CN105354353A - 一种基于mbd模型的加工特征识别和建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于智能化工艺设计领域，提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，包括：基于所述PMI提取，获取产品制造信息；在加工特征几何属性识别中，根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性；在加工特征工艺属性识别中，根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性；根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。本发明实施例从工艺角度分析零件模型并定义加工特征，将PMI信息转换为加工特征的工艺属性。本发明提高了三维CAD模型的利用率,对于激发三维CAD应用的积极性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于智能化工艺设计领域，尤其涉及一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法。
背景技术
在CAD/CAPP/CAM集成技术研究中，加工特征识别的方法有很多种，从数据源角度可以分为基于BRep信息、基于CSG信息和基于混合信息的加工特征识别。基于不同数据源的加工特征识别方法之间有较大的差异。
(1)基于BRep信息的加工特征识别方法的核心是用模型的几何边界与预定义的特征进行匹配后识别特征。典型识别方法有基于规则的特征识别法、基于子图的特征识别、基于神经网络的特征识别法等。
1)基于规则的加工特征识别方法通过规则定义特征的边界模式，基于专家系统进行特征识别。此种方法中的特征规则定义不唯一，不具有完备性，且需进行大量匹配，效率较低。
2)基于子图的特征识别方法利用面边图表示特征的边界模式和零件的边界模型，通过在零件的边界模型中搜索与特征边界模式相匹配的面边子图来识别特征。此方法中，特征的定义相对简单，不容易产生多重解释，且维护简单，但难以有效地识别相交特征和提供相交特征的多种解释。
3)基于神经网络的三维特征识别方法将模型的边界表示(BRep)转化为面分向量输入神经网。面分向量用以表示面的几何拓扑特性，具体由面的分数、相邻面分数的平均值、所有相邻面的分数等构成。面的分数则由该面所包含的凹边、凹点、内环等几何特性来确定。理论上，此方法能支持用户自定义特征、能识别不完整特征和相交特征，其困难在于如何将模型的复杂BRep输入至神经网，使其便于理解和推理。
(2)基于CSG信息的加工特征识别方法是通过对模型的体积进行凸分解和重组获得特征，典型特征识别方法有基于立体交替和分解的特征识别法、基于单元体分解的特征识别法等：
1)基于立体交替和分解的特征识别方法是将零件模型表示为一棵以凸体元为叶节点，以布尔运算符为中间结点的分解树，判定叶节点和叶节点的组合是否对应一个特征。
2)基于单元体分解的特征识别方法按照一定的规则把毛坯和零件分解成一系列单元体，再组合单元体产生特征体。
3)基于混合信息的特征识别方法是对建模过程中留下的边界信息进行分解和拓展获得特征，此方法为特征识别利用非几何信息提供了空间。
典型特征识别方法有基于特征映射的特征识别法、基于痕迹的特征识别法等。
a)基于特征映射的特征识别方法根据建模结果的边界信息逆向追溯建模历史，通过对建模历史的分析和映射获得加工特征。此方法对建模历史和建模方法的依赖度较高。
b)基于痕迹的特征识别方法首先从零件的几何模型中提取出所有的特征痕迹；然后通过几何推理的方法来验证相对应的可能的特征；最后构造出完整的特征。但是该方法中的特征痕迹生成和延拓算法依赖于具体的特征类型，难以添加新的特征类型。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，以解决现有技术对建模历史和建模方法的依赖度较高、依赖于具体的特征类型，难以添加新的特征类型的问题。
本发明实施例是这样实现的，一方面本发明实施例提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
在加工特征几何属性识别中，根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性；
在加工特征工艺属性识别中，根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
优选的，所述MBD模型具体由边界表示法BRep表达，则在所述MBD模型中提取所述几何体素信息，具体包括：
从异构CAD模型中获取BRep信息并按照统一预定义的结构进行重构，以便特征识别技术可以支持多CAD平台的模型原始信息。
优选的，所述加工特征包括几何面、几何属性和工艺属性，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形、定位；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。
优选的，所述将具有拓扑关系的一个或多个几何体素组合成加工特征，具体包括：
确定特征拓扑中心面；
通过零件模型的BRep结构中面和面的拓扑关系，构建零件属性邻接图；
以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图；
从中心面节点开始向外扩散寻找最小条件子图，获得初级特征；
将拥有相同加工特性的初级特征同质特征合并为一个加工特征系。
优选的，所述确定特征拓扑中心面，具体包括：
从一个或者多个几何面中，选择结构完整度高且邻接着较多特征面的几何面，确认该几何面为特征的拓扑中心面。
优选的，所述以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图，之前还包括：
以中心面为子图父节点，以特征的其他面为子节点，按照特征拓扑结构预定特征属性邻接图。
优选的，所述根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模，具体包括：
加工特征建模fm可以用如下形式表达
fm＝{T,C,DA}，
其中，T为特征类型、C为特征本身的构造尺寸、DA为特征的设计精度要求。
另一方面，本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括建模特征信息提取和产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
基于所述建模特征信息提取，从基于模型的定义MBD零件模型中获取建模特征；其中，所述建模特征包含实体面和对应属性；
基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
在加工特征几何属性识别中，将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性；
在加工特征工艺属性识别中，根据实体面和对应属性，以及关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
优选的，所述建模特征具体包括：
第一建模特征，所述第一建模特征包括孔特征和螺纹特征；第二建模特征是由建模规范和参数要求约束的建模特征。
优选的，所述加工特征由几何面、几何属性和工艺属性组成，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形、定位；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。
还有一方面，本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模装置，所述装置包括模型信息提取模块和加工特征识别模块，其中，模型信息提取模块包括产品制造信息PMI提取模块；加工特征识别模块包括加工特征几何属性识别模块和加工特征工艺属性识别模块，具体的：
所述PMI提取模块，用于获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
所述加工特征几何属性识别模块，用于根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性；
所述加工特征工艺属性识别模块，用于根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
所述建模装置，用于根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
还有一方面，本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模装置，所述装置包括模型信息提取装置和加工特征识别装置，其中，模型信息提取装置包括建模特征信息提取装置和产品制造信息PMI提取装置；加工特征识别装置包括加工特征几何属性识别装置和加工特征工艺属性识别装置，具体的：
所述建模特征信息提取装置，用于从基于模型的定义MBD零件模型中获取建模特征；其中，所述建模特征包含实体面和对应属性；
所述PMI提取装置，用于获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
所述加工特征几何属性识别装置，用于将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性；
所述加工特征工艺属性识别装置，根据实体面和对应属性，以及关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
所述建模装置，用于根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
本发明实施例提供的一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法的有益效果包括：
本发明实施例从工艺角度分析零件模型并定义加工特征，将PMI信息转换为加工特征的工艺属性。本发明提高了三维CAD模型的利用率,对于激发三维CAD应用的积极性具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的三维加工特征识别原理图；
图3是本发明实施例提供的三维加工特征的分类示意图；
图4是本发明实施例提供的一种中心-子图法流程的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种中心-子图法流程的示意图；
图6是本发明实施例提供的一种改进型零件属性邻接图定义的示意图；
图7是本发明实施例提供的一种邻面凹凸关系及夹角计算关系的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种零件属性邻接图的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种面属性图的示意图；
图10是本发明实施例提供的一种过渡圆弧属性邻接图的示意图；
图11是本发明实施例提供的一种零件属性广义邻接图的示意图；
图12是本发明实施例提供的一种加工面广义邻接图的示意图；
图13是本发明实施例提供的一种型键槽特征属性邻接图的示意图；
图14是本发明实施例提供的一种最小条件子图搜索过程的示意图；
图15是本发明实施例提供的一种特征子图形成过程示意图；
图16是本发明实施例提供的一种同质特征合并的示意图。
E具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明的成果不仅可以用户工艺设计系统中的工艺智能推理，还可以用于建立工艺内容与工序模型之间的驱动关系，除此之外，此技术能用于CAM系统，为基于特征的加工仿真自动化建模提供技术基础。
在本发明各实施例中，会涉及几何体素的拓扑关系、其中，几何体素的拓扑关系，包括：面与面之间的连接关系，例如：是否相连；几何体素的几何属性，包括：几何面、定位属性、几何大小。
还可能涉及加工特征管理属性、加工特征几何属性和加工特征工艺属性。其中管理属性又包括：特征类型、特征id、特征材料；几何属性又包括：几何面、定位属性、几何大小；工艺属性又包括：加工精度等。
实施例一
如图1所示为本发明实施例提供的一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括建模特征信息提取、几何体素信息提取和产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
在步骤201中，基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项。
如图2所示，其中分别展示了由模型信息分别通过建模特征信息提取、几何体素信息提取和产品制造信息PMI提取所获得的建模特征信息、几何体素信息和PMI，如何由所述建模特征信息、几何体素信息和PMI获得加工特征的几何属性和工艺属性的流程示意图。其中，模型建模特征信息和几何体素信息两者之间关系是即可以单独采用其中一种信息，也可以采用两种信息组合的方式。
在步骤202中，在加工特征几何属性识别中，根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性。
在步骤203中，在加工特征工艺属性识别中，根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性。
在步骤204中，根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
本发明实施例从工艺角度分析零件模型并定义加工特征，将PMI信息转换为加工特征的工艺属性。本发明提高了三维CAD模型的利用率,对于激发三维CAD应用的积极性具有重要意义。
在本发明实施例中，从建模过程看，除了采用步骤203所述方法外，还有两类建模特征可以通过特征映射直接转换为加工特征：一类是第一建模特征，它是造型工具提供的具有明显加工意义的，如孔特征、螺纹特征等；另一类第二建模特征，它是经过严格建模规范和要求约束的特征，如通过约定的自定义槽特征建模工具设计的槽等。对于上述两类建模特征，可通过从零件的建模历史中获取建模信息，该建模特征可以直接在所述步骤202中被映射为加工特征的几何属性。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述MBD模型具体由边界表示法BRep表达，则在所述MBD模型中提取所述几何体素信息，具体包括：
从异构CAD模型中获取BRep信息并按照统一预定义的结构进行重构，以便特征识别技术可以支持多CAD平台的模型原始信息。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述加工特征由几何面、几何属性和工艺属性组成，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形(例如：尺寸大小)、定位(即定位属性，例如：姿态)；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。在本发明各实施例中，工艺属性体现了模型的设计意图及制造要求。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述将具有拓扑关系的一个或多个几何体素组合成加工特征，具体包括：
确定特征拓扑中心面；
通过零件模型的BRep结构中面和面的拓扑关系，构建零件属性邻接图；
以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图；
从中心面节点开始向外扩散寻找最小条件子图，获得初级特征；
将拥有相同加工特性的初级特征同质特征合并为一个加工特征系。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述确定特征拓扑中心面，具体包括：
从一个或者多个几何面中，选择结构完整度高且邻接着较多特征面的几何面，确认该几何面为特征的拓扑中心面。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图，之前还包括：
以中心面为子图父节点，以特征的其他面为子节点，按照特征拓扑结构预定特征属性邻接图。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模，具体包括：
加工特征建模fm可以用如下形式表达
fm＝{T,C,DA}，
其中，T为特征类型、C为特征本身的构造尺寸、DA为特征的设计精度要求。
在本发明实施例中，将着重就两者单独使用的方式进行阐述，本领域技术人员能够基于本发明公开实施例基础上，在经过合理推理后，无需创造性劳作情况下构思出两种信息组合方式的实现方法。
实施例二
结合本发明实施例一存在一种优选的方案，其中，所述将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性，如图4所示可以采用中心-子图法来完成加工特征中几何属性获取，具体包括：
在步骤2041中，确定特征拓扑中心面。
如图5所述，为一个完整的中心-子图法的流程示意图。
在步骤2042中，通过零件模型的BRep结构中面和面的拓扑关系，构建零件属性邻接图。
在步骤2043中，以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图。
在步骤2044中，从中心面节点开始向外扩散寻找最小条件子图，获得初级特征。
在步骤2045中，将拥有相同加工特性的初级特征同质特征合并为一个加工特征系。
本发明实施例通过确定搜索起点可以避免进行无序搜索，提高子图搜索效率。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述步骤2041中确定特征拓扑中心面，具体执行为：
从一个或者多个几何面中，选择结构完整度高且邻接着较多特征面的几何面，确认该几何面为特征的拓扑中心面。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图，之前还包括：
为了消除过渡圆弧(倒圆、倒角)对子图匹配的影响，先从零件属性邻接图中删除不必要的过渡圆弧面，获得零件广义属性邻接图；
参考几何面上标注信息的标示，从零件广义属性邻接图中剔除掉不需加工的面，获得加工面广义属性邻接图；
以中心面为子图父节点，以特征的其他面为子节点，按照特征拓扑结构预定特征属性邻接图。
结合本发明实施例存在一种优选的方案，其中，所述以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图，还包括：
从中心面节点开始向外扩散寻找最小条件子图，获得初级特征。部分有着相同加工特性的初级特征同质特征合并为一个加工特征系。按特征拓扑结构的稳定程度划分，可将特征分为面邻接关系整体稳定的特征(SAF)和面邻接关系局部稳定的2.5维槽特征(SSF)。按特征的识别的阶段划分，可将特征分为初级特征(或者称为基本特征)和合成特征(即同质特征组合后形成的特征)。如图3所示，对于SAF特征，如外圆面、简单孔、越程槽等，部分是初级特征，部分是合并初级特征后形成的合成特征。同理，SSF特征中合成特征也可以由初级特征结合形成。
本发明实施例，本发明从工艺角度分析零件模型并定义加工特征，并设计一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法基于中心-子图的高效的特征识别方法。此方法通过中心-子图匹配将几何面的组合识别为加工特征，并获得加工特征的几何属性。在中心-子图法的基础上建立PMI与几何面的关系，最终将PMI信息转换为加工特征的工艺属性
实施例三
本实施例将从图5中主要的几个执行模块展开来阐述的方式，介绍本发明是实施例如何根据MBD零件模型获取加工特征中的几何属性。其中，用于描述所述MBD零件模型的方式是基于几何体素信息的方式。因此，在本实施例中将依次从中心-子图匹配中涉及的关键步骤对象：零件属性邻接图、零件广义属性邻接图、广义加工面邻接图、预定义特征属性邻接图、最小条件子图和同质特征子图集几个方面，阐述实现的方法和原理。所述中心-子图匹配是本发明提出的，用于具体实现实施例一中步骤202，如图5所示，所述中心-子图匹配方法具体包括：
(1)零件属性邻接图(AttributedAdjacencyGraph，简写为：AAG)是以零件模型中的面作为节点，以边作为相邻两个面节点的连接边(弧)而形成的一种图结构。仅用凹凸性代表面之间的关系，容易导致识别的结果不准确，因为某些特征面之间的关系存在严格的角度大小约束关系。本发明实施例提出了一种改进型零件属性邻接图，其中包含面节点与边(弧)，其弧以量化的关系角α作为权值。
其中，关系角既表达了凹凸关系，又量化了面与面在邻接边处的夹角，如图6所示。当邻面间为凸关系(r＝1)时，面之间的夹角180°<α<360°，关系角ra＝r〃α-180°，0°<ra<180°；邻面间凹关系(r＝-1)时，面之间的夹角0°<α<180°，关系角ra＝r〃α，-180°<ra<0°；邻面间相切关系(r＝0)时，面之间的夹角α＝180°，关系角ra＝0°。邻面之间的夹角计算如图7所示。其中，一个面与其关联的夹角信息、拓扑信息等即可构成一个几何体素信息。一个MBD模型则是由一个或者多个几何体素构成。
在本发明实施例提出的改进方法中，两面之间的凹凸关系判断算法的核心思想是：在面f1内，相交边L上任意点P处垂直于边L并指向面f1内的矢量VH1，垂直于边L并指向面f2内的矢量VH2；若VH1与面f2的法向矢量N2在面f2的同侧，则面f1与面f2为“凹”关系；若VH1与面f2的法向矢量N2在面f2的两侧，则面f1与面f2为“凸”关系；若VH1与面f2的法向矢量N2垂直，则面f1与面f2为“相切”关系；最后利用“VH1〃VH2”的结果计算得到关系角α。
以图8(a)所示的零件模型为例，其零件属性邻接图如图8(b)所示，其中过渡圆弧面做特殊标识。
本实施例除了对零件属性邻接图中的权值进行了改造外，还用扩展属性邻接图(ExtendedAttributedAdjacencyGraph，简写为：EAAG)来表达更多的面(节点)和边(弧)的属性，部分扩展属性如表3.1所示。同时，为了匹配拓扑中心，本实施例还设计了如图9所示的面属性图(FAG)，面属性图以面为父节点，以边作为子节点，以环作为连接弧，一个面拥有一个面属性图。连接弧以环属性为权值，定义外环c＝1，内环c＝-1，环在面中的标识为c_id，则弧的权值ct＝c*c_id，因此通过ct的正负可判定边是在内环还是外环上，通过ct的绝对值|ct|可判定边是否在同一环中。
表3.1EAAG图的扩展属性
(2)零件广义属性邻接图(GAAG)
过渡圆弧在子图匹配过程中，会增加识别的难度。因此，本发明提出了一种方式，具体的先将过渡圆弧面节点从零件邻接属性图和特征面邻接属性图中剔除掉，形成广义邻接属性图，所有的子图匹配均在广义邻接属性图中进行。过渡圆弧节点删除后，需将过渡圆弧邻接的两个面重新建立连接，这两个面为广义邻接的面。
过渡圆弧删除后分两种情况处理连接问题:
1)过渡圆弧连接两个面时：从过渡圆弧属性图(TAAG)中可看出，过渡圆弧属性图以过渡圆弧面为父节点，以连接的两个面为子节点，过渡圆弧并不改变两个连接面之间的夹角关系。删除过渡圆弧后，计算两邻接面的关系角；然后在过渡圆弧属性邻接图中建立新的弧，如图10所示；最后，用新弧替代扩展属性邻接图中的过渡圆弧属性图，形成的零件广义属性邻接图如图11所示。
2)过渡圆弧连接超过两个面时：这种情况一般为三个及以上的过渡圆弧在顶点处交汇形成过渡圆弧。过渡圆弧删除后，不需建立邻接面节点之间的连接；
零件广义属性邻接图与零件属性邻接图之间关系可以表示为：
GAAG＝EAAG-ΣTAAGi
(3)广义加工面邻接图(MFAG)
本实施例中提出的的广义加工面邻接图(MFAG)是指从零件广义属性邻接图中去除非加工面NF(毛坯面或全凸面)后形成的零件局部的面GAAG，一个零件有一个或多个MFAG：
MFAG＝GAAG-ΣNFi＝ΣMAAGi
在EAAG中，通过面节点的“是否有标注”属性判断面是否为加工面的依据之一。从加工的角度分析，全凸的面在局部形成最高点，一般是需单独加工的独立特征面。将这些特征面暂时作为非加工面，可有效地将复杂的属性连接图分解为较容易分析的加工面邻接子图集。如图8所示的零件模型中，f1,f7,f8,f9,f10,f11,f12是全凸面。去除全凸面后，加工面子图集中包含两个子图，如图12所示，其中图12(a)为加工面广义邻接图1，图12(b)为加工面广义邻接图2。
(4)预定义特征属性邻接图(PFAAG)
以上是对零件模型的图形化处理，对于基于几何体素的特征识别方法，还需对需要识别的加工特征做图形化处理。
按特征拓扑结构的稳定程度划分，可将特征分为面邻接关系整体稳定的特征(SAF)和面邻接关系局部稳定的2.5维槽特征(SSF)。按特征的识别的阶段划分，可将特征分为初级特征(基本特征)和合成特征(同质特征组合后形成的特征)。对于SAF特征，如外圆面、简单孔、越程槽等，部分是初级特征，部分是合并初级特征后形成的合成特征。同理，SSF特征中合成特征也可以由初级特征结合形成。两种分类特征的关系如图3所示：
根据特征面拓扑关系稳定性的不同，区别使用中心-子图法进行识别。对于SAF特征，其预定义属性邻接图中会关联一个中心面属性图，特征识别时先匹配中心面。对于SSF特征，其启发式规则库定义了中心面查找规则。特征识别时，特征面通过启发式规则实时查找。
部分初级SAF就是中心面，如外圆、外圆锥面、倒角、倒圆、全凸平面等，部分也是由多个面组合成的特征，如键槽、盲孔、埋头孔等。以A型键槽为例，其中心面的面属性图(如图13(b)中心面的面属性图所示)满足如下条件：
1)面节点的属性中Facetype为plane；
2)包含4条权值为1的弧(外环边)；
3)其中4条弧连接4个边节点，节点属性中Edgetype分别为line、arc、line和arc；计算边节点的属性Start、End、Tangentvetorofstart和Tangentvetorofend,4个边节点首尾顺切相连；Edgetype为arc的两个节点的各自的属性Tangentvetorofstart和Tangentvetorofend存在关系——矢量相反关系(oppositeof(Tangentvetorofstart,Tangentvetorofend))；Edgetype为line的两个节点的存在关系——矢量平行关系(parallelof(Tangentvetorofstart1,Tangentvetorofstart2))。
定义中心面后，在子图库中定义特征属性邻接图。A型键槽的属性邻接图如图13(c)A型键槽属性邻接图所示：中心面节点有4条权值为-90的弧，弧分别连接4个面节点；4个面节点的Facetype属性值分别为plane、cylinder、plane、cylinder；4个面节点由权值为-180的弧顺序连接。
对于初级SSF，采用启发式规则动态寻找中心面。一般情况下，工艺中的2.5维特征泛指凹槽、直槽、凹台阶、燕尾槽等特征。这类特征基本按铣削为主加工。中心面一般是2.5维特征的某个底面或侧面，根据2.5维特征的特点，中心面搜寻方法如下：
1)遍历所有面节点，根据面节点属性过滤非特征面，如投影圆弧为360°的内圆柱面(完整孔)、小直径的圆柱面(包括外圆柱面和内圆柱面)、圆锥面、倒圆面、倒角面、螺纹面等。
2)根据面节点的“Facetype”属性判断当前面是否能成为特征的中心面。过滤后的“圆柱面”是可以认定为特征的中心面的。如果是“平面”，然后判断是否有节点与该节点形成了垂直凹连接(连接弧权值为-90)，如果是形成了，则将此节点作为中心面节点处理。
3)多个面可以组合成一个中心面。多个面在如下情况下才能成为组合成中心面：等高面或同轴同径面；等高面或同轴同径之间没有障碍；加工精度相同。多个面通过虚连接后成为一个虚拟的中心面。
(5)最小条件子图(MCSG)
对于SAF特征，特征的最小条件子图是在零件广义属性邻接图中与预定义特征属性邻接图一致的子图。特征识别时，首先假设零件广义属性邻接图中每个节点都是可能的特征的中心节点，然后对假设的中心节点属性进行判定，如果符合某个特征的中心节点属性要求，则从此面节点开始搜索，如果找到以此面为中心的最小条件子图，则特征匹配成功；如果未找到，则此特征匹配不成功，进行下一类特征的匹配。
对于SFF特征，采用启发式搜索。首先对比中心面节点属性获得起始节点，然后根据评估函数在广义加工面邻接图中单向搜索获得凹面邻接图，其次根据节点间的邻接关系将凹邻接图补充完整为最小条件子图，最后根据过渡圆弧面属性图将最小条件子图还原为特征子图。
启发式评估函数：lwn+1＜lwn，即路径权值lw单调递减，其中：wi为弧的权值。
目标函数：即路径权值为最小。
在凹邻接图的单向搜索中，当弧连接的两个节点均被搜索过，则此弧不计入到路径中。当前节点与任意一个下级节点的邻接弧权值均大于0时，此路径搜索结束，返回上级节点继续搜索其他满足评估函数的路径。如果路径不存在，则单一个节点也算一个特殊的凹邻接图。在凹邻接图中，任意两个节点间至少有一条全凹的路径。“最小条件子图＝凹邻接图的所有节点+节点间的弧”。最小条件子图搜索过程如图14(b)启发式搜索凹邻接子图所示(其中，3.15(a)是加工面广义邻接图，3.15(c)是最小条件子图)：
最小条件子图是零件广义属性邻接图的子图，是消除了过渡圆弧影响的，而零件模型中的特征是带过渡圆弧的，因此最小条件子图需进行过渡圆弧还原处理才能得到特征子图，如图15所示。
对于2.5维特征在交叉过程中出现面消失的情况，要完整地解释2.5维特征的工艺语义，则需修复特征。本实施例采用基于轮廓线的方式修复，此方法不仅考虑了面消失的情况，还考虑了毛坯余量对特征加工范围的影响。特征修复原理在工序模型自动生成过程中将有详细说明。
(6)同质特征子图集(SFS)
同质特征是指同时加工且用同一种方法加工的同类特征，如平面上环形阵列的同径孔、同方向上多层的型腔等。为了提高智能交互工艺设计的效率，这一类特征需组合成为一个工艺虚特征(VCF)，而原特征则成为虚特征的子特征。同质特征有如下特点：特征与特征的拓扑结构是邻接、同轴或者共面关系；特征类型一致，特征属性基本一致；特征的加工方向及加工方法一致。
同质特征一般分两种形式合并：横向合并、Z向合并。如平面上阵列分布的同等大小的孔，在加工方法和加工阶段一致的情况下，孔特征可以进行横向合并，如图16(b)同质特征横向合并所示(其中，图16(a)为零件模型样例)，VCF1是一个虚拟的孔系特征，包括4个均与面f1邻接的孔特征(F1/F2/F3/F4)。孔还可以Z向合并，如同轴孔。再比如如图16(c)同质特征Z向合并所示的单层凹槽特征，在加工过程中，同方向的多个单层凹槽可以作为一个型腔铣削，这些凹槽可以进行Z向合并。VCF2是一个虚拟的型腔特征，包括2个相邻的凹槽特征(F5/F6)。
横向合并的同质特征之间共享一个面，特征子图拥有同一个邻接节点。同质特征合并后形成一个特征子图集。且存在一个面，使得此面与子特征均存在邻接关系。假设VCF表示虚拟合并特征，F表示特征子图，f表示面节点，P表示零件属性邻接图，x＝connect(x1,x2)表示节点或子图2,x2通过节点或子图x连接，则横向合并的特征可表示为：
Z向合并是子特征之间共享一个加工方向，特征子图因为在加工方向上首尾邻接而合并，假设z＝direction(y)表示节点y的属性direction(加工方向)为z，x＝adjacent(x1,x2)表示节点或子图2,x2通过节点或子图x邻接，则Z向合并的特征可表示为：
Z向同质特征合并中有一类特殊的特征是需要考虑是否能合并的，即全凸平面(单节点特征子图)与单层凹槽。凹槽内的全凸平面是“局部最高面”，需分析全凸面与单层凹槽之间细节的邻接方式才能判断是否能合并：
1)如果全凸面是Z方向上的最高面，则不需要合并特征。
2)如果全凸面与单层凹槽是通过全凸面的外环邻接则需要合并；若邻接弧是全凸面外环上的部分边，则根据加工需求判断是否需要合并。
3)如果全凸面与单层凹槽通过全凸面的内环邻接，可不合并特征。
本发明实施例，本发明从工艺角度分析零件模型并定义加工特征，并设计一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法基于中心-子图的高效的特征识别方法。此方法通过中心-子图匹配将几何面的组合识别为加工特征，并获得加工特征的几何属性。在中心-子图法的基础上建立PMI与几何面的关系，最终将PMI信息转换为加工特征的工艺属性。
实施例四
本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模装置，所述装置包括模型信息提取模块和加工特征识别模块，其中，模型信息提取模块包括产品制造信息PMI提取模块；加工特征识别模块包括加工特征几何属性识别模块和加工特征工艺属性识别模块，具体的：
所述PMI提取模块，用于获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
所述加工特征几何属性识别模块，用于根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性；
所述加工特征工艺属性识别模块，用于根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
所述建模装置，用于根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
本实施例所述的装置还用于实现如实施例一及其优选实现方案，由于是基于一个共同的发明构思，因此，在实施例一公开的方法基础上，在本实施例中一一赘述。
实施例五
本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括建模特征信息提取和产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
在步骤301中，基于所述建模特征信息提取，从基于模型的定义MBD零件模型中获取建模特征；其中，所述建模特征包含实体面和对应属性；
在步骤301中，基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
在步骤302中，在加工特征几何属性识别中，将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性；
在步骤303中，在加工特征工艺属性识别中，根据实体面和对应属性，以及关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
在步骤304中，根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述建模特征具体包括：
第一建模特征，所述第一建模特征包括孔特征和螺纹特征；第二建模特征是由建模规范和参数要求约束的建模特征。
结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述加工特征由几何面、几何属性和工艺属性组成，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形、定位；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。
实施例六
本发明实施例还提供了一种基于MBD模型的加工特征识别和建模装置，所述装置包括模型信息提取装置和加工特征识别装置，其中，模型信息提取装置包括建模特征信息提取装置和产品制造信息PMI提取装置；加工特征识别装置包括加工特征几何属性识别装置和加工特征工艺属性识别装置，具体的：
所述建模特征信息提取装置，用于从基于模型的定义MBD零件模型中获取建模特征；其中，所述建模特征包含实体面和对应属性；
所述PMI提取装置，用于获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
所述加工特征几何属性识别装置，用于将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性；
所述加工特征工艺属性识别装置，根据实体面和对应属性，以及关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
所述建模装置，用于根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
本实施例所述的装置还用于实现如实施例五及其优选实现方案，由于是基于一个共同的发明构思，因此，在实施例五公开的方法基础上，在本实施例中一一赘述。
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，其特征在于，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
在加工特征几何属性识别中，根据几何体素的拓扑关系，将一个或多个几何体素信息合成加工特征，其中，加工特征的几何属性包括几何体素的几何属性；
在加工特征工艺属性识别中，根据加工特征的几何属性，从几何体素的拓扑关系和几何体素关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MBD模型具体由边界表示法BRep表达，则在所述MBD模型中提取所述几何体素信息，具体包括：
从异构CAD模型中获取BRep信息并按照统一预定义的结构进行重构，以便特征识别技术可以支持多CAD平台的模型原始信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加工特征包括几何面、几何属性和工艺属性，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形、定位；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将具有拓扑关系的一个或多个几何体素组合成加工特征，具体包括：
确定特征拓扑中心面；
通过零件模型的BRep结构中面和面的拓扑关系，构建零件属性邻接图；
以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图；
从中心面节点开始向外扩散寻找最小条件子图，获得初级特征；
将拥有相同加工特性的初级特征同质特征合并为一个加工特征系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定特征拓扑中心面，具体包括：
从一个或者多个几何面中，选择结构完整度高且邻接着较多特征面的几何面，确认该几何面为特征的拓扑中心面。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述以中心面为起点搜索子图，获得与特征邻接图相匹配的最小条件子图，之前还包括：
以中心面为子图父节点，以特征的其他面为子节点，按照特征拓扑结构预定特征属性邻接图。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模，具体包括：
加工特征建模fm可以用如下形式表达
fm＝{T,C,DA}，
其中，T为特征类型、C为特征本身的构造尺寸、DA为特征的设计精度要求。
8.一种基于MBD模型的加工特征识别和建模方法，其特征在于，所述方法包括模型信息提取和加工特征识别，其中，模型信息提取包括建模特征信息提取和产品制造信息PMI提取；加工特征识别包括加工特征几何属性识别和加工特征工艺属性识别，具体的：
基于所述建模特征信息提取，从基于模型的定义MBD零件模型中获取建模特征；其中，所述建模特征包含实体面和对应属性；
基于所述PMI提取，获取产品制造信息，其中，产品制造信息包括尺寸标注、粗糙度标注、几何精度标注和文本标注中的一项或者多项；
在加工特征几何属性识别中，将建模特征所包含的实体面和对应属性映射为加工特征的几何属性；
在加工特征工艺属性识别中，根据实体面和对应属性，以及关联的标注信息中获得特征的工艺属性；
根据所述加工特征几何属性和加工特征工艺属性完成加工特征建模。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述建模特征具体包括：
第一建模特征，所述第一建模特征包括孔特征和螺纹特征；第二建模特征是由建模规范和参数要求约束的建模特征。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述加工特征由几何面、几何属性和工艺属性组成，加工特征的几何面是特征在几何空间上的所包含的零件模型中的面；几何属性是加工特征在空间中的定形、定位；工艺属性是加工特征在工艺语义上的表达。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: MBD model based processing feature identification and modeling method Effective date of registration: 20200624 Granted publication date: 20181214 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch Pledgor: WUHAN KM INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980003478 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230627 Granted publication date: 20181214 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch Pledgor: WUHAN KM INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2020980003478 |