Pro/E平台下基于特征映射的组合特征提取技术研究

　　特征提取技术对于信息的共享与CAD/CAM的集成具有重要意义。为了合理地提取CAD系统中的设计信息，给出了组合特征的概念，在此基础上讨论了通过特征映射提取组合特征的方法，介绍了Pro/E平台下的组合特征提取的开发过程。最终的提取结果验证了提取方案的合理性。

　　随着计算机集成制造技术系统的不断发展与广泛运用，对于CAD与CAM集成的要求越来越高。CAD文件包含了零件的设计信息，这些设计信息需要转化为制造特征才能为下游CAM系统所用。为了完成信息的传递与共享，于是引入了特征这一概念。特征提取是CAD/CAM集成的关键技术，特征提取的技术水平很大程度上决定了CAD/CAM集成的水平，其中组合特征的特征提取一直是一个技术难点。组合特征是由简单特征组合而成，如槽、阶梯孔、凸台等等。作者将介绍一种基于规则与特征映射的组合特征提取方法:将设计零件进行拆分，重定义数据结构，制定相应的特征映射规则提取出组合特征。

1、特征与特征映射的概念

　　关于特征的定义并不统一:具有一定拓扑关系的一组几何特征图素生成的几何实体，并且对应于零件上的一个或多个功能特征信息，通过某种特定的加工方式加工成型。特征应该是一部件的物理组元，具有一定拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体，它对应零件上的一个或多个功能，能够被固定的加工方式加工成形。虽然特征的定义不完全统一，但特征定义的共同点可以归结为:特征代表了零件几何形状的工程意义、装配与其他的机加活动。特征可分为非几何特征与几何特征。其中几何特征是指具有特定加工意义的可表达的实体。几何特征包括简单特征和组合特征。简单特征可由单一的几何表面表达，如平面、通孔、锥面等;而对于槽、阶梯孔、凸台等特征，将它们的组成表面作为一个整体来考虑更能表达其工艺意义。例如一个直槽由3个平面组成，这3个平面是在同一个车削过程中加工而得，所以将这3个平面作为一个组合特征并考虑其加工工艺。组合特征可以定义为由简单特征组合而成，并具有相对统一的加工方法特征。组合特征的提取是特征提取技术的重要组成部分，通过特征映射，原本分散的简单特征被识别为一个组合特征并代表一定的机加意义。

　　特征映射是特征提取的关键步骤。特征映射是以特征具有的多视域性为存在前提的，多视域性是指相同的几何形状由于观察角度(即视域)的变化表达不同的意义。这种特征在不同的视域间的转换过程被称为特征映射[5-6]。这里所述的不同视域即为设计域和制造域，该过程可由图1说明。

图1 特征由设计域到制造域的映射

　　组合特征映射的难点在于:如果映射规则设计得过于简单，则提取不够准确，容易把简单特征混淆成组合特征;如果映射规则设计得过于复杂，则规则条目过多，规则被证伪的可能性也相应变大。因此合理的设计映射规则就显得十分重要。

　　图2所示的直槽类特征由多个独立的面组合而成，这些独立的平面经过特征映射过程被识别为制造意义下的直槽。在识别组合特征时，特征映射技术要求不仅仅考虑单一的几何表面，还要考虑面之间的关系，考虑面所包括的环以及环中每一条边的属性，综合这些信息进而判断将哪些面组合在一起并识别为一个组合特征。要实现这一业务目标，需要将已有的实体进行拆分并重新定义原有的数据结构，同时制定相应的识别算法将拆分后的实体面进行重组得出准确的组合特征。组合特征的特征映射关键技术包括:组合特征分类，零件信息的读取与数据结构重定义，规则库的制定与特征识别算法设计。

图2 直槽特征识别实例

4、结束语

　　三维零件的组合特征提取是CAD/CAM集成的关键问题，对于获得CAD文件中的设计信息并为下游各系统所用具有重要意义。讨论了组合特征提取中数据结构的重定义、零件信息读取、组合特征映射等关键技术，后续将根据提取的组合特征信息进行工艺决策生成加工工艺。