CN102568038A - 将二维工程图上的尺寸转移到三维cad模型上的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法，用于解决现有的三维CAD模型尺寸标注方法效率低的技术问题。技术方案是首先对三维CAD模型进行投影，获取其投影视图；然后，分别提取投影视图与二维工程图的图元信息，将投影视图与二维工程图表示为以图元作为顶点的空间关系图结构。最后对这两个空间关系图进行图元的精确匹配。实验结果表明，该方法能够实现图元的精确匹配，能够正确实现二维工程图向三维CAD模型上的尺寸公差映射。使用本发明方法完成二维工程图尺寸信息到三维CAD模型的映射，为将现有技术分离存在的三维CAD模型和二维工程图转化为单一的具有三维尺寸标注的模型提供了一种高效、智能的方法。

Description

将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法

技术领域

本发明涉及一种三维CAD模型尺寸标注方法，特别是涉及一种将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法。属于计算机辅助设计领域。

背景技术

随着计算机技术和工程软件的发展，产品定义经历了从工程制图到二维CAD技术，再到三维模型技术的发展历程。越来越多的商业软件已经支持基于模型的产品定义(MBD，Model Based Definition)。MBD集成的三维模型完整地表达了产品定义信息的方法，详细规定了三维数模中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。目前支持三维模型的尺寸公差标注的商业软件有西门子公司的Unigraphics NX三维CAD软件，达索公司的CATIA V5三维CAD软件和美国参数技术公司的Pro/E三维CAD软件。

现有的三维CAD模型的尺寸公差标注主要由人工根据产品的设计和制造意图来标注，根据传统二维工程图的标注规则对三维模型进行标注。文献“专利公开号为CN101877015A的中国发明专利”公开了一种三维模型的人工三维标注方法：

(1)在零件组加工工艺每道工序建立的工序模型基础上，标注尺寸、公差及其他制造信息生产工序要求

(2)工序内容视图命名；对工序模型进行三维标注，产生工序内容，工序模型和三维标注采用视图结构树的方式组织；

(3)工序内容三维标注的设置：预设值；三维标注颜色设置；三维标注基准设置；

(4)三维标注表现原则：先反映工序内容整体信息，加工基准、工序加工内容、计量基准、加工要求说明信息；根据工序信息总图标注的视图符号，分别在相应视图标注工步信息；根据工步视图标注的剖视符号，分别在相应剖视图中标注具体剖视工步信息。

根据以上方法对三维模型进行尺寸公差标有以下不足：第一，该方法注需要人的大量工作量，对重复的尺寸公差等需要依次标注。第二，该方法需要工作人员对二维工程图识别与理解，标注效率低。

发明内容

为了克服现有的三维CAD模型尺寸标注方法效率低的不足，本发明提供一种将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法。该方法首先对三维CAD模型进行投影，获取其投影视图；然后，分别提取投影视图与二维工程图的图元信息，将投影视图与二维工程图表示为以图元作为顶点的空间关系图结构。最后对这两个空间关系图进行图元的精确匹配，并通过增加匹配约束条件，可以减少图精确匹配过程中的匹配次数，提高三维CAD模型尺寸标注的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法，其特点是包括以下步骤：

(a)对二维工程图进行图元和尺寸标注的识别以及尺寸标注与图元的关联，读取二维工程图识别尺寸单元，判断尺寸单元属于线性标注、直径标注、半径标注、角度标注、粗糙度标注还是行位公差标注，根据尺寸单元的类型处理该尺寸单元关联的图元信息，存储到关联结果里面。

根据二维工程图的标准格式DXF，对于线性标注，若标注的引出点所在直线与标注方向垂直，则该直线为标注的基准。

对于直径标注，如果标注的两个引出点在同一个圆上，则该圆为标注的基准。

对于半径标注，如果标注的两个引出点一个在圆弧上，一个在这个圆弧的圆心，则该圆弧为标注的基准。

对于角度标注，如果标注的两个引出点在两条直线上，则这两条直线为标注的基准。

对于粗糙度标注，根据粗糙度的标注线性识别出粗糙度标注，基准是标注引出点所在的图元。

对于行位公差标注，根据行位公差标注的存储结构识别行位公差标注，基准是引出点所在的图元。

(b)对三维CAD模型进行投影得到各个投影方向的二维投影视图：对三维模型上下前后左右投影得到六视图，将六视图与二维工程图进行外轮廓匹配，根据匹配结果得到投影视图与二维工程图中的一个或多个视图之间的对应关系。在对三维模型投影的时候保留投影视图上的二维图元与三维模型图元之间的关联信息。

(c)对投影视图及原始的二维工程图进行图元的精确匹配：

步骤A，将二维工程图分解为G＝(V，E，AV，AE)。式中，V是空间关系图的顶点集，即：V＝{V₁，V₂，...V_p}，其中p为顶点的个数；E：V×V是空间关系图的边集，即：E＝{V₁V₁，V₁V₂，...V_pV_p}，其表示图元之间的空间关系；AV是空间关系图的顶点的属性集合，即：AV＝{AV₁，AV₂，...AV_p}，AV_i是第i个顶点的属性集，顶点属性反映图元是直线、圆或者圆弧；AE是空间关系图的边的属性集合，即：AE＝{AE₁，AE₂，...AE_q}，AE_i是第i条边的属性集，边的属性反映图元之间的空间关系。图中顶点属性V＝{A_it，A_il，A_is}，其中，A_t表示图元的类型，A_l表示直线的长度或者圆弧与圆的直径，A_s表示直线的斜率，顶点类型为圆弧或圆则为空；边的属性E＝{L_ij，D_ij，A_ij，O_ij}，其中：

L_ij表示顶点之间的距离邻接矩阵，

式中：(x_i，y_i)、(x_j，y_j)为第i、j个图元的中点或圆心。

D_ij表示顶点之间的相对长度邻接矩阵，d_ij表示第i个图元的长度或半径与第j个图元的长度或半径的比值。

A_ij表示顶点之间的夹角邻接矩阵，a_ij表示第i个图元与第j个图元的夹角，图元是圆弧或圆，选择圆心到交点的连线计算夹角。

O_ij表示顶点之间的位置关系邻接矩阵，o_ij表示第i个图元与第j个图元的位置关系上方、下边、左边或者右边。

由工程图建立空间关系图步骤如下：

Step1：对工程图进行预处理，获得其图元集合Node＝{n_i}，1≤i≤n，其中n为图元个数；

Step2：遍历所有Node中的所有图元n_i，计算每个图元的属性，同时创建一个以该图元为顶点的图结构G，图元属性作为图结构的顶点属性；

Step3：对Node中的每两个图元n_i和n_j，计算这两个图元的距离、相对长度、夹角和位置关系，作为图G的邻接矩阵。

步骤B，图元的精确匹配步骤如下：

Step1：对二维工程图和三维CAD模型的投影视图分别建立空间关系图G₁和G₂；

Step2：遍历G₁和G₂中的顶点v_1i和v_2j，根据顶点属性A_t，A_l，A_s计算其是否相似，如果相似则根据顶点v_1i和v_2j的边属性L，D，A，O及相连的顶点个数计算其相似度，如果相似度大于给定阀值，则将顶点v_1i和v_2j保存到数组P(k)中，计数器加1；

Step3：找到数组P(k)中的最大值，作为匹配成功的顶点；

Step4：遍历二维工程图中的尺寸公差d_i，判断其关联的图元顶点v_1m和v_1n，根据匹配数组P_k找到在图G₂中关联的图元顶点v_2p和v_2q，根据图元顶点v_2p和v_2q所在的面的类型、基点和法矢信息，找到三维CAD模型上的面p₁和p₂，存储三维标注的标注位置、标注类型和标注数字信息。

(d)根据匹配结果得到的三维标注数据找到三维标注的标注位置、标注类型和标注数字信息，将二维工程图上的尺寸标注映射到三维CAD模型上去：判断尺寸标注的类型，在三维CAD模型上找到尺寸标注关联的图元，即点、线或者面，并调整尺寸标注所放置的位置在三维CAD模型上进行尺寸公差的自动标注并显示。

本发明的有益效果是：由于首先对三维CAD模型进行投影，获取其投影视图；然后，分别提取投影视图与二维工程图的图元信息，将投影视图与二维工程图表示为以图元作为顶点的空间关系图结构。最后对这两个空间关系图进行图元的精确匹配，并通过增加匹配约束条件，有效地减少了图精确匹配过程中的匹配次数。实验结果表明，该方法能够实现图元的精确匹配，能够正确实现二维工程图向三维CAD模型上的尺寸公差映射。使用本发明方法完成二维工程图尺寸信息到三维CAD模型的映射，为将现有技术分离存在的三维CAD模型和二维工程图转化为单一的具有三维尺寸标注的模型提供了一种高效、智能的方法。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法流程图。

图2是本发明将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法所使用的二维工程图；

图3是本发明将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法所使用的三维CAD模型；

图4是使用本发明将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法将尺寸映射后的三维CAD模型。

具体实施方式

本发明将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法具体步骤如下：

步骤1，对二维工程图进行图元和尺寸标注的识别以及尺寸标注与图元的关联；

步骤2，对三维CAD模型进行投影得到各个投影方向的二维投影视图；

步骤3，对投影视图及原始的二维工程图进行图元的精确匹配；

步骤4，根据匹配的结果将二维工程图上的尺寸标注映射到三维CAD模型上去。

三维模型的三维尺寸标注通常是工作量很大的一个环节，对企业里存在的大量现有的二维工程图和三维模型库进行尺寸映射，可以得到带三维标注的三维模型库。

首先，对二维工程图进行图元和尺寸标注的识别以及尺寸标注与图元的关联，读取二维工程图识别尺寸单元，判断尺寸单元属于哪种标注(线性标注、直径标注、半径标注、角度标注、粗糙度标注、行位公差标注)，根据尺寸单元的类型处理该尺寸单元关联的图元信息，存储到关联结果里面。

为了识别各种标注与图元的关联关系，可以根据二维工程图的标准格式DXF的标注规则进行处理，具体如下：

规则1：尺寸标注规则

然后，对三维模型投影得到投影视图。对三维模型的上下前后左右六个方向投影得到的六个视图与二维工程图中的视图进行轮廓匹配得到投影视图与二维工程图中的视图之间的匹配关系。在对三维模型投影的时候保留投影视图上的图元与三维模型图元之间的关联信息，即投影视图中图元所在的面的信息(面的类型、基点、法矢)。

其次，对投影视图及原始的二维工程图进行图元的精确匹配的步骤：

步骤A，将二维工程图和投影视图表示成空间关系图结构：二维工程图可以分解为G＝(V，E，AV，AE)其中：(1)V是空间关系图的顶点集，即：V＝{V₁，V₂，...V_p}，其中p为顶点的个数；(2)E：V×V是空间关系图的边集，即：E＝{V₁V₁，V₁V₂，...V_pV_p}，其表示图元之间的空间关系；(3)AV：是空间关系图的顶点的属性集合，即：AV＝{AV₁，AV₂，...AV_p}，AV_i是第i个顶点的属性集，顶点属性反映图元的基本属性，如图元是直线、圆、圆弧等；(4)AE：是空间关系图的边的属性集合，即：AE＝{AE₁，AE₂，...AE_q}，AE_i是第i条边的属性集，边的属性反映图元之间的空间关系。本发明，研究以直线、圆弧、圆表示的工程图的图表G＝(V，E，AV，AE)示及匹配算法。图中顶点属性V＝{A_it，A_il，A_is}，其中A_t表示图元的类型，A_l表示直线的长度或者圆弧与圆的直径，A_s表示直线的斜率(如果顶点类型为圆弧或圆则为空)；边的属性E＝{L_ij，D_ij，A_ij，O_ij}，其中：

L_ij表示顶点之间的距离邻接矩阵，

式中：(x_i，y_i)、(x_j，y_j)为第i、j个图元的中点或圆心。

D_ij表示顶点之间的相对长度邻接矩阵，d_ij表示第i个图元的长度或半径与第j个图元的长度或半径的比值。

A_ij表示顶点之间的夹角邻接矩阵，a_ij表示第i个图元与第j个图元的夹角，如果某一个图元是圆弧或圆，则选择圆心到交点的连线来计算夹角。

O_ij表示顶点之间的位置关系邻接矩阵，o_ij表示第i个图元与第j个图元的位置关系，位置关系一般分为上方、下边、左边、右边。

由工程图模型空间关系图步骤如下：

Step1：对工程图进行预处理，获得其图元集合Node＝{n_i}，1≤i≤n，其中n为图元个数；

Step2：遍历所有Node中的所有图元n_i，计算每个图元的属性，同时创建一个以该图元为顶点的图结构G，图元属性作为图结构的顶点属性；

Step3：对Node中的每两个图元n_i和n_j，计算这两个图元的距离、相对长度、夹角和位置关系，作为图G的邻接矩阵。为了较少计算量，只计算相邻顶点之间的邻接矩阵。

步骤B，图元的精确匹配，根据研究的具体情况，相匹配的两幅工程图形具有很大的相似性，给图的精确匹配减少了难度，匹配步骤如下：

Step1：根据上述算法对二维工程图和三维模型的投影视图分别建立空间关系图G₁和G₂；

Step2：遍历G₁和G₂中的顶点v_1i和v_2j，根据顶点属性A_t，A_l，A_s计算其是否相似，如果相似则根据顶点v_1i和v_2j的边属性L，D，A，O及相连的顶点个数计算其相似度，如果相似度大于给定阀值，则将顶点v_1i和v_2j保存到数组P(k)中，计数器加1；

Step3：找到数组P(k)中的最大值，作为匹配成功的顶点；

Step4：遍历二维工程图中的尺寸公差d_i，判断其关联的图元顶点v_1m和v_1n，根据匹配数组P_k找到在图G₂中关联的图元顶点v_2p和v_2q，根据图元顶点v_2p和v_2q所在的面的信息(类型、基点和法矢)找到三维模型上的面p₁和p₂，存储三维标注数据(标注位置、标注类型、标注数字)。

最后，该尺寸映射装置还包括三维模型三维尺寸的标注模块，根据上面精确匹配结果得到的三维标注数据找到三维标注的信息(标注位置、标注类型、标注数字)在三维模型上进行尺寸公差的自动标注并显示。

根据匹配的结果将二维工程图上的尺寸标注映射到三维模型上去：判断尺寸标注的类型，在三维模型上找到尺寸标注关联的图元(点、线或者面)并调整尺寸标注所放置的位置在三维模型上进行尺寸公差标注。

上述实施例的尺寸映射方法因为采用软件自动对二维工程图和三维模型上的图元进行匹配，提高了三维模型上进行三维标注的效率。

Claims (1)

1.一种将二维工程图上的尺寸转移到三维CAD模型上的方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)对二维工程图进行图元和尺寸标注的识别以及尺寸标注与图元的关联，读取二维工程图识别尺寸单元，判断尺寸单元属于线性标注、直径标注、半径标注、角度标注、粗糙度标注还是行位公差标注，根据尺寸单元的类型处理该尺寸单元关联的图元信息，存储到关联结果里面；

根据二维工程图的标准格式DXF，对于线性标注，若标注的引出点所在直线与标注方向垂直，则该直线为标注的一个基准；若标注的引出点所在直线没有与标注方向垂直的，则该直线为标注的另一个基准；

对于直径标注，如果标注的两个引出点在同一个圆上，则该圆为标注的基准；

对于半径标注，如果标注的两个引出点一个在圆弧上，一个在这个圆弧的圆心，则该圆弧为标注的基准；

对于角度标注，如果标注的两个引出点在两条直线上，则这两条直线为标注的基准；

对于粗糙度标注，根据粗糙度的标注线性识别出粗糙度标注，基准是标注引出点所在的图元；

对于行位公差标注，根据行位公差标注的存储结构识别行位公差标注，基准是引出点所在的图元；

(b)对三维CAD模型进行投影得到各个投影方向的二维投影视图：对三维模型上下前后左右投影得到六视图，将六视图与二维工程图进行外轮廓匹配，根据匹配结果得到投影视图与二维工程图中的一个或多个视图之间的对应关系；在对三维模型投影的时候保留投影视图上的二维图元与三维模型图元之间的关联信息；

(c)对投影视图及原始的二维工程图进行图元的精确匹配：

步骤A，将二维工程图分解为G＝(V，E，AV，AE)；式中，V是空间关系图的顶点集，即：V＝{V₁，V₂，...V_p}，其中p为顶点的个数；E：V×V是空间关系图的边集，即：E＝{V₁V₁，V₁V₂，...V_pV_p}，其表示图元之间的空间关系；AV是空间关系图的顶点的属性集合，即：AV＝{AV₁，AV₂，...AV_p}，AV_i是第i个顶点的属性集，顶点属性反映图元是直线、圆或者圆弧；AE是空间关系图的边的属性集合，即：AE＝{AE₁，AE₂，...AE_q}，AE_i是第i条边的属性集，边的属性反映图元之间的空间关系；图中顶点属性V＝{A_it，A_il，A_is}，其中，A_t表示图元的类型，A_l表示直线的长度或者圆弧与圆的直径，A_s表示直线的斜率，顶点类型为圆弧或圆则为空；边的属性E＝{L_ij，D_ij，A_ij，O_ij}，其中：

L_ij表示顶点之间的距离邻接矩阵，

式中：(x_i，y_i)、(x_j，y_j)为第i、j个图元的中点或圆心；

D_ij表示顶点之间的相对长度邻接矩阵，d_ij表示第i个图元的长度或半径与第j个图元的长度或半径的比值；

A_ij表示顶点之间的夹角邻接矩阵，a_ij表示第i个图元与第j个图元的夹角，图元是圆弧或圆，选择圆心到交点的连线计算夹角；

O_ij表示顶点之间的位置关系邻接矩阵，o_ij表示第i个图元与第j个图元的位置关系上方、下边、左边或者右边；

由工程图建立空间关系图步骤如下：

Step1：对工程图进行预处理，获得其图元集合Node＝{n_i}，1≤i≤n，其中n为图元个数；

Step2：遍历所有Node中的所有图元n_i，计算每个图元的属性，同时创建一个以该图元为顶点的图结构G，图元属性作为图结构的顶点属性；

Step3：对Node中的每两个图元n_i和n_j，计算这两个图元的距离、相对长度、夹角和位置关系，作为图G的邻接矩阵；

步骤B，图元的精确匹配步骤如下：

Step1：对二维工程图和三维CAD模型的投影视图分别建立空间关系图G₁和G₂；

Step2：遍历G₁和G₂中的顶点v_1i和v_2j，根据顶点属性A_t，A_l，A_s计算其是否相似，如果相似则根据顶点v_1i和v_2j的边属性L，D，A，O及相连的顶点个数计算其相似度，如果相似度大于给定阀值，则将顶点v_1i和v_2j保存到数组P(k)中，计数器加1；

Step3：找到数组P(k)中的最大值，作为匹配成功的顶点；

Step4：遍历二维工程图中的尺寸公差d_i，判断其关联的图元顶点v_1m和v_1n，根据匹配数组P_k找到在图G₂中关联的图元顶点v_2p和v_2q，根据图元顶点v_2p和v_2q所在的面的类型、基点和法矢信息，找到三维CAD模型上的面p₁和p₂，存储三维标注的标注位置、标注类型和标注数字信息；

(d)根据匹配结果得到的三维标注数据找到三维标注的标注位置、标注类型和标注数字信息，将二维工程图上的尺寸标注映射到三维CAD模型上去：判断尺寸标注的类型，在三维CAD模型上找到尺寸标注关联的图元，即点、线或者面，并调整尺寸标注所放置的位置在三维CAD模型上进行尺寸公差的自动标注并显示。

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