基于三維輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注

1、基于三維輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注鮑齊友1，宋忠輝1，陳進(jìn)富1，董玉德1，張方亮2，劉彥超2*（1. 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院； 5 2. 佳通輪胎（中國(guó)）研發(fā)中心）摘要：輪胎花紋工程圖在輪胎的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中具有十分重要的作用，但工程圖的生成、尺寸標(biāo)注工作量大及易出錯(cuò)等問(wèn)題，故提出了基于三維輪胎花紋工程圖添加控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)注的方法。該方法先生成花紋工程圖及調(diào)用所需的圖框，利用三維添加控制點(diǎn)的特殊性及10 設(shè)計(jì)生產(chǎn)中一些基本規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)花紋工程圖的自動(dòng)標(biāo)注。最后，以 CATIACAA 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注系統(tǒng)。實(shí)踐分析表明，該系統(tǒng)有效減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性工作，

2、明顯縮短研發(fā)周期。關(guān)鍵詞：工程圖；自動(dòng)生成；自動(dòng)標(biāo)注；控制點(diǎn)；CATIA中圖分類號(hào)：TP391.715Automatic generation and annotation of engineering drawings based on 3D tire patternBao Qiyou1, Song Zhonghui1, Chen Jinfu1, Dong Yude1, Zhang Fangliang2, LiuYanchao220 (1. College of mechanical and automotive engineering, HeFei University of Techno

3、logy; 2. GITI Tire (China)R&D Center)Abstract: In terms of tire design and manufacturing plays,tire engineering drawings is very important in the process, In order to resolve the problems of engineering drawing generation, size annotation workload and error prone problems, this paper proposed ad

4、ding control points to25 achieve automatic annotation method basing on the 3D tire engineering drawings. The method generate pattern drawing and invoke the desired frame. By using the special properties of the 3D adding control points and some basic rules in the design and production, this method ca

5、n realizethe automatic marking of the engineering drawing. Finally, the automatic generation and annotation system of tire tread pattern is developed based on CATIACAA. The practical analysis30 shows that the system can effectively reduce the repetitive work and shorten the development cycle.Key wor

6、ds: engineering drawing; automatic generation; automatic marking; control point; CATIA0引言35 輪胎胎面花紋作為輪胎與地面接觸的唯一部件,其結(jié)構(gòu)形式不僅影響車輛的操縱性、牽引力、滑水和噪聲等特性，同時(shí)也關(guān)系到駕駛的安全性和乘坐的舒適性1。因此，胎面花紋設(shè)計(jì)的好壞對(duì)車輛的性能起決定性影響2。輪胎花紋工程圖標(biāo)注的質(zhì)量直接影響生產(chǎn)制造的質(zhì)量和效率，且當(dāng)前輪胎花紋工程圖生成及標(biāo)注由 CAD 軟件人機(jī)交互完成，故對(duì)輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注的研究是輪胎行業(yè)的一個(gè)重要課題。40 工程圖的自動(dòng)生成及標(biāo)注一直是計(jì)算機(jī)輔助

7、設(shè)計(jì)研究的重要課題。歐陽(yáng)世嘉等3通過(guò)對(duì)二維圖元的識(shí)別和三維模型出發(fā)，提出了基于三維參數(shù)化模型的工程圖尺寸自動(dòng)標(biāo)注與布局。楊德榮4應(yīng)用圖論方法，從圖形中提取由線段和連接點(diǎn)組成的路，研究路中線段和連接點(diǎn)的相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)尺寸的自動(dòng)標(biāo)注。張明勇等5將機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)和參數(shù)化繪圖等現(xiàn)作者簡(jiǎn)介：鮑齊友（1990-）男，研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造通信聯(lián)系人：董玉德（1966-），男，合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD/CAE/PDM）- 1 -代設(shè)計(jì)方法引入到齒輪的設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用 ObjectARX 對(duì) AutoCAD 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)建一45 個(gè)齒輪自

8、動(dòng)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。李末等6基于 SolidWorks 提供的 API 接口，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)原理將標(biāo)注數(shù)據(jù)參數(shù)建立為約束關(guān)系模型，使用 VB.NET 語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程視圖尺寸標(biāo)注的自動(dòng)生成。張聞雷等7采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒘慵叽缧畔⒛Ｐ?，提出基于形體分析的零件尺寸自動(dòng)標(biāo)注。陸國(guó)棟等8從三維特征模型出發(fā)完成二維標(biāo)注，提出了基于分治思想的尺寸自動(dòng)標(biāo)注方法；上述研究方法對(duì)實(shí)現(xiàn)工程圖的自動(dòng)生成及標(biāo)注系統(tǒng)做出了不同程度的探50 索，但這些方法只對(duì)某些特定形狀的零件有較好的效果，但沒(méi)有涉及輪胎花紋工程圖領(lǐng)域。本文提出了基于三維輪胎花紋工程圖實(shí)現(xiàn)對(duì)工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注，在三維輪胎花紋工程圖中，添加所需要的控制

9、點(diǎn)，生成工程圖，利用工程圖中三維控制點(diǎn)的特殊性，應(yīng)用一定的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)其自動(dòng)標(biāo)注。551工程圖的自動(dòng)生成在實(shí)際輪胎花紋設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的花紋工程圖一般只由一個(gè)主視圖組成，且只需生成一個(gè)方向的視圖即可滿足標(biāo)注需求。在工程圖的自動(dòng)生成中，投影方向需要程序自動(dòng)選定，但結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，只需選擇一個(gè)固定投影平面就可滿足。1.1 TPS 視圖的創(chuàng)建60 在 CATIACAA 二次開(kāi)發(fā)中，工程圖的自動(dòng)生成需要選擇標(biāo)注集，即選擇固定平面，調(diào)用 CATIACAA 提供的 API 函數(shù)創(chuàng)建固定平面的標(biāo)注集，創(chuàng)建結(jié)果圖 1 所示。圖 1 花紋工程圖 TPS 的創(chuàng)建Figure 1 the creation of p

10、attern engineering drawing TPS651.2工程圖自動(dòng)生成在人機(jī)交互生成工程圖中，需要根據(jù)圖的大小來(lái)選擇圖紙，在程序中，通過(guò)獲取工程圖的大小自動(dòng)插入圖紙大小和明細(xì)欄，且花紋工程圖通常比例為 1：1。調(diào)用 CATIACAA 提供的 API 函數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)其工程圖的自動(dòng)生成。702工程圖自動(dòng)標(biāo)注2.1 工程圖標(biāo)注特點(diǎn)在實(shí)際輪胎花紋設(shè)計(jì)中，整周輪胎由一個(gè)乃至多個(gè)節(jié)通過(guò)一定的規(guī)律組成，整周輪胎花紋只需標(biāo)注不同的節(jié)，且節(jié)之間有一定的相似性。參考機(jī)械制圖手冊(cè)及企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)標(biāo)注，尺寸標(biāo)注形式應(yīng)符合以下基本原則：75（1）花紋圖的更新伴隨著尺寸標(biāo)注的更新；- 2 -（2） 尺寸標(biāo)注應(yīng)簡(jiǎn)

11、單明了；（3） 尺寸標(biāo)注應(yīng)集中標(biāo)注。2.2 工程圖自動(dòng)標(biāo)注在輪胎花紋工程圖中，一般圖元由直線段和圓弧段組成，在三維中添加了控制點(diǎn)，通過(guò)80 函數(shù)自動(dòng)識(shí)別出不同圖元之后，只要在工程圖中把每個(gè)三維添加的控制點(diǎn)和圓弧類的標(biāo)識(shí)符分別記錄下來(lái)，存儲(chǔ)到二組列表中，后續(xù)程序可以通過(guò)該列表直接對(duì)它們進(jìn)行處理。在三維花紋圖中，通過(guò)標(biāo)記花紋節(jié)，工程圖中自動(dòng)識(shí)別出節(jié)。輪胎花紋工程圖自動(dòng)標(biāo)注主要由圖 2 組成。85圖 2 輪胎花紋工程圖自動(dòng)標(biāo)注組成Figure 2 automatic marking composition of tire tread pattern從公司應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，以 X 軸為縱向定位點(diǎn)，且橫向標(biāo)

12、注以節(jié)為定位線。工程圖自動(dòng)標(biāo)注主要步驟如下：Step1.獲取花紋工程圖大??；90 Step2.在花紋工程圖中獲取節(jié)的信息，識(shí)別出不同的節(jié)，應(yīng)用 CATIACAA 提供的尺寸標(biāo)注函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行不同節(jié)的自動(dòng)標(biāo)注，且將該尺寸布局在視圖外側(cè)離視圖固定距離；Step3.在工程圖三維添加的控制點(diǎn)的列表中，將 Y 值不同的控制點(diǎn)進(jìn)行搜索，且搜索到的控制點(diǎn)為最左端，將搜索到的控制點(diǎn)進(jìn)行從小到大排序，應(yīng)用 CATIACAA 提供的尺寸標(biāo)注函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行縱向的自動(dòng)標(biāo)注，運(yùn)用排樣思想對(duì)其進(jìn)行布局；95 Step4.在一個(gè)花紋節(jié)中，工程圖三維添加的控制點(diǎn)列表中，將 Y 值相同的控制點(diǎn)進(jìn)行搜索，靠近節(jié)的控制點(diǎn)以節(jié)為定位

13、，另外控制點(diǎn)以前一個(gè)控制點(diǎn)為定位，應(yīng)用 CATIACAA 提供的尺寸標(biāo)注函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行橫向的自動(dòng)標(biāo)注，并將布局在標(biāo)注就近區(qū)域； Step5. 在工程圖圓弧的列表中，應(yīng)用 CATIACAA 提供的尺寸標(biāo)注函數(shù)，直接對(duì)其進(jìn)行圓弧的自動(dòng)標(biāo)注，并將布局在圓弧中部；100Step6.花紋工程那個(gè)圖自動(dòng)標(biāo)注結(jié)束。3算法實(shí)現(xiàn)與標(biāo)注實(shí)例基于 CATIACAA 和 Microsoft Visual Studio 2005 開(kāi)發(fā)了輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注，用以實(shí)現(xiàn)花紋工程圖的生成及標(biāo)注，取得了良好的輔助制圖效果，后期人工干預(yù)少，且用戶操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)操作界面與結(jié)果如圖 3 所示。- 3 -105圖 3 輪胎花紋

14、工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注Fig. 3 automatic generation and marking of tire tread pattern4結(jié)論本文開(kāi)發(fā)的輪胎花紋工程圖自動(dòng)生成及標(biāo)注系統(tǒng)，使標(biāo)注效率得到大幅提升，縮短了設(shè)110 計(jì)出圖時(shí)間，提高了出圖質(zhì)量，減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度。 文中的研究方法與實(shí)現(xiàn)過(guò)程對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中一些形狀或功能上相似的產(chǎn)品自動(dòng)標(biāo)注有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn) (References1 周海超.花紋結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎花紋溝噪聲和滑水性能影響規(guī)律及協(xié)同提升方法研究D.江蘇：江蘇大學(xué)，2013115 2 陳煥明.面向車輛操縱穩(wěn)定性的駕駛員建模及輪胎性能客觀評(píng)價(jià)研究D.吉林：吉林大學(xué)，20153 歐陽(yáng)世嘉，牛強(qiáng)，柳偉，周雄輝.基于三維參數(shù)化模型的工程圖尺寸自動(dòng)標(biāo)注與布局J.模具工業(yè)，2014,40（2）：17-224 楊德榮.工程圖形自動(dòng)標(biāo)注尺寸的圖論方法J.機(jī)械研究與應(yīng)用，2008,21（2）：96-985 張明勇，楊波.基于 AutoCAD 二次開(kāi)發(fā)的齒輪工程圖自動(dòng)生成技術(shù)研究J.機(jī)床與液