基于圖的特征識(shí)別方法在注塑模加工中的應(yīng)用.pdf

14D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 3 2 0 0 5 0引言 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展塑料制品的應(yīng)用 范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大在家用電器儀器儀表 建筑器材汽車(chē)工業(yè)日用五金等眾多領(lǐng)域塑 料制品所占的比例正迅猛增加與此同時(shí)對(duì)模具 的設(shè)計(jì)制造周期也提出了越來(lái)越高地要求 在塑料模設(shè)計(jì)制造中模架的設(shè)計(jì)與制造占 有很大比重在模架模板中設(shè)計(jì)有各種各樣的 孔包括安裝孔固定孔導(dǎo)套孔頂桿孔和冷 卻水道孔等有時(shí)一塊模板上的孔數(shù)多達(dá)上百 個(gè)為了便于加工制造常將這些孔分配到不同 的工序相應(yīng)地形成這些加工工序的生產(chǎn)用圖 這一工作稱(chēng)之為分圖人工分圖不僅效率低而 且經(jīng)常出現(xiàn)差錯(cuò)而導(dǎo)致質(zhì)量事故 為了提高模板的分圖質(zhì)量和效率縮短模架 文章編號(hào)1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 5 ) 0 3 - 0 0 1 4 - 0 4 基于圖的特征識(shí)別方法在注塑模加工中的應(yīng)用 楊道莊王華昌李志剛 華中科技大學(xué)塑性成形模擬及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖北武漢4 3 0 0 7 4 摘要對(duì)塑料模模架的零件特征進(jìn)行了分類(lèi)采用基于圖的方法表達(dá)特征用基于圖的 特征識(shí)別方法來(lái)識(shí)別模架零件中的主要特征并將其按加工要求輸出生成N C 程序應(yīng)用于 生產(chǎn)中提高了注塑模模架零件的設(shè)計(jì)和制造的效率和質(zhì)量對(duì)注塑模模具的生產(chǎn)具有重要 意義 關(guān)鍵詞注塑模模架特征參數(shù)N C程序 中圖分類(lèi)號(hào)T G 2 4 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A A b s t r a c t : T h e p a r t f e a t u r e s o f i n j e c t i o n m o l d b a s e a r e c l a s s i f i e d T h e f e a t u r e s a r e e x p r e s s e d b a s e d o n g r a p h T h e m a i n f e a t u r e s a r e r e c o g n i z e d b y t h e m e t h o d o f g r a p h - b a s e d f e a t u r e r e c o g n i t i o n I t s e x p o r t e d a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t o f m a n u f a c t u r i n g T h e o b t a i n e d N C c o d e i s u s e d i n m a n u f a c t u r i n g I t i m p r o v e s t h e q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y o f d e s i g n a n d m a n u f a c - t u r i n g o f i n j e c t i o n m o l d b a s e I t h a s a n i m p o r t a n t i n t e r e s t t o i n j e c t i o n m o l d m a n u f a c t u r i n g K e y w o r d s : i n j e c t i o n m o l d m o l d b a s e f e a t u r e p a r a m e t e r N C c o d e 收稿日期2 0 0 5 - 0 1 - 2 4 作者簡(jiǎn)介楊道莊1 9 7 9男碩士研究生 的制造周期開(kāi)發(fā)了模架零件的自動(dòng)分圖軟件 該軟件采用基于圖的特征識(shí)別方法可自動(dòng)識(shí)別 模架零件的加工特征并可將特征信息按加工的 要求輸出便于 N C 程序的自動(dòng)編制因而有效 提高了設(shè)計(jì)和制造的效率和質(zhì)量 1模架零件的特征分類(lèi) 模架是指僅由模板導(dǎo)柱導(dǎo)套和復(fù)位桿等組 成的一個(gè)組合體組成注塑模標(biāo)準(zhǔn)模架的零件主 要有1 板類(lèi)動(dòng)定模固定板動(dòng)定模板 推件板墊板頂出板墊板和頂出固定板等 2 桿類(lèi)導(dǎo)柱復(fù)位桿3 套類(lèi)導(dǎo)套 1 . 1平板特征 平板類(lèi)零件構(gòu)成模架的基本部分是局部特 模 具 技 術(shù) 2 0 0 5 . N o . 315 征的母體模架板類(lèi)零件的外形輪廓決定平板特 征的幾何形狀 1 . 2孔槽特征 孔槽特征一般是作為子特征依附在其他特 征上最常見(jiàn)的就是依附在平板特征上孔可分 為沉孔錐形沉孔圓柱形沉孔和簡(jiǎn)單孔孔 槽的形狀由形成孔的邊界輪廓決定 1 . 3曲面特征 在組成模架的這些零件中曲面特征用組成 該特征的幾何元素及曲面屬性表示形成曲面區(qū) 的邊界決定曲面特征的幾何形狀 1 . 4組合特征 在模板中有些單元特征往往是按照一定的 關(guān)系如圓周均布或陣列布置的方式組合在一起 的在特征識(shí)別的時(shí)候可把這些特征作為陣列 特征來(lái)處理合理地使用組合特征可以更明確地 表示零件的特點(diǎn)及相關(guān)語(yǔ)義信息并可簡(jiǎn)化特征 的描述 2基于圖的特征分類(lèi)表達(dá) 特征的描述方法有很多比較成熟和常用的 有基于規(guī)則的方法基于圖的方法以及基于句法 模式的方法 本文采用基于圖的方法來(lái)描述模板的特征 這樣將使模架零件特征的描述大為簡(jiǎn)化表1 所 示為幾種主要的特征表達(dá) 33 D模型特征智能識(shí)別技術(shù) 3 . 1特征識(shí)別的一般過(guò)程 在作者開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中首先將其他 C A D系 統(tǒng)提供的 3 D模型通過(guò)中性文件I G E S / S T E P 轉(zhuǎn)化為 U G 的模型然后在此基礎(chǔ)上識(shí)別出構(gòu)成 這些模型的特征信息其識(shí)別的過(guò)程如圖 1所 示 特征識(shí)別完成后利用U G 提供的功能進(jìn)行 表 1基于圖的特征的分類(lèi)表達(dá) 特征類(lèi)型 平板 錐形沉孔 不通 錐形沉孔 通 圓柱形沉孔 不通 圓柱形沉孔 通 簡(jiǎn)單孔 不通 簡(jiǎn)單孔 通 說(shuō)明 P 平面 S 側(cè)面 E 邊 P 平面 T F圓錐面 C F圓柱面 P 平面 T F錐形面 C F圓柱面 P 平面 C F圓柱面 S F圓環(huán)面 T F圓錐面 P 平面 C F圓柱面 S F圓環(huán)面 P 平面 C F圓柱面 T F圓錐面 P 平面 C F圓柱面 特征的圖表示 E 1 E 2 E n P 2 s s s P 1 E 1 E 2 E n P 1T FC FT F P 1T FC FP 2 PC FS FC FT F P 1C FS FC FP 2 PC FT F P 1C FP 2 特征重構(gòu)并記錄特征的各種信息供設(shè)計(jì)和制 造模塊使用根據(jù)識(shí)別出來(lái)的特征生成 N C 代碼 用于模板的加工 3 . 2基于圖的特征識(shí)別方法 基于圖的特征識(shí)別方法是研究最多的特征識(shí) 別方法之一此類(lèi)方法采用面邊圖或圖語(yǔ)法 表示特征的邊界模式表示零件的邊界模型采 用圖來(lái)表示特征邊界模式的主要優(yōu)點(diǎn)在于1 特征的圖表示具有唯一性和完備性2 特征庫(kù) 圖 1特征智能識(shí)別過(guò)程 16D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 3 2 0 0 5 的圖表示易于生成用戶(hù)只需用實(shí)體造型系統(tǒng)構(gòu) 造出一個(gè)特征實(shí)例該特征的圖表示便可由統(tǒng)一 的算法自動(dòng)生成 基于圖的特征識(shí)別方法的搜索策略是子圖匹 配即通過(guò)將零件面邊圖中的適當(dāng)子圖與特征的 面邊圖進(jìn)行匹配來(lái)識(shí)別特征 基于圖的特征識(shí)別方法具有以下主要特點(diǎn) 1 允許用戶(hù)添加新的特征類(lèi)型而不必改動(dòng)程 序2 易于與特征設(shè)計(jì)相結(jié)合3 能夠支 持設(shè)計(jì)加工分析等多種應(yīng)用領(lǐng)域的特征識(shí) 別 3 . 3模型有效性檢測(cè) 把S T E P 文件輸入到系統(tǒng)時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生 懸邊懸面或間隙等情況當(dāng)出現(xiàn)這些情況時(shí) 可以通過(guò)標(biāo)定的方法對(duì)相關(guān)邊或面進(jìn)行標(biāo)定 以便在后續(xù)的識(shí)別過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行特殊處理 3 . 4單元特征的識(shí)別 模板的單元特征主要是平板槽孔等其 中孔包括錐形沉孔圓柱形沉孔簡(jiǎn)單孔等這 些孔又可分為通孔和不通孔單元特征的識(shí)別過(guò) 程主要包括如下步驟 1 圖的建立先將 S T E P / I G E S中性文件 導(dǎo)入 U G 將文件里每個(gè)面的信息存儲(chǔ)在圖的一 個(gè)節(jié)點(diǎn)將面與面之間的關(guān)系用圖中的弧表示 本文采用頂點(diǎn)連接的鄰接表的方式來(lái)存儲(chǔ)圖的內(nèi) 容這種頂點(diǎn)連接的連接表在對(duì)圖增加或者刪去 頂點(diǎn)的操作比較容易圖的節(jié)點(diǎn)中主要有面的標(biāo) 識(shí)符t a g 以及面的種類(lèi)等信息弧中是關(guān)于面 與面之間關(guān)系的信息 2 圖的預(yù)處理在初始生成的圖中包含 了模架零件所有面的信息為了使識(shí)別更具通用 性就必須去掉一些面的信息例如去除沉孔 倒角產(chǎn)生的面后就可以簡(jiǎn)化沉孔子圖的定義也 就不會(huì)因?yàn)槭欠裼械菇嵌鴮?dǎo)致識(shí)別結(jié)果的不同 同時(shí)也可以使子圖匹配過(guò)程中變得簡(jiǎn)單加快 了識(shí)別的速度 3 定義子圖根據(jù)要識(shí)別的特征進(jìn)行子 圖定義主要是對(duì)平板沉孔簡(jiǎn)單孔的定義 4 子圖的匹配將3 中的子圖與2 中處理過(guò)的圖進(jìn)行匹配找出相應(yīng)的特征并記錄 其特征信息和幾何信息算法如下在子圖中 選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為首節(jié)點(diǎn)記錄其信息遍歷 2 中處理過(guò)的圖查找與子圖首節(jié)點(diǎn)相同的節(jié) 點(diǎn)并記錄該節(jié)點(diǎn)為已讀節(jié)點(diǎn)從該節(jié)點(diǎn)出 發(fā)根據(jù)子圖的結(jié)構(gòu)關(guān)系查找與子圖結(jié)構(gòu)關(guān)系相 同的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)和邊如果下一個(gè)節(jié)點(diǎn)和邊的關(guān) 系與子圖相同則沿著此節(jié)點(diǎn)繼續(xù)尋找并將此 節(jié)點(diǎn)記為已讀如果從某個(gè)節(jié)點(diǎn)以后沒(méi)有與子 圖相同的結(jié)構(gòu)返回中直至與該節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié) 點(diǎn)尋完為止返回搜尋至圖中與子圖首節(jié)點(diǎn) 相同的節(jié)點(diǎn)都全部遍歷 3 . 5復(fù)合特征的識(shí)別 在識(shí)別出來(lái)的孔單元特征中如果這些孔在 一個(gè)平面上而且這些孔的幾何特征一樣那么 就進(jìn)一步判斷這些孔是否是按一定的規(guī)律分布 如沿同一圓周均勻分布就將它們作為一個(gè)復(fù)合 特征來(lái)處理記錄復(fù)合特征的信息其步驟為 1 將識(shí)別出來(lái)的單元特征進(jìn)行分類(lèi)將特征信 息完全相同的特征作為一個(gè)組2 判斷這些同 組的特征是否有一個(gè)共同的平面將有同一平面 的特征記錄下來(lái)并判斷其分布特性將按矩形分 布或者圓周分布的單元特征作為一個(gè)復(fù)合特征 3 . 6特征關(guān)系的建立 將模架零件的特征識(shí)別出來(lái)以后接著建立 特征間的關(guān)系該系統(tǒng)將特征間的關(guān)系分為父子 關(guān)系和范式關(guān)系父子特征就是指兩個(gè)特征之間 有公共的面而且由于子特征的存在使得父特 征的幾何形狀發(fā)生了變化如孔特征槽特征 等范式關(guān)系是指具有相同幾何和特征信息的有 規(guī)律的分布于同一個(gè)特征上所構(gòu)成的關(guān)系 4實(shí)例 圖2 a 為模架的一個(gè)板件S T E P 文件導(dǎo) 入 U G 里得到的其主要特征主要為孔類(lèi)特征 有簡(jiǎn)單孔和圓柱形沉頭孔為了更便于 N C加 模 具 技 術(shù) 2 0 0 5 . N o . 317 工將孔特征識(shí)別出來(lái)后輸至孔表中表中信息 包括孔的類(lèi)型位置大小參數(shù)等根據(jù)這些 信息可生成N C 加工程序圖2 b 為識(shí)別出來(lái) 5結(jié)論 本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架零件的特點(diǎn)采用基于圖 的特征識(shí)別方法來(lái)識(shí)別模板中的主要特征這種 方法可以根據(jù)需識(shí)別的特征并定義子圖并將其 應(yīng)用于遍歷搜尋和識(shí)別過(guò)程中因而具有更大的 應(yīng)用范圍識(shí)別出來(lái)的特征可用于后繼的特征重 構(gòu)并可用于數(shù)控加工程序的編制可有效地縮 短模板的設(shè)計(jì)和加工時(shí)間 參考文獻(xiàn) 的孔特征根據(jù)它們的參數(shù)分成了三組在下面 顯示了該1 組空特征點(diǎn)擊生成孔的N C 代碼 按鈕可以生成數(shù)控加工程序 1 R a f a e l B r i d a r r a tK l a a s J a n d e K r a k e rW i l l e m F B r o n s v o o r tR e p r e s e n t a t i o n a n d M a n a g e m e n t o f F e a - t u r e I n f o r m a t i o n i n a C e l l u l a r M o d e l J C o m p u t e r - A i d e d D e s i g n1 9 9 83 04 0 3 0 0 3 1 3 2 S h a h J JM a n t y l aN a u DA d v a