黃 毅，張為民,2

（1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 201804；2.同濟(jì)大學(xué) 中德學(xué)院，上海 200092）

0 引言

特征識(shí)別是數(shù)字化制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM溝通的有效途徑。特征識(shí)別，是從產(chǎn)品的實(shí)體模型出發(fā)，自動(dòng)地識(shí)別出其中具有一定工程意義的幾何形狀，進(jìn)而生成產(chǎn)品的特征模型[1]，過程如圖1所示。傳統(tǒng)的特征識(shí)別方法難以處理較復(fù)雜的模型，本文從并行工程的基本觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)復(fù)雜特征采用有效的識(shí)別方法，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段同時(shí)考慮和解決生產(chǎn)工程中工藝過程設(shè)計(jì)的問題。

特征識(shí)別面臨相交特征和復(fù)雜特征識(shí)別難、特征識(shí)別方法魯棒性不足等問題。為此，本文提出一種以特征知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為識(shí)別過程核心和基礎(chǔ)，基于立體分解和基于邊界匹配相結(jié)合的特征識(shí)別方法，以此來(lái)嘗試解決工程中的實(shí)際特征識(shí)別問題。

1 特征識(shí)別方法種類

1.1 基于邊界匹配的特征識(shí)別

每一類特征都有其一定的邊界模式,通過搜索零件的邊界模型，尋找符合特征邊界模式的區(qū)域，進(jìn)而識(shí)別出零件中包含的所有特征。這類方法統(tǒng)歸為基于邊界匹配的特征識(shí)別方法,也是最早出現(xiàn)的特征識(shí)別方法[2]。

1.2 基于立體分解的特征識(shí)別

如圖 2所示，基于立體分解的特征識(shí)別方法可分為原子特征（Atomic Feature，AF）和復(fù)合特征（Compound Feature，CF）。其中原子特征AF是一些可以用一組事先定義的參數(shù)描述的基本形狀，如孔、槽等，復(fù)合特征CF則是原子特征的組合[3]。

1.3 復(fù)雜特征識(shí)別方法

基于邊界匹配的特征識(shí)別方法靈活簡(jiǎn)單，而基于立體分解的特征識(shí)別方法有更高的識(shí)別速度和識(shí)別率優(yōu)勢(shì)，以下采取了結(jié)合兩者的嘗試，以此發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。

立體分解的特征識(shí)別。其識(shí)別過程一般有以下步驟：

1）搜索產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)庫(kù)，匹配特征的幾何/拓?fù)漕愋停?/p>

2）從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取已識(shí)別出的特征實(shí)體；

3）確定特征描述參數(shù)；

4）構(gòu)造特征幾何模型；

5）對(duì)能夠合并成組合特征的基本特征進(jìn)行組合[4]。

建立特征分類數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)立體分解識(shí)別方法，零件能分解出一定數(shù)量的基本特征，此類特征有規(guī)則性，也即可通過建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行識(shí)別。這樣的特征在數(shù)據(jù)庫(kù)中可包括[5]：

1)孔 (HOLE Features)、盲孔 (POCKET Features)、階梯孔(STEP1,2,3,4,5Features)。例如STEP3POCKET表示一個(gè)有3個(gè)階梯的盲孔，它的第一個(gè)直徑比第二個(gè)的大，第二個(gè)的比第三個(gè)的大；STEP3HOLE1表示有3個(gè)直徑的孔特征，第三個(gè)直徑大于其他兩個(gè)。

2）槽特征（Slot）和部分插槽特征(Partial Slot)。

3）角缺口特征(Corner Notches)。

4）側(cè)缺口特征(Side Notches)。

5）軸向槽特征（Axial Grooves）。

6）凸起特征（Bosses）。

7）面特征（Surface）。

8）內(nèi)輪廓特征（Inside Profiles）、外輪廓特征（Outside Profiles）、內(nèi)槽特征（Inside Grooves）等。

圖 3中列出了一些通過此步驟可識(shí)別的常見基本特征種類，特征種類數(shù)據(jù)庫(kù)是基本特征識(shí)別的基礎(chǔ)，特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立得越詳細(xì)，也將越容易進(jìn)行特征識(shí)別。

建立零件的幾何模型，進(jìn)行特征識(shí)別，幾何模型的精細(xì)程度同樣也將決定特征識(shí)別的效率，幫助提高前處理的速度。通過建立零件的幾何模型及基本特征數(shù)據(jù)庫(kù)，即可對(duì)零件進(jìn)行特征識(shí)別。

應(yīng)用基于特征的特征識(shí)別，在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索，提取已識(shí)別出的特征實(shí)體，確定特征描述參數(shù)，構(gòu)造加工特征幾何模型。過程中還可包括一系列特殊方法，如：

1）應(yīng)用符合條件的其它項(xiàng)目的模型和特征及公差進(jìn)行識(shí)別，提高特征識(shí)別的效率；

2）根據(jù)已有的模型進(jìn)行修改，直接添加已知類型的基本特征?；蛳冉⒓庸ぬ卣?，再通過添加基本模型完成零件模型。以這種方式覆蓋未受識(shí)別的特征。

應(yīng)用基于邊界的識(shí)別，完成優(yōu)化。

在根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)零件特征進(jìn)行識(shí)別后，不可避免地遇到特征識(shí)別不完全的情況。在此將對(duì)未識(shí)別的特征進(jìn)行基于邊界的特征識(shí)別方法，其基本步驟如下：

1）搜索零件的邊界表示，并將其特定部分與每一類特征的邊界模式進(jìn)行匹配；

2）確定已識(shí)別特征的參數(shù)，構(gòu)造完整的特征幾何模型；

3）對(duì)能合并成組合特征的基本特征進(jìn)行組合。

2 應(yīng)用實(shí)例

Tecnomatix 數(shù)字化軟件是一個(gè)基于特征的CAPP 系統(tǒng)，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)可以基于零件的實(shí)體表示通過交互選擇、自動(dòng)特征識(shí)別直至自動(dòng)生成刀具軌跡和NC 代碼，其特征識(shí)別模塊能夠識(shí)別復(fù)雜特征并把它們分層，提取的特征有簡(jiǎn)單特征和復(fù)合特征。

特征模型存在時(shí)，根據(jù)將要識(shí)別的特征類別在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行篩選，以提高自動(dòng)特征識(shí)別的效率。

特征模型存在，有部分特征沒識(shí)別時(shí)，通過交互式的特征識(shí)別，進(jìn)行特征的編輯。可用已經(jīng)識(shí)別出來(lái)的特征，也可用數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)存在的特征為模型建立新的特征，進(jìn)行參數(shù)確定；

不存在特征模型時(shí)，可通過以xml，step格式從外部導(dǎo)入特征。在這里以xml格式導(dǎo)入；

通過交互方式進(jìn)行復(fù)雜平面的特征識(shí)別。利用基于邊界匹配的特征識(shí)別方法來(lái)進(jìn)行識(shí)別。步驟如下：

1）選取將要進(jìn)行特征識(shí)別的類型為數(shù)據(jù)庫(kù)中的平面類型Sufance_Planner，長(zhǎng)寬方向尺寸公差為0.3mm，深度方向尺寸公差為0.1mm，粗糙度為 12.5μm；

2）選取與加工面相同的向量方向，并規(guī)定好加工余量；

3）建立選取的特征平面與加工平面的聯(lián)系，找出加工面的輪廓；

4）平面特征按照加工面的輪廓完成特征識(shí)別。

按此方法進(jìn)行的復(fù)雜平面特征識(shí)別在后面的加工中能自動(dòng)識(shí)別出來(lái)，并根據(jù)建立好的加工規(guī)則和資源庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化配置并進(jìn)行加工，生成刀具加工路徑并輸出APT代碼：

生成的APT代碼可通過相應(yīng)的后處理模塊生成相應(yīng)的NC程序，實(shí)踐證明此方法是可行的，并具有較好的魯棒性，解決了實(shí)際工程中的問題，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

在實(shí)際工程中利用基于邊界匹配和基于立體分解相結(jié)合的特征識(shí)別方法，提高了特征識(shí)別的準(zhǔn)確性和識(shí)別效率，基本上解決了基于特征的發(fā)動(dòng)機(jī)工藝CAPP系統(tǒng)信息輸入問題。比UG/CAM、Edgecam等傳統(tǒng)的CAM軟件自動(dòng)化程度更高，提高了生產(chǎn)效率，并為實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成開辟了新的途徑。

[1]王晨晴.發(fā)動(dòng)機(jī)制造的數(shù)字化工廠技術(shù)[D].上海: 同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院,2009.

[2]高曙明.自動(dòng)特征識(shí)別技術(shù)綜述: 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)[J],1998(3):281-288.

[3]張征宇.基于特征造型的CAD/智能CAPP集成系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)研究[D].成都: 西南交通大學(xué),2000.

[4]熊學(xué)文.STEP-NC車削加工特征提取及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究[D].武漢: 華中科技大學(xué),2005.

[5]Machining Line PlannerTM User Training.November 2006.