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基于B-rep的机加工特征识别方法

2024-04-1925DayinCMS

在计算机辅助设计(CAD)/计算机辅助制造(CAM)领域,开发用于识别机加工特征(machined features)的方法一直被看作是一个重要研究课题。识别这些特征的主要目的是建立 CAD 系统到 CAM 系统之间的直接联系,换言之,可以将 CAD 系统的输出直接作为 CAM 系统输入,以此提升 CAD/CAM 系统的综合效率。

在一个典型的 CAD 系统中,至关重要的一部分是实体建模器(solid modeller),其目的是以数字形式建立工件的三维模型。依托于实体建模方案(solid modelling schemes),研发人员可以为图形显示工件、有限元分析、群组技术(GT)编码和流程规划等多种应用开发相关算法。工件的实体模型文件通常被视作 CAD 系统的输出产品,并因此作为典型机加工特征识别器的输入。

目前广泛运用的两大实体建模方案分别是构造实体几何(CSG,constructive solid geometry)和边界表示(B-rep,boundary representation)。在 CSG 方案中,实体通过对各种基础立体形状(如长方体和圆柱体)实施规范化布尔运算来构建。而在 B-rep 方案中,实体则是通过定义其边界面来构建,这些边界面是空间中平面或曲面上限定区域。由于缺乏精确的数学公式来直接表达,一个边界面通常是间接通过定义其环、边和顶点来描述的。这两种实体建模方案都能精确描述一个典型工件的几何形状。然而,在 CSG 方案中表示的实体是隐式定义的,即在完成相关布尔运算前,我们无法了解其确切外形。B-rep 方案中表示的实体虽然是显式定义的,但是其构成的基本元素(如面、环、边和顶点)通常被解读为底层信息,不适合直接用于某些下游应用,例如流程规划等。

在相关领域的文献中,机加工特征通常被视为适用于开发直接与 CAD 系统连接的自动化流程规划系统的高级信息。在实际应用中,如槽口、台阶或凹槽等机加工特征往往可以简单地与预先定义的操作计划相联系。因此,将一个工件解释为一系列机加工特征,将有助于自动化流程规划系统的开发。这种特征由于其“宏描述”,通常包含多个面而不是单一面,因此被称为高级信息。


从 B-rep 模型中识别出一些凹陷和隆起特征,为零件提供 GT 编码描述。GT 编码的预期应用是开发自动化流程规划系统。根据使用的 CAD 模型分类为三类:识别来自 B-rep 的特征、CSG 或基于 B-rep 和 CSG 的增强模型的特征。绝大多数研究基本上是基于 B-rep。

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