一种基于STEP-NC相交特征自动识别方法技术

一种基于STEP-NC相交加工特征的自动识别方法，包括加工特征邻接图的构造、相交特征的判定、相交特征的分割、加工特征的匹配及加工特征的STEP-NC表示。首先，采用基于图和痕迹相结合的方式来识别相交特征，这里的痕迹是指特征因为相交而产生的凸边，为保证特征之间不能包含公共体积，尽可能的减少生产的独立特征以及优先处理特征基面的原则，构造了有序相交特征拆分因子队列；其次，在特征匹配的时候，对加工特征进行编码，借助当前比较成熟的数据库查询技术识别出加工特征，避免了可能出现非常耗时的子图匹配算法。最后，根据ISO10303-238协议，将识别出的加工特征以隐性方式存储与STEP文件中，为后续CAPP和CAM提供一致性接口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于STEP-NC相交特征自动识别方法。
技术介绍
传统CAD所建立的零件建模一般只包含纯几何拓扑信息，如顶点、边、面以及它们之间的几何关系等。加工特征识别是将这些纯几何信息表示的几何形体转换为具有特定意义的加工特征。近些年来，尽管三维CAD已经逐步采用基于设计特征的建模技术，然而由于设计特征并不总是携带CAPP系统所必须的制造信息。因此在CAPP系统中，加工特征识别是首先应当完成的必要步骤，同时在CAD/CAPP/CAM —体化过程中，不论CAD输出是纯几何信息或者是基于设计特征建模技术生成的设计特征模型，特征识别都可以自动地识别出零件的加工特征，提供了智能转换接口。在特征识别中，一些特征由于之间的几何交叉，造成原特征的边和面丢失或者不完善，形成了一个复杂的几何形体，此类几何形体称为相交特征。到目前为止，比较成熟的相交特征识别方法可以被认为是以下三类方法之一或者其中两个组合而成基于图，基于痕迹或者体积分解方式。这些相交特征识别方法存在一下缺陷 方法在识I) 一些研究者采用添加虚链的方法来提高基于图的特征识别别相交特征方面的能力。这里虚链是指因特征发生相交而丢失的面邻接关系。此类方法存在的问题是不能确保添加虚连接都是正确的，最终需要采用子图匹配来识别出特征，而子图匹配是NP问题，非常耗时。2)基于痕迹的特征识别方法是上世纪90年代提出的。特征痕迹是指一个特征在零件模型中存留的信息。在特征发生相交后，特征的完整边界模式就已经不存在了，但是只要它是零件的一个特征，就一定在零件模型中留有痕迹。相对于其它方法，此类方法能更好的识别相交特征。但是它同样有自己的缺点，比如找出的一个特征痕迹未必能识别出一个特征，对于复杂特征很难找到一个合适的痕迹，同时特征痕迹依赖与具体的特征类型，很难添加新的特征类型。3)体积分解方式主要分为两大类基于立体交替与分解方式和基于单元体方式。此类方法对零件模型分解成凸体集合，然后重新组合，理论上能够识别任意相交特征。但它不能保证得到正确的加工特征，更不可能直接得到想要的加工特征，并且计算量相当大。4)基于图和痕迹的方法中，比较典型的是以最小子图为痕迹找出相交特征。在该算法中存在的问题是首先在添加虚链的时候，将最小子图中的某些凸边当作无用边而排除在外并不是很合理，因为这些凸边本来就是由于特征相交而产生的；其次是一般识别出来的各个特征之间会存在公共体积，在处理公共体积时只能随机从一个已识别出来的特征出发，逐个解决公共体积问题，与此时还会出现新的特征。为了促进制造业的发展完美的实现CAD/CAPP/CAM —体化，1997年欧共体通过OPTIMAL计划，首次提出了 “STEP-NC”概念，STEP-NC是面向现代计算机数控系统的一种新的CAM/CNC数据接口规范，用以取代沿用已久的IS06983 (G代码)。相交特征自动识别在STEP-NC中也是非常重要的步骤，但是目前国内外在此上研究的比较少。STEP-NC中相交特征的识别和传统上相交特征的识别是有所区别的它不是采用显性方式而是隐性方式来描述加工特征，即我们只需要获取特征的相关参数就可以了，最终加工特征表示与原几何模型没有直接联系。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有相交特征识别算法存在的问题以及其在STEP-NC中应用问题，本专利技术提供一种基于STEP-NC相交特征自动识别方法。采用的技术方案是 一种基于STEP-NC相交特征自动识别方法，包括需完成的加工特征邻接图的构造、相交特征的判定、相交特征的分割、加工特征的匹配及加工特征的STEP-NC表示的必要步骤。其步骤如下 一、加工特征邻接图的构造 (1)首先提取CAD系统生成的中性文件即STEPAP203文件获取类型为ADVANCED_FACE的所有实体，获取每一个ADVANCED_FACE实体的几何性、坐标和法向等信息，建立一个ALVertex对象并将它插入EAAG的顶点列表中。然后遍历ADVANCED_FACE的每一个子实体对象，得到类型为Oriented_edge的有向边列表,获取每一个0riented_ edge实体的端点、几何性、坐标和方向等属性，并计算Oriented_edge的凹凸性,建立一个ALEdge并将其插入到EAAG中对应ALVertex下的边节点列表中； (2)加工特征邻接图(MFAG)是在扩展属性邻接图(EAAG)中删除零件外轮廓面所表示的结点后形成的连通子图，其外轮廓面判定 dD首先，获取EAAG中的面节点列表ALGVertex ,遍历每一个面节点,如果面节点的邻接边都是凸边，则该面可能是外轮廓面，如果面节点的邻接边存在凹边，则该面为加工特征面； 0其次，获取所有可能是外轮廓面的法向量，记为NV。NV中的法向量不重复，即相同外轮廓面的法向量在NV中只记一次； ③最后，遍历所有可能是外轮廓面的面节点，对于一个NV，如果有多个可能外轮面法向与其一致，只有在NV方向上最外面的面节点是轮廓面，其它面节点是加工特征面； (3)当识别出加工特征面和外轮廓面之后，将EAAG中所有外轮廓面删除。为了保持加工特征面的几何结构完整性，与外轮廓面相连的凸边并不删除，只标记它为虚边。在EAAG的外轮廓面被删除之后，一般会形成多个连通子图，这些连通子图就是加工特征邻接图。二、相交特征的判定，是通过判断加工特征面上是否包含凸边来识别的，分下列情况判定 (I)在多面体零件中，连接两个相邻面的边一般都是凹边和凸边，有时为了避免应力集 中或方便加工，使用光滑的曲面代替多面体中出现的尖角设成光滑的过渡边，对于光滑的过渡边凹凸性的判断如果边的两个相邻面都是凹面，或一个是凹面另一个是平面，则认为该边为凹边；如果边的两个相邻面都是凸面，或一个是凸面另一个是平面，则认为该边为凸边；如果边的两个相邻面，一个是凸面，一个是凹面，则认为该边为中性边。(2)在3D建模时，若在这个3D模型上移除规则的体积，如加工槽、孔或阶梯等所移除的材料体积，就形成了 STEP-NC所定义的基本特征，这些特征与3D模型的轮廓面相交，且相交的边也都是凸边，有时为了满足设计的需要，在这个特征的基础上又移除了部分规则体积得到另一个特征，这两个相交特征相交的边界同样都是凸边，其实在形成相交特征时，3D模型上既形成了新的凹边也形成了新的凸边，但只有在相交边界上的边是凸边，其它地方是凹边，据此可以通过搜索面的凸边来判断是否存在相交特征； 三、相交特征的分割 (I)是通过添加虚连接(VF)弥补因特征相交而丢失的面和边，消除加工特征上的凸边，因为加工特征面上的凸边是由特征相交产生的，所以当该邻接图中不在包含凸边时就说明相交特征分离完毕。虚连接是由两个位置和形状都相同但是法向相反的平面构成，记为(VF+, VF-)。这样添加的虚连接不会对几何形体的整体产生实际影响，因为VF+和VF-相互抵消。对于复杂的相交特征构造的虚连接时，可能使得虚连接之间形成新的凸边，然而新的凸边的数量是收敛的，重复添加虚连接之后就会最终消去所有凸边。(2)因为特征每一条凸边都是由两个加工特征面所共享，添加虚连接时首先要确定它的依赖特征面，如果选择的依赖特征面不合理，则会引起识别出来的特征不合理甚至完全不符合要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒启林，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：