Pro/E平臺(tái)下基于特征映射的組合特征提取技術(shù)研究

　　特征提取技術(shù)對(duì)于信息的共享與CAD/CAM的集成具有重要意義。為了合理地提取CAD系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)信息，給出了組合特征的概念，在此基礎(chǔ)上討論了通過(guò)特征映射提取組合特征的方法，介紹了Pro/E平臺(tái)下的組合特征提取的開發(fā)過(guò)程。最終的提取結(jié)果驗(yàn)證了提取方案的合理性。

　　隨著計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展與廣泛運(yùn)用，對(duì)于CAD與CAM集成的要求越來(lái)越高。CAD文件包含了零件的設(shè)計(jì)信息，這些設(shè)計(jì)信息需要轉(zhuǎn)化為制造特征才能為下游CAM系統(tǒng)所用。為了完成信息的傳遞與共享，于是引入了特征這一概念。特征提取是CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)，特征提取的技術(shù)水平很大程度上決定了CAD/CAM集成的水平，其中組合特征的特征提取一直是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。組合特征是由簡(jiǎn)單特征組合而成，如槽、階梯孔、凸臺(tái)等等。作者將介紹一種基于規(guī)則與特征映射的組合特征提取方法:將設(shè)計(jì)零件進(jìn)行拆分，重定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，制定相應(yīng)的特征映射規(guī)則提取出組合特征。

1、特征與特征映射的概念

　　關(guān)于特征的定義并不統(tǒng)一:具有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何特征圖素生成的幾何實(shí)體，并且對(duì)應(yīng)于零件上的一個(gè)或多個(gè)功能特征信息，通過(guò)某種特定的加工方式加工成型。特征應(yīng)該是一部件的物理組元，具有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實(shí)體，它對(duì)應(yīng)零件上的一個(gè)或多個(gè)功能，能夠被固定的加工方式加工成形。雖然特征的定義不完全統(tǒng)一，但特征定義的共同點(diǎn)可以歸結(jié)為:特征代表了零件幾何形狀的工程意義、裝配與其他的機(jī)加活動(dòng)。特征可分為非幾何特征與幾何特征。其中幾何特征是指具有特定加工意義的可表達(dá)的實(shí)體。幾何特征包括簡(jiǎn)單特征和組合特征。簡(jiǎn)單特征可由單一的幾何表面表達(dá)，如平面、通孔、錐面等;而對(duì)于槽、階梯孔、凸臺(tái)等特征，將它們的組成表面作為一個(gè)整體來(lái)考慮更能表達(dá)其工藝意義。例如一個(gè)直槽由3個(gè)平面組成，這3個(gè)平面是在同一個(gè)車削過(guò)程中加工而得，所以將這3個(gè)平面作為一個(gè)組合特征并考慮其加工工藝。組合特征可以定義為由簡(jiǎn)單特征組合而成，并具有相對(duì)統(tǒng)一的加工方法特征。組合特征的提取是特征提取技術(shù)的重要組成部分，通過(guò)特征映射，原本分散的簡(jiǎn)單特征被識(shí)別為一個(gè)組合特征并代表一定的機(jī)加意義。

　　特征映射是特征提取的關(guān)鍵步驟。特征映射是以特征具有的多視域性為存在前提的，多視域性是指相同的幾何形狀由于觀察角度(即視域)的變化表達(dá)不同的意義。這種特征在不同的視域間的轉(zhuǎn)換過(guò)程被稱為特征映射[5-6]。這里所述的不同視域即為設(shè)計(jì)域和制造域，該過(guò)程可由圖1說(shuō)明。

圖1 特征由設(shè)計(jì)域到制造域的映射

　　組合特征映射的難點(diǎn)在于:如果映射規(guī)則設(shè)計(jì)得過(guò)于簡(jiǎn)單，則提取不夠準(zhǔn)確，容易把簡(jiǎn)單特征混淆成組合特征;如果映射規(guī)則設(shè)計(jì)得過(guò)于復(fù)雜，則規(guī)則條目過(guò)多，規(guī)則被證偽的可能性也相應(yīng)變大。因此合理的設(shè)計(jì)映射規(guī)則就顯得十分重要。

　　圖2所示的直槽類特征由多個(gè)獨(dú)立的面組合而成，這些獨(dú)立的平面經(jīng)過(guò)特征映射過(guò)程被識(shí)別為制造意義下的直槽。在識(shí)別組合特征時(shí)，特征映射技術(shù)要求不僅僅考慮單一的幾何表面，還要考慮面之間的關(guān)系，考慮面所包括的環(huán)以及環(huán)中每一條邊的屬性，綜合這些信息進(jìn)而判斷將哪些面組合在一起并識(shí)別為一個(gè)組合特征。要實(shí)現(xiàn)這一業(yè)務(wù)目標(biāo)，需要將已有的實(shí)體進(jìn)行拆分并重新定義原有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)制定相應(yīng)的識(shí)別算法將拆分后的實(shí)體面進(jìn)行重組得出準(zhǔn)確的組合特征。組合特征的特征映射關(guān)鍵技術(shù)包括:組合特征分類，零件信息的讀取與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重定義，規(guī)則庫(kù)的制定與特征識(shí)別算法設(shè)計(jì)。

圖2 直槽特征識(shí)別實(shí)例

4、結(jié)束語(yǔ)

　　三維零件的組合特征提取是CAD/CAM集成的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于獲得CAD文件中的設(shè)計(jì)信息并為下游各系統(tǒng)所用具有重要意義。討論了組合特征提取中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重定義、零件信息讀取、組合特征映射等關(guān)鍵技術(shù)，后續(xù)將根據(jù)提取的組合特征信息進(jìn)行工藝決策生成加工工藝。