用 特 性，如冷 卻模 板 一樣 ，當(dāng) 形 狀組 件和 冷 卻組 件都 用 參數(shù) C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 6 表示 時(shí)， 相當(dāng) 于 無(wú)數(shù) 個(gè)冷 卻 特征 。 Fig. 3. An example of a subfeature: (a) a valid cooling feature F; (b) cooling feature F' is a sub-feature of F. 1n the sub-feature F', the shape component S' is obtained by removing the three faces on the right from S, and the cooling component C' is obtained by removing the three cooling channels on the right from C. Fig. 4. 1n cooling feature F, S is the union of S1 and S2, C is obtained by combining cooling channels in C1 and C2. 定義 5（ 冷 卻模 板） .一 個(gè)特 征 模板 有 T 由 集合 表示 ，此 時(shí) 形狀 組件 S 可由 表 示幾 何形 狀 的定 義向 量 參數(shù) a 表示 。 即 S = S( a )。冷卻組件 可由表示冷卻線路的定義向量參數(shù)b 表示。即 C = C( b ). R 為 a 和 b 的關(guān) 系式 ，即 b = R(a i )。 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 7 例如 一個(gè) 冷卻 特 征 F 可以 從 給定 向 量參 數(shù) ai 的 特征 模 板中 獲取 。 即 F = T( ai ) = 。 驟。 給定一個(gè)特征模塊組 ={T1 ,T2,...,Tn}，合成工藝設(shè)計(jì)概 述為 以下幾個(gè)步 ' ' ' ' 2. 對(duì) 于 每 個(gè) 獲 取 的 冷 卻 特 征 F , F 的 子 特 征 由 F = S ( )的形狀 ' 3. 所有子特征組合體U F 被構(gòu)造成。 i ' 最后 ，一 個(gè) 新得 特征 被 獲取 。 F = U F 的 形狀 組 件類 似于 整 個(gè) S，因 i i a 2 2 a 2 a a a x y z ÷ + ÷ + ÷ = 1 ÷ ÷ ÷ 1 . 識(shí)別算法的使用將在下節(jié)說(shuō)明，幾何部分 S 被間隔成一組相交的集合{ Si } 區(qū)域且下面 的每個(gè)區(qū)域都必須滿足 Si：a Ti 當(dāng) a 的參數(shù) ai 被識(shí)別且 S ( ai ) S ( ai ) 是 Si≈ S ( ai ) 一個(gè)冷卻特征 F = 被獲取。 i i i 組件裝配成。 此 F 的 冷卻 組件 就 是整 個(gè)冷 卻 系統(tǒng) S 所 需要 的。圖 5 舉例 說(shuō) 明設(shè) 計(jì) 合成 的整 個(gè)過(guò) 程。 這三 個(gè)合 成 工藝 主要 步驟 如 圖 5（ a）-5（b）所 示。 版面 設(shè)計(jì) 圖如 圖 5（ d）所 示是 從 設(shè)計(jì) 制造 的 合成 工 藝的 初步 設(shè) 計(jì)進(jìn) 一 步獲 取而 來(lái)。 然而 ， 從初 步設(shè) 計(jì) 到開(kāi) 發(fā) 設(shè)計(jì) 已超 出本 研 究報(bào) 告范 圍 。 3.1 冷 卻模 板 的特 點(diǎn) 特征模板的特點(diǎn)主要有形狀組件必須能夠涵蓋常見(jiàn)的注塑模具設(shè)計(jì)所需的 各種形狀和識(shí)別算法可以發(fā)展到能夠識(shí)別塑料的形狀。超二次曲面被認(rèn)為是形狀 組件的代表，那是因?yàn)樗鼭M足這兩個(gè)形狀條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所有的冷卻系統(tǒng)設(shè) 計(jì)實(shí)例中（見(jiàn)文獻(xiàn)[9-11] ）超二次曲面都被認(rèn)為能夠代表代表塑料部分。超二次 曲面有點(diǎn)類似于計(jì)算機(jī)視覺(jué)變形物體造型[41-44]所提到的已用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 的形狀參數(shù)。超二次曲面由下面方程式給出 a1 a2 a3 此時(shí)a1 , a2 ,a3 知a4 , a5 為超二次曲面性形狀。圖 6.7 圖示說(shuō)明由超二次曲面定義的形 狀組件組成的特征模板。 給定超二次曲面上的任意一個(gè)點(diǎn)（x,y,z），可定義一個(gè)函數(shù) q q(x,y,z; a1 , a2 ,a3 , a4 , a5 ,)= C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 8 x a1 ÷ 2 ÷ a 4 + y a2 ÷ ÷ 2 a5 a5 a 4 + z a3 ÷ ÷ 2 a 4 1 一致?？傊?，q 的功能轉(zhuǎn)化為 q= q(x,y,z; a , a ,a , a , a , x , y , z , , , ) 或 q=q(x, 當(dāng)點(diǎn)在曲面上時(shí) q=0,點(diǎn)在曲面外時(shí) q>0,點(diǎn)在曲面內(nèi)時(shí) q<0。上面所定義的超二次 曲面主要起源和排列于中心坐標(biāo)。在超二次曲面上給定一個(gè)任意位置，任意角度 的測(cè)試點(diǎn)，該測(cè)試點(diǎn)首先被旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換使得坐標(biāo)中心( xc, yc , zc )和方向（ , , ） 1 2 3 4 5 c c c y, z; a )。此時(shí)，a 為超二次曲面的大小，形狀，位置和方向等11 個(gè)參數(shù)的集合。從整個(gè) 外形上識(shí)別超二次曲面的子問(wèn)題就是從超二次曲面上找到最切合的點(diǎn)。給定一組點(diǎn)，這 個(gè)超二次曲面的裝配問(wèn)題就已經(jīng)公式化了，如非線性最小二乘法問(wèn)題，這些問(wèn)題能夠被[45] 中提到的Levenberg—Marquardt 解決。 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 9 Fig. 5. The cooling system design synthesis process. (a) Part S partitioned into S a and Sb such that the following are satisfied: F1 = (S1, C1) is found and Sa is similar to a subset of S1; F2 = (S2, C2) is found and Sb is similar to a subset of S2. (b) Construction of sub-features F'1 and F'2 such that Sa S' 1 and Sb S' 2. (c) Union of F'1 and F'2. The shape component is similar to part S and the cooling component is an initial design of the cooling system for S. (d) A layout design of the cooling system developed from the initial design obtained in (c). Fig. 6. An example of feature template: (a) shape component; (b) cooling component: cooling elements in cavity side; (c) cooling component: cooling elements in core side; (d) the set of relations. 4. 算法識(shí)別 在超二次曲面裝配之前，適合的點(diǎn)必須先被識(shí)別。這個(gè)如同計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究 學(xué)中的分割問(wèn)題一樣。進(jìn)程識(shí)別算發(fā)，我們叫做遞推—揮手—選者—提煉的方法 是從 Leonardis 在文獻(xiàn)[47]中所提到的回收—選者方法中所得到的啟發(fā)而來(lái)。進(jìn)程識(shí)別 方法主要有以下三個(gè)主要方面：（ⅰ）啟發(fā)式的選者幫助控制已確定的超二次曲面的重 疊。（ⅱ）作為重疊控制的結(jié)果，識(shí)別算法遞歸引用，每一步遞歸工序歸整為整個(gè)過(guò)程 的一部分（ⅲ）細(xì)化步驟以克服“過(guò)度”問(wèn)題。 遞歸初步識(shí)別算法開(kāi)始于一組數(shù)組 M = {M 0 }由單一的M 0 組合成整個(gè)塑料部分S0 網(wǎng) C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 10 絡(luò)M 0 首先間隔成區(qū)域 ={ R1 , R2 … Rn }。每個(gè) Ri 是M 0 的非空集的子集。這些集合僅 僅是M 0 中的一部分構(gòu)建而成，然后新構(gòu)建的集合分割成更小的集合。在非空集中的 ' ' '' ' ' '' ' ' '' ' '' ' '' ' 中 M = M U R 的網(wǎng)絡(luò)元素不 屬于 。如果 M 是 空集，那 M 就 是 ' ' ' 在 中的 Q 是一個(gè)相應(yīng)冷 卻特征中的形狀組件。因此，組合{ S }包含 所有 S ，S 是在第三節(jié)所 討論的需要在第一部 分進(jìn)行分析的 中分離 出來(lái) 的。對(duì)應(yīng)于 S 的每個(gè)冷 卻組件和對(duì)應(yīng)于 的冷 卻系 統(tǒng)都可以從第三部分 的 所有網(wǎng)格元素都被當(dāng)成一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域Ri 。因此每個(gè)Ri 是一個(gè)逼近于S 子集合Si 的 集合。值得注意的是這個(gè)區(qū)域應(yīng)該生成一個(gè)很大的區(qū)域，好有利于隨后的分割過(guò)程有 足夠的空間。在分割時(shí)，每個(gè)R1 由毗鄰網(wǎng)絡(luò)元素Ri 邊界的網(wǎng)絡(luò)元素生成。超二次曲面 Qi ，包括在Ri 上的所有點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程重復(fù)多次，最后形成一個(gè)集合R = { R1 , R2 …. Rn } 和超二次曲面 = {Q1,Q2 ...Qn }。從 中，子集 由從 M 0 中選擇最佳的超 二次 曲面 組成。最后，一個(gè) 的子集 由僅 僅包含 R j 的區(qū)域組成，此時(shí) Qi 在 中，即 ={ R j ︱ Rj and Q j }。那些生 張和選擇階段接著 會(huì)重復(fù)出現(xiàn) 所有 區(qū)域中。當(dāng)所有選擇 的區(qū) 域不能進(jìn)一步生長(zhǎng)時(shí) ，分 割過(guò)程終止。 分割的結(jié)果 是形成一個(gè) 最接近 M 0 的 超二次曲 面集合 和組合 相應(yīng) 區(qū)域 。雖然 是最接近 M 0 的集合，但不完全接近整個(gè) M 0 。這個(gè)差異組 合 i 整 個(gè) 塑 料 部 分 S ， 屬 于 ， 否 則 的 話 就 可 以 成 立 一 個(gè) 新 的 網(wǎng) 絡(luò) M = {M 1, M 2.. ..M n }，每個(gè) M i 包括的網(wǎng) 格元素是 相聯(lián)系 的。也就 是說(shuō)， 對(duì) 所有 ei M k 已 知 ej M k ， ei 和 e j 都 是毗鄰 的。這 時(shí)識(shí)別 算法就 會(huì)遞歸 引 用產(chǎn) 生新的 M 。 下面是算法的偽代 碼列表。當(dāng)算法終止， 組合 f 將包括所有的最 接 近整個(gè)部分 的超二次 曲面和 f 相對(duì)應(yīng)的 區(qū)域。在 Ri 中每個(gè) f 是子集 Si 的 一個(gè) 近似值。 i i i i i 到解 釋。 運(yùn)算法：識(shí)別 Input:a lis t of meshes M = {M1 , M 2 ....M n } Output:< f , f > Where f is a list of regions f is a list of superquadrics BEGIN For each M i M R ? Partition( M ) C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 11 '' ' < R ,Q > ? Segmentation(R) ' f f ? ? ' f f '' U Q U R '' M ? New _ mesh _ set(M i ,.R ) '' If M < R ,Q ' >? Re cognition( M ' ' ) f f ? ? f f '' U Q U R end if end for return < END f , f > Fig. 7. A second example of feature template. (a) shape component; (b) cooling component: cooling elements in cavity side; (c) cooling component: cooling elements in core side; (d) the set of relations. C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 12 is a list of s uperquadrics ={Q ,Q ,...,Q } 吹風(fēng)機(jī)的識(shí)別過(guò)程如圖 8 所示。代表吹風(fēng)機(jī)的網(wǎng)格初步劃分為 83 個(gè)區(qū) 域如圖 8（a）所示。圖 8（b）超二次曲面被安裝到這些開(kāi)始的區(qū)域。 這些區(qū)域進(jìn)一步生長(zhǎng)至一個(gè)新的更適合的曲面 C。圖 C 和圖 D 為生長(zhǎng)的 中間成果和選擇過(guò)程。生長(zhǎng) 和選擇過(guò)程結(jié)束于如圖 8（e）所示兩個(gè)超 二次曲面。圖 8（f）顯示的是對(duì)應(yīng)區(qū)域的網(wǎng)格元素。圖 8（g）顯示的 是不包 括在這兩個(gè) 區(qū)域中的網(wǎng) 格元素。這 些新元素形 成一個(gè)新的 網(wǎng)格 識(shí)別程序重新被調(diào)用，識(shí)別程序的最終結(jié)果如圖 8（h）所示。 它包含 三個(gè)與 吹風(fēng)機(jī)形狀 大約相似的 超二次曲面 ?？梢郧宄?的看到識(shí)別 程序 成功的 將吹風(fēng)機(jī)分 解為三個(gè)部 分：手柄； 電動(dòng)機(jī)和風(fēng) 扇安裝部分 ；安 裝加熱線圖的管狀部分。 4.1 分割 分割運(yùn)算的主要步驟概述如下 ps eudo-code。分割運(yùn)算分為以下三個(gè)主 要的階段：初級(jí)階段；生長(zhǎng)和選擇；細(xì)化階段。初步階段，嘗試對(duì)區(qū)域組 合中的每一個(gè)區(qū)域找到合適的曲面 。如果一個(gè)可接受的超二次曲面不適 合于任何一個(gè)區(qū)域 Ri ，把它從 中去除。結(jié)果為一個(gè) 的子集和一個(gè)對(duì)應(yīng) 的曲面集合 R。在這一階段，如果在配合程序中的平均錯(cuò)誤小于限定值最 大平均錯(cuò)誤將生成一個(gè)視為可接受的超二次曲面。 第二部分在 中的區(qū)域?qū)?huì)生張且一個(gè)新的曲面也會(huì)生成去配合這個(gè) 生長(zhǎng)的區(qū)域。生長(zhǎng)后，合適的曲面被選擇。生長(zhǎng)和選擇程序不停調(diào)用直到 所有曲面完全生長(zhǎng)。第二階段產(chǎn)生的結(jié)果是生成一個(gè)接近由 中的網(wǎng)格元 素所代表的塑料的超二次曲面集合。最后，每一個(gè)曲面被細(xì)化改善到逼近塑 料部分。 Algorithm: Segmentation Input: a list of init ial regions = {R1 , R2 ,...,Rn } Output:< , > Where is a list of grown region = {R1, R2 ,..., Rn } 1 2 n BEGIN /* fit initial superquadrics to the initial regions */ ? for each Ri in Qi ? Fit_superquadric( Ri ) C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 13 If Qi is acceptable ? U {Qi } Ri set to not_full_grown else ? -{Ri } en d if end for /* grow and select the superquadrics */ while there exists Ri s uch that it is not_ful- l_grown , ? Grow _ sup erquadric( , ) if all Ri ar e f ull_gr own , Selec t_grown_superquadric( , ) else , Selec t_superquadric ( , ) e nd i f end while /* refine the superquadric */ for each Qi and Ri Refine ( Qi , Ri ) end if return , END 4.2 生長(zhǎng) 整個(gè)網(wǎng)格部分初步被分割為很多小的區(qū)域。在分割過(guò)程時(shí)，它們必須生長(zhǎng) 到一定大小只有這樣僅僅一部分需要整步逼近。以下的 pseudo-code 為主要生 長(zhǎng)過(guò)程的順序。生長(zhǎng)過(guò)程的第一步是在沒(méi)有完全生長(zhǎng)的區(qū)域通過(guò)增加不在區(qū)域 Ri 的網(wǎng)格元素，但與 Ri 中的網(wǎng)格元素毗鄰。網(wǎng)格元素上的所有任意兩點(diǎn)之間 的距離小于從超二次曲面Q 到有關(guān)區(qū)域的定值。然后，需要阻止生成一個(gè)不能 近似超二次曲面的形狀區(qū)域。如果不毗鄰的網(wǎng)格元素能夠被加入到這個(gè)區(qū)域， 這個(gè)區(qū)域?qū)⑼耆L(zhǎng)。否則，四個(gè)曲面將再裝配到生長(zhǎng)的區(qū)域，3 個(gè)曲面用來(lái) 裝配主軸線區(qū)域，另一個(gè)曲面用來(lái)裝配原超二次曲面的主軸線。4 個(gè)曲面中的 最好的一個(gè)將被選中替換原來(lái)的曲面。如果最好的曲面是可接受的，生長(zhǎng)就認(rèn) C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 14 為成功了。選擇和確定的標(biāo)準(zhǔn)將在下一節(jié)討論。如果生長(zhǎng)成功原來(lái)的區(qū)域 Ri 將 被新的生長(zhǎng)區(qū)域所取代。原來(lái)的曲面Qi 也就被新的曲面替代。如果生長(zhǎng)不成 功，原來(lái)的區(qū)域 Ri 將填滿。然而，生長(zhǎng)區(qū)域和新的曲面被認(rèn)為是不可接受的， 但不會(huì)被丟棄。相反，它們會(huì)分別的增加一組新的曲面和一組新的區(qū)域，它將 進(jìn)一步生長(zhǎng)在下一次生長(zhǎng)重復(fù)以上步驟。這個(gè)非常重要，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明不可接 受的曲面它的曲面可以在下一步生長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)成為一個(gè)可接受的曲面，并且 可以在選擇步驟中被選擇。因此，如果一個(gè)不可接受的曲面沒(méi)有在進(jìn)一步的生 長(zhǎng)中生長(zhǎng)，這個(gè)識(shí)別算法對(duì)發(fā)現(xiàn)某些塑料中的特征應(yīng)該是失敗的。生長(zhǎng)步驟在 終止前將會(huì)重復(fù)特定次數(shù)。 Fig. 8. The recognition process for a hairdryer. C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 15 Algorithm: Grow_superquadric Input: a lis t of initial regions = {R1 , R2 ,....R n } a list of initial superquadrics Output: , = { Q1,Q 2 ,...,Q n } Where is a list of grown region = {R1 , R2 ,....R n } is a list of superquadrics BEGIN for i = 1 to grow_count = { Q1, Q2 ,...,Qn } for eac h region ' R i that is not_full_grown If ' Ri Ri ' ? Grow_region( Ri) /* grow a region */ i.e. Grow_region is successful */ if ' ' ' ' ' R Ri set to not_full_grown Qi Fit_superquadric( Ri ) Qi is acceptable Qi ? Qi i i else Ri set to full_grown ' end if ? ? ' U {Ri } C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 16 的。 全部分?jǐn)?shù)有兩個(gè)組 件組成：?jiǎn)为?dú)的分 數(shù) C 和相對(duì)分?jǐn)?shù) C 。每個(gè)組 當(dāng)前超二次曲面，當(dāng)嘗試裝配一 個(gè)新的超二次曲面添加元素時(shí)又 不增加 太多錯(cuò)誤。初始區(qū)域?qū)嶋H上需要 48 個(gè)生長(zhǎng)步驟才能達(dá)到完全生長(zhǎng)狀態(tài)。 圖 9（b）顯示的是一個(gè)位于手柄和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體聯(lián)接部 分的初始 區(qū)域。 最后一副圖顯示的是完全生長(zhǎng)的區(qū)域。與吹風(fēng)機(jī)的全部大小相比 完全生 長(zhǎng)區(qū)域要小。這是 意料之中的情況 ，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域包括來(lái)自兩個(gè) 不同形 狀特征的網(wǎng)格元素。這個(gè)區(qū)域最后 將被選擇 程序丟棄。事實(shí)上 生長(zhǎng)過(guò)程 在第 7 生長(zhǎng)步驟時(shí)就停止另外。事實(shí)表明位于兩個(gè)不同形狀特征 聯(lián)接部 分的區(qū)域經(jīng)過(guò)幾次重復(fù)選擇將被丟棄。 4.3 選擇和啟發(fā) 在初步分割過(guò)程時(shí)區(qū)域的數(shù)目是很大的。在每一個(gè)生長(zhǎng)步 驟沒(méi)有區(qū) 域會(huì)被丟棄且還會(huì)附加一些新的對(duì)應(yīng)于不 可接受的超二次曲面的區(qū)域。 因此，區(qū)域的數(shù)目 是不會(huì)減少的 。然而，事實(shí)上識(shí)別算法不得不 將整個(gè) 部分分割到很多區(qū)域中去，這樣 有利于對(duì)應(yīng)的超二次曲面找到最 近似的 部分。因此，選擇 必須在經(jīng)過(guò)一 些具體步驟 的侯選區(qū)域進(jìn)行。選擇是基 于以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：（i）如何成功的讓單獨(dú)超二次曲面逼近一個(gè)區(qū)域（ii） 怎樣更好的選擇一個(gè)超二次曲面組合去逼 近整個(gè)區(qū)域。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采取 措施首先要準(zhǔn)確的配合。其它措施將在稍后 介紹。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ，傾向于 找到最小數(shù)量且最適合整個(gè)部分的超二次 曲面。通過(guò)應(yīng)用 ，其中一個(gè)可 以控制所選的超二次曲面重疊。在 成長(zhǎng)階段 ，區(qū)域通過(guò)增加與 區(qū)域相毗 鄰的網(wǎng)格元素生長(zhǎng)。當(dāng)生長(zhǎng)程序應(yīng) 用與兩個(gè) 相毗鄰的超二次曲面時(shí)，這 兩個(gè)區(qū)域?qū)⒐蚕硪恍┩ㄓ玫木W(wǎng)格元素。結(jié)果在交叉的超二次曲面 里生成 重疊或者交叉的區(qū)域。 選擇方法的提議是基于與超二次曲面相關(guān)的全部分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)越高， 超二次曲面越好。如果分?jǐn)?shù)為負(fù)的 ，那么這個(gè)超二次曲面就是不 可接受 i 件的分?jǐn)?shù)有上面提到的那個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反映。當(dāng)單獨(dú)的分?jǐn)?shù)檢測(cè)單獨(dú)的 超二次 曲面是成功的，相對(duì)分?jǐn)?shù)基本上 是對(duì)全部分?jǐn)?shù)實(shí)施處罰當(dāng)超二次 曲面區(qū) 域與其他區(qū)域相交時(shí)。因?yàn)檫@個(gè)處 罰，當(dāng)全部分?jǐn)?shù)為正的超二次 曲面于 其它曲面重 疊時(shí)有可 能變?yōu)樨?fù) 的。給定 一組產(chǎn)生 于生長(zhǎng)算 法超二次 曲 面，選擇步驟的目 的是選擇一個(gè)分 數(shù)最高的 超二次曲面子集。這是一個(gè) 二次布爾運(yùn)算問(wèn)題，解決問(wèn)題的方 法有文獻(xiàn) [47]建議的算法。這節(jié)余下 的部分將討論確定組件分?jǐn)?shù)的方法和識(shí)別 算法的效果。 單獨(dú)分?jǐn)?shù)可以成功的檢測(cè)很多網(wǎng)格頂點(diǎn)將要逼近的超二次曲面，整 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 17 體準(zhǔn)確逼近和超二次曲面覆蓋范圍。覆蓋范圍可檢測(cè)已經(jīng)逼近的 超二次 曲面表面的面積比重。一個(gè)大的 覆蓋范圍意味著這個(gè)區(qū)域已經(jīng)被 大部分 超二次曲面的表面所逼近，這個(gè)是可取的 。覆蓋范圍的定義如下。 Fig. 9. The region growing and superquadric fitting steps in the segmentation process. (a) A region grows successfully to generate a superquadric that approximates the tubular feature of the hairdryer. The top row shows the growing region. The bottom row shows the corresponding superquadric. (b) A region located at the junction between the handle and the upper portion stops growing when a superquadric cannot be fitted to mesh elements that belong to both the handle and the upper portion. C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 18 定義 6（覆蓋 Qcov ）對(duì)應(yīng)于區(qū)域 R 的超二次曲 面 Q 的覆蓋范圍構(gòu)成網(wǎng)格 A i dq Q(R) Q = 元素組 ei ，i.e. R ={ e1, e2 ,… en Aq }定義如下： 式中 Aq 是Q 的總面積， dq 表示在 Q 上的一小部分。 A i 指 dqi 的面積。 Q(R)是 與 R 相似的子集,定義如下: Q(R) = { dqi | dqi Q e j R such that ︱dqi ， e j ︱< D m } 式中 I dq1 , 距離。 e3 I 表示 dq1 上任意點(diǎn)與e j 頂點(diǎn)距離的最大值， D m 是閥值，稱為配比 Ci 值是精確度方面的加權(quán)平均值，公式如下： Ci =[(1- P1 Qerr/ Qmax_err)-P2*(1-Qcov)]|R| 式中 Qerr 是擬合平均誤差，Qmax_err 是擬合誤差最大允許值，Qcov 是溢出值， |R|是 R 區(qū)域內(nèi)極點(diǎn)的總數(shù)目，P1 是擬合精度的加權(quán)因子，P2 是溢出值和 P1+P2 ≤1 兩者的權(quán)值。 權(quán)值 P1 和 P2 取值范圍[0，1]，用于對(duì)特征識(shí)別規(guī)范進(jìn)行調(diào)整。當(dāng) P1 接近 1，R 內(nèi)任意極點(diǎn)其間距大于或接近擬合誤差最大允許值時(shí)對(duì) Ci 都無(wú)影響，也就 是說(shuō)，選擇程序會(huì)用低平均擬合誤差值去選取超二次曲面，當(dāng)平均值小于 1 時(shí)， 加權(quán)因子 P2 對(duì) Ci 進(jìn)行補(bǔ)償，若 P2 很大，對(duì) Ci 的補(bǔ)償值也很大，因此，選擇程 序會(huì)用高平均擬合誤差值去選取超二次曲面。公式中|R|指引辨別程序去選取與 更大區(qū)域匹配的超二次曲面，這點(diǎn)與特征辨別能夠用很少的二次曲面辨認(rèn)出整個(gè) 制件特征的期望一致。 為計(jì)算任意兩個(gè)超二次曲面 Qi、Qj 的相交，引入相應(yīng)值 Cij 定義如下： Cij=[P1*Eij/Qmax_err-|Rij|/P3]/2 式中|Rij|是 Ri∩Rj 內(nèi)網(wǎng)格極點(diǎn)的數(shù)目，P3 是控制相交的權(quán)值（0≤P3≤1），Eij 是 Ei 和 Ej 中的大值，Ei 是相對(duì)于 Qi 在 Ri∩Rj 內(nèi)所有極點(diǎn)的總擬合誤差，Eij 和 Cij 增值之后將通過(guò)與 Ri∩Rj 相關(guān)的擬合誤差對(duì) Ci 進(jìn)行補(bǔ)償，至此，補(bǔ)償總 共出現(xiàn)兩次，Qi，Qj 內(nèi)各一次。 P3 用于調(diào)整辨認(rèn)算法，使其傾向多相交或少相交。若 P3 為 1，即使 Ri 和 Rj 完全重合，Qi 與 Qj 的總和也將得不到補(bǔ)償。若 P3 為 0.5，意味著 Ri 與 Rj 有 50%的重疊，而因它們的平均值高而擬合值低，仍可生成可接受的超二次曲面。 根據(jù)應(yīng)用例子，區(qū)域與超二次曲面的相交可能是我們想要的或不是想要的。 在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，少相交更恰當(dāng)。因?yàn)樗?jiǎn)化了合并分立冷卻系統(tǒng)成整體冷卻 系統(tǒng)的流程，因此，P3 值應(yīng)該小一些。然而，在整個(gè)分割流程中，它對(duì)超二次 曲面重疊與區(qū)域重疊的選取是不利的，分割流程的強(qiáng)度事實(shí)上取決于應(yīng)用大量的 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 19 區(qū)域，這時(shí)，區(qū)域允許增長(zhǎng)，最好的也被選取，若不允許區(qū)域重疊，在每一階段 則只有一小部分區(qū)域允許增長(zhǎng)，一些本應(yīng)被選取或最終變成特征的區(qū)域會(huì)在早階 段就被丟棄。為克服這一問(wèn)題，P3 值在分段流程中卻應(yīng)取大值，當(dāng)所有區(qū)域完 全增長(zhǎng)時(shí)，在最后的選擇中 P3 要變成適合于應(yīng)用的值。在分段流程中這是作為 兩種不同功能的選擇，選擇_增長(zhǎng)_超二次曲面（）和選擇_超二次曲面（）兩者 的算法見(jiàn)上節(jié)。 Fig. 10. An illustration of the refinement process: (a) the superquadrics before refinement; (b) the superquadrics after refinement; (c) the regions before refinement; and (d) the regions after refinement. 4.4 總結(jié) 在分割算法中，迭代不斷增長(zhǎng)，選取則不會(huì)結(jié)束直到所有區(qū)域增長(zhǎng)完全。一 個(gè)區(qū)域變得增長(zhǎng)完全要么是其已經(jīng)不能再增長(zhǎng)，要么是超二次曲面的擬合不可 行。在增長(zhǎng)過(guò)程中，不能通過(guò)超二次曲面描述的相鄰網(wǎng)格單元漸漸積累后，這兩 種情況就發(fā)生。它是緩慢出現(xiàn)的，因平均擬合誤差是隨相鄰網(wǎng)格單元的不停增長(zhǎng) 而積累的，也就是說(shuō)，增長(zhǎng)不會(huì)停在當(dāng)所有正確網(wǎng)格被找出后的那個(gè)地方，它只 會(huì)停在擬合誤差的累積值剛超出了平均擬合誤差的最小極限或者超出已經(jīng)達(dá)到 某個(gè)程度，我們稱這種現(xiàn)象為增長(zhǎng)過(guò)程中的溢出。 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 20 為消除這一現(xiàn)象，區(qū)域應(yīng)由增長(zhǎng)完全階段回退，以丟棄那些導(dǎo)致過(guò)度擬合誤差的 網(wǎng)格單元，在回退階段按時(shí)間的順序折回是不恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)閿M合誤差不隨時(shí)間而 被累積，這些不恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格單元包含于增長(zhǎng)過(guò)程的每一階段。因此，回退應(yīng)由界 線的地區(qū)開(kāi)始。當(dāng)我們探討如何形成一個(gè)界限時(shí)，原因是顯而易見(jiàn)的。在每一步 的成長(zhǎng)中，新增的齒合元素將變成區(qū)域的邊界元素。在下一步成長(zhǎng)中，如果區(qū)域 外面鄰近的元素與邊界成分的距離不到閾值，這些邊界元素將被鄰近的元素所取 代。因?yàn)橄噜弲^(qū)域外分子不能列入，一些邊界分子不能被取代。這意味著它們有 較高的電位（相對(duì)于其他地區(qū)的齒合元素），有大型裝配誤差。 從飽和區(qū)的邊界開(kāi)始的細(xì)化過(guò)程是通過(guò)重復(fù)的壓縮來(lái)達(dá)到的。在每次的壓縮中， 所有邊界的元素都被核對(duì)。邊界元素和相應(yīng)最接近的點(diǎn)的平均距離是確定的。如 果這個(gè)距離大于平均擬合誤差，邊界元素將被丟棄。核對(duì)完所有邊界元素之后， 一個(gè)新的邊界就形成了，而這個(gè)區(qū)域是壓縮的。一個(gè)新的超點(diǎn)就形成了，平均擬 合誤差也將被更新。這個(gè)壓縮過(guò)程將不斷重復(fù)直到達(dá)到下面三個(gè)條件中的任何一 個(gè)條件：（1）在壓縮中沒(méi)有邊界元素被丟棄；（2）平均擬合誤差不再發(fā)生變化； 或者（3）殘余的齒合分子少于豐滿區(qū)的特定比例。如果在成長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有邊輻 射，最后一個(gè)條件將用來(lái)判定壓縮過(guò)程的停止?？紤]到組成飽和區(qū)的齒合元素與 二次曲面的形狀非常相似，并且每個(gè)齒合元素都帶有小的擬合誤差。這個(gè)區(qū)的平 均擬合誤差將會(huì)很小，并且可以確定那些高于平均擬合誤差的邊界齒合元素。然 后，這些元素將被丟棄，一個(gè)新的二次曲面將會(huì)被安置。因?yàn)閾碛懈邤M合誤差的 元素被丟棄了，新的二次曲面擁有更低的平均擬合誤差。所以，重復(fù)壓縮持續(xù)進(jìn) 行直到較大比例的齒合元素遠(yuǎn)離飽和區(qū)。飽和區(qū)里保留的齒合元素的閾值將控制 壓縮進(jìn)程的終止。圖 10 是一個(gè)壓縮的例子。圖 10(a)是壓縮前的二次曲面。從中 可以看出二次曲面和圓柱部分的左上角有著很大的差別，并且二次曲面較低的部 分比所需要的要大。圖 10(b)是壓縮后的二次曲面。圓柱部分的改善非常顯著。 圖 10(c)可以看出陰影部分兩個(gè)區(qū)域的齒合元素和壓縮前相符。兩個(gè)區(qū)域都包含 許多不應(yīng)該有的齒合元素。圖 10(d)顯示了壓縮后獲得的區(qū)域。多數(shù)的本不該屬 于圓柱部分的齒合元素已經(jīng)被移除所以得到的二次曲面更好。圓柱部分和較低部 分的區(qū)域是經(jīng)過(guò) 2 或 4 步分離壓縮所獲得的。 5．設(shè)計(jì)和實(shí)踐實(shí)例。 一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃被實(shí)施去驗(yàn)證提議的識(shí)別算法和設(shè)計(jì)合成過(guò)程是否可行。程序是用 C++寫(xiě)的，在奔騰機(jī)中運(yùn)行。其中輸入是一個(gè)包含齒合圖象的文本文件。輸出是 包含控制命令的 C-Mold 文件。 C.L. L I Computer-A ded Des gn 33 (2001) 1073-1090 21 Fig. 11. Cooling system generated for the motor housing: (a) cooling system; (b) cooling system and the part; (c) mould wall temperature; (d) temperature difference; and (e) product data, material property and process condition used in the cooling analysis 我們用 EDS Unigrahics Ⅱ或 Solidwork 生成的制品模型，這些模型通過(guò)另一程 序（它利用網(wǎng)格管理員 AC1S 4.0 3D 工具箱）轉(zhuǎn)化成網(wǎng)格文件，它包括 1500--3000 的網(wǎng)格單元，設(shè)計(jì)合成流程要花 15--40 分鐘才能完成。 對(duì)電機(jī)護(hù)罩的設(shè)計(jì)合成結(jié)果見(jiàn)圖 11。電機(jī)護(hù)罩首先被分解成兩個(gè)部分見(jiàn)圖 1 （a）。合成程序生成的初始冷卻系統(tǒng)見(jiàn)圖 11(a)、(b)。冷卻系統(tǒng)由一個(gè)螺旋的 導(dǎo)流板和幾個(gè) U 型