Pro／E平台下基于特征映射的组合特征提取技术研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Research on Compounded Feature Extraction Technology Basedon Feature Mapping in Pro/E PlatformYANG Heqing ，CHEN Zhuoning ，YAN Xia0guang(1.School of Mechanical Science and Engineering，Huazhong University of Science and Technology，WuhanHubei 430074，China；2.Wuhan Kaimu Information Technology Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430223，China)Abstract：Feature extraction technology has great significance for information sharing and integration of CAD and CAM. The no·tion of compounded feature was defined for extracting design information in CAD systems reasonably. On this basis，the method to ex-tract compounded feature by feature mapping was discussed，the development process of compounded feature extraction in Pro/E plat-form was introduced.Finaly，the validity of the scheme was confirm ed by example。

Keywords：Feature mapping；Compounded feature；Feature extraction；Pro/E随着计算机集成制造技术系统的不断发展与广泛运用，对于CAD与CAM集成的要求越来越高。CAD文件包含了零件的设计信息，这些设计信息需要转化为制造特征才能为下游CAM系统所用。为了完成信息的传递与共享，于是引入了特征这-概念。特征提取是 CAD/CAM集成的关键技术，特征提取的技术水平很大程度上决定了CAD/CAM集成的水平，其中组合特征的特征提取-直是-个技术难点。组合特征是由简单特征组合而成，如槽、阶梯孑L、凸台等等。

作者将介绍-种基于规则与特征映射的组合特征提取方法：将设计零件进行拆分，重定义数据结构，制定相应的特征映射规则提取出组合特征。

1 特征与特征映射的概念关于特征的定义并不统-：具有-定拓扑关系的- 组几何特征图素生成的几何实体，并且对应于零件上的-个或多个功能特征信息，通过某种特定的加工方式加工成型 。特征应该是-部件的物理组元，具有-定拓扑关系的-组几何元素构成的形状实体，它对应零件上的-个或多个功能，能够被固定的加工方式加工成形 。虽然特征的定义不完全统-，但特征定义的共同点可以归结为：特征代表了零件几何形状的工程意义、装配与其他的机加活动。特征可分为非几何特征与几何特征。其中几何特征是指具有特定加工意义的可表达的实体。几何特征包括简单特征和组合特征。简单特征可由单-的几何表面表达，如平面、通孔、锥面等；而对于槽、阶梯孔、凸台等特征，将它们的组成表面作为-个整体来考虑更能表达其工艺意 。例如-个直槽由3个平面组成，这 3个平面是在同-个车削过程中加工而得，所以将这 3个平面作为-个组合特征并考虑其加工工艺。组合特征可以定义为由简单特征组合而成，并具有相对统-的加工方法特征。组合特征的提取是特征提燃术的重要组成部分，通过特征映射，原本分散的简单特征被识别为-个组合特征并代表-定的机加意义。

特征映射是特征提取的关键步骤。特征映射是以特征具有的多视域性为存在前提的，多视域性是指相同的几何形状由于观察角度 (即视域)的变化表达不同的意义。这种特征在不同的视域间的转换过程被收稿日期：2012-06-14基金项目：国家 863计划资助项目 (2007AA040502)作者简介：杨河清 (1988-)，男，硕士研究生，主要从事企业制造信息化的研究与应用。E-mail：yhqace###sina.eom。

第 13期 杨河清 等：Pro/E平台下基于特征映射的组合特征提燃术研究 ·129·称为特征映射 。这里所述的不同视域即为设计域和制造域，该过程可由图1说明。

零件CAD模型设计域零件几何信息件非几何信映射规则 - - - - - 制造特征制造域图 1 特征由设计域到制造域的映射组合特征映射的难点在于：如果映射规则设计得过于简单，则提取不够准确，容易把简单特征混淆成组合特征；如果映射规则设计得过于复杂，则规则条目过多，规则被证伪的可能性也相应变大。因此合理的设计映射规则就显得十分重要。

图2所示的直槽类特征由多个独立的面组合而成，这些独立的平面经过特征映射过程被识别为制造意义下的直槽。在识别组合特征时，特征映射技术要求不仅仅考虑单-的几何表面，还要考虑面之间的关系，考虑面所包括的环以及环中每-条边的属性，综合这些信息进而判断将哪些面组合在-起并识别为-个组合特征。要实现这-业务目标，需要将已有的实体进行拆分并重新定义原有的数据结构，同时制定相应的识别算法将拆分后的实体面进行重组得出准确的组合特征。组合特征的特征映射关键技术包括：组合特征分类，零件信息的读取与数据结构重定义，规则库的制定与特征识别算法设计。

图2 直槽特征识别实例2 组合特征的特征映射关键技术2.1 对组合特征进行分类几何特征必然是存在于设计零件之上，同时由于加工方法的限制，其几何形状并不是毫无制约或毫无规律的，可以按照加工方法与几何形状对特征进行归类，针对出现频率较高的特征进行集中研究。这样识别对象的范围也将会缩小，便于制定更为精细的规则进行识别而不至于产生规则证伪。同时将加工方法比较类似的特征归为-类，也有利于系统下游拈对特征进行工艺制定。

例如槽类特征，可按照加工方法将槽类特征分为：凹槽，直槽，环槽。凹槽：底面为平面，底面四周全封闭或三面封闭的槽。直槽：底面为平面，底面两端开放，另两端封闭的槽。而在实际的制造中，V形面砂轮越程槽、燕尾槽、T形槽、润滑槽都可以归为直槽类。环槽：底面为回转面的槽，如退刀槽。

就加工方法而言：凹槽是铣刀在底面内做前后或上下运动加工而成；直槽是铣刀做直线运动加工而成，且运动方向唯-；环槽则是车出的回转特征。

2.2 零件信息的读取与数据结构重定义现在以Pro/E为平台说明零件信息的读取与数据结构重定义的过程。Pro/E提供了二次开发工具Pro/Toolkit，利用 Pro/Toolkit提供的 API函数与 MicrosoftVisual C相结合读取零件信息，将所得的信息进行数据结构重定义并储存在中性XML文件中 。

在零件信息读取的过程中，按照BRep结构模式依次读取实体、面、环、边、点的信息。BRep是-种常用的三维实体表达法，即模型中包含实体，实体中包含面，面中包含环，环中包含边，边中包含顶点。其结构模式如图3所示 。

f实体 L.J 面 L.J 环 边 顶点f l(Solid)l I(Surface)I l(Loop)l l(Edge)l l(Vertex)I图3 BRep表达法的结构模式零件信息的读却是按照BRep结构模式遍历整个实体的过程：遍历零件实体模型的所有面；对于遍历的面，又要遍历该面的所有的环；对于遍历的环，又要遍历该环的所有的边。信息读取流程如图4所示：ProSufacedataContourArrayGetProContourdataEdgeldArrayGetProEdgedataGet图4 零件信息读取流程对于已读取的零件信息，还需要进行数据结构的重定义。数据结构依照BRep表达法的结构模式定义了面、环、边的存储单元。存储单元由容器来实现，面存储单元中包括面的各种属性与环存储单元；环存储单元中包括边存储单元与环的各种属性；边存储单元中包含了边的各种属性。数据结构的层次图如图5所示。

厂环容器边容器面的各种属性，如面ID面的粗糙度，面法矢等环的各种属性，如环的ID，环在此面的方向，是内环还是外环等边的各种属性，如面ID，边的凸凹性，在此面的方向等图5 BRep式数据结构层次图· 130· 机床与液压 第 41卷就定义的属性而言，这些属性包括了面、环、边的基本信息，如：面 ID，面的粗糙度，环的类型，边的方向等，同时也定义了附加属性，如面与面的凸凹性关系，环的凸边与凹边个数、边的凸凹性等。

在组合特征识别的过程中，这些附加属性显得尤为重要，它们有助于判断面与面的关系，并最终识别出哪些面应组合到-起并识别为-个组合特征。下面由边的凸凹性与面的关系为例来说明附加属性及其应用。

如图6所示面 、面 ，两面交线为AB，面F1在交线上的法向量为Ⅳ ，面 在交线上的法向量为Ⅳ2。以AB所在的环在面 F2中的方向取向量 y 。则对于边AB的凸凹性可做如下判断：(1)取向量 VN2×N ；(2)取AB所在的环在面 中的方向为向量 V ；(3)如果所得向量 的方向与 y。相同，则AB为凸边，面 与面 为凸关系。如果所得向量y的方向与 相反，则AB为凹边，面 与面 为凹关系。如果 y为零向量，则AB为相切边，面 F。

图6 边的凸凹性判断示意图已获得并重定义类结构的零件信息按照队列的形式储存在XML文件中。之后系统将直接从 XML文件中读取信息，这些信息经过特征识别规则映射而最终转化为制造信息。 、2.3 组合特征识别的遍历流程与映射规则设计获取零件信息与重定义数据结构之后，需要按照- 定的流程遍历这些分散的体素，并通过相应的映射规则对分散的体素进行判断并最终提取出组合特征。

对于不同的组合特征，它们的映射规则显然是不相同的，但是遍历分散体素的流程却大同小异，即运用循环遍历式的方法找出符合要求的特征面：通过自动或手动的方法确定组合特征的-个初始基准面，将初始基准面放入特征队列，此时特征队列指针为空；遍历指针所指的特征面的邻面，符合识别规则的面加入特征队列 ，如果特征队列还未处理完，特征队列指针加1，直至遍历终止；最后手工添加或删除特征面，对识别结果进行确认。遍历流程如图7所示。

Y指定初始面，定义特征队列 ，特征队列指针的初始值为null动添加或 、时除特征面/ / 手动添加或 l删除特征面 l遍历结束加入特征队列要 罗 指针加1，指针指向新的当前面二二[ 遍历当前面的所有邻面Y/邻面满足 、、 射规则 -- / 舍弃该判定面图7 组合特征识别的-般流程映射规则由分层级的规则库组成，底层由极其细小的规则构成，如：判断面是否为平面，判断两条直线是否平行，判断两条直线是否垂直。上层则是将底层细小规则组合后的识别规则，如直槽特征识别、圆柱面特征识别等。现以直槽为例来说明具体组合特征识别的映射规则。首先分析直槽的结构特征，由于加工方法的限制，直槽的底面两端开放而另两端封闭，同时直槽所有的特征面都应该与刀具的运动方向平行。直槽的映射规则如图8所示。

r定义手工指定的初始面的凹边作为刀具路径方向，取出当前面进行遍历界线平行于～ 墅Y面已是特征面 -、 - - - - N- - - 面为平面或圆柱面 - / IYNYN邻面为 曲面<二妻絮 蓑裳譬 票 二 鬣 广 关系或收敛凸关系!-，- 具路径方向判定为 I 丫 亘I N1 N ----- 厂 ]舍弃当前面的邻面图8 直槽的映射规则3 直槽识别运行实例按照上述方法完成开发，在机加系统中打开带有燕尾槽特征的零件模型文件，系统读取设计零件信息并重定义数据结构，所得结果储存在 XML文件中。

用户选择直槽特征提取并根据提示选择初始基准面，第13期 杨河清 等：Pro/E平台下基于特征映射的组合特征提燃术研究 ·131·系统读取XML文件自动遍历模型各面并进行特征面的判断，自动遍历完成后需要用户判断是否需要手动添加或删除特征面，最终的识别结果高亮显示。测试模型的特征提柔果如图9所示。

图9 直槽特征提柔果显示零件三维模型上燕尾槽的特征被高亮显示，图9右侧则列出了零件上的所有特征并记录了各个特征的尺寸、公差、表面粗糙度等信息。

4 结束语三维零件的组合特征提取是 CAD/CAM集成的关键问题，对于获得 CAD文件中的设计信息并为下游各系统所用具有重要意义。讨论了组合特征提取中数据结构的重定义、零件信息读娶组合特征映射等关键技术，后续将根据提取的组合特征信息进行工艺决策生成加工工艺。