面向三坐标测量机应用的检测特征自动提取和识别

　　0　引言

　　检测规划的自动制定和智能化是三坐标测量机(CMM)发展的趋势,它包括检测特征的自动提取和识别、测量点和测量路径的自动生成、代码输出等模块。其中,检测特征的自动提取和识别,即从零件的CAD模型中自动提取出所有公差信息,包括公差大小、类别、对应的几何要素,并由CMM系统自动进行识别,是整个检测规划系统的基础。

　　1现状分析

　　测量环节的第一步是明确测量任务,即定义检测要素,并获取与之相关的公差要求。在定义检测要素时,目前两种常用的手段如下:

　　(1)手工编制　由零件的三维模型生成二维工程图纸,检测人员在上面标识出待检测的要素,并编写待测要素列表,交由编程人员编写数控代码。

　　(2)交互式图形定义　将零件的三维模型导入CMM软件中,检测人员根据标记好的二维工程图纸,在三维模型上选择待测要素,并输入公差等信息。

　　这两种手段共同的缺点是:由于几何和公差数据表达方式的不同,设计环节中已定义好的公差信息无法直接被检测环节利用,而必须由检测人员重新手工识别,造成不必要的重复性劳动,同时人工的参与也导致出错率的增大。如果能够从零件模型中自动提取出检测特征,并保证被CMM自动识别,上述问题便能迎刃而解。

　　2检测特征提取

　　公差在设计模型中的表达方式,决定了检测特征自动提取的难易程度。通常,公差是以文本或符号形式标注在二维工程图中的,它们不具备语义信息,或者仅仅与工程图中的点、线等图元有关联,因而无法直接从公差得到与之相关联的几何要素。虽然利用三维模型和二维工程图在数据存储上的一致性,可以建立公差和三维几何要素之间的联系[1],但依然存在以下问题:①由于从二维图元映射回三维实体时具有多义性,因而必须设定复杂的规则对可能的映射结果进行筛选;②对自由曲线和曲面求解较困难。

　　特征是描述产品信息的集合,它包括形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征,特征的引入为几何实体赋予了工程含义[2]。把公差定义为特征附加在几何要素上,以CAD模型作为存储载体,一方面实现了几何和公差信息的统一,另一方面,公差作为特征,具有语义的要素,它与几何要素之间的唯一关联使得检测特征的自动提取成为可能。

　　3　检测特征识别

　　CAD与CMM系统间通过STEP、IGES等中性文件来交换数据,几何拓扑信息的输出和读取能顺利地完成,但限于CAD或CMM系统所提供的功能,由CAD系统输出的中性文件中即便包含公差信息,也往往不能直接被CMM系统识别。因此,造成了数据传递过程中公差信息的丢失。