（测试计量技术及仪器专业论文）cadcam与cmm系统集成方法的研究.pdf

摘要 论文题目 专业 硕士 指导老师 c a d c a m 与c m m 系统集成方法的研究 测试计量技术及仪器 吴玉梅 郭俊杰教授 摘要 现代的工厂自动化一一柔性自动促使检测技术朝着高效和智能化的方向发 展。三坐标测量机作为一种现代检测设备，具有适应现代工厂自动化的潜力目前 主要是提高其通用性和效率，使其对各种不同的工件具有灵活的应变性和高效的检 测。传统的三坐标机检测技术是由人工识别检测项目后，让三坐标机自学习或根据 设计图纸由人工输入测量程序，这样不但繁琐、效率低，而且工件更换，又得重复 劳动。目前各种计算机辅助设计c a d 系统越来越完善，功能不断增强设计者使 用起来越来越方便，而且c a d c a m 技术发展很快，在制造业中成功地获得越来越广 泛的应用，这就为c a d 与三坐标机的集成提供了条件和参照。基于现代工业对检测 技术新的要求和c a d c a m 技术的发展，根据三坐标机本身的特点，我们提供了设计 一一检测一体化的思路，同时也可用于工程反逆：测量得到的结果，可直接为设计 提供数据。即实现c a d c m m 或c 删c a d 的集成，使三坐标机成为一个智能化系统。 在整个集成过程中它们之间的通讯是很重要的部分。却也是个瓶颈问题，阻碍着彼 此优势互补。本文在分析了各种c a d 软件及其与外界接口的性能的基础上，结合目 前的三坐标机检测标准，决定以目前国内流行的微机辅助设计系统a u t o c a d 、三维 实体造型软件u g 、s o l i d a g e 等为设计工具，其数据交换格式i g e s 标准为中介， 开发c a d 与c m m 和c 洲与c a d 的接口系统，以实现c a d 与c m m 自动测量系统的集成， 实现c m m 与c a d 的数据传输。这样就使提高三坐标机的测量效率和灵活适用性成为 可能，可以说这是三坐标检测技术的一次全新的尝试。 本论文主要工作是围绕c a d 与三坐标测量机之间的数据通讯展开的。通过读取 i g e s 文件对实体进行分离、提取、识别山对工件进行描述的原始信息：在此基础上， 西安理工大学硕士学位论文 提出一种优化算法对三视图自动进行分离，建立了一种对工件进行三维描述的数学 模型，照此模型对工件进行立体重构：识别出工件的各种检测信息提出一种对公 差信息进行描述的数学模型，井与三维立体相结合生成有检测意义的三维实体： 根据三坐标机的测量系统生成相应的检测规划；另一方面，作为c m i s 的一部分， 应具有与c a d c a m 软件之问的数据交换功能，本文还开发了i g e s 输山接口，采用 o p e n g l 绘制三维空间曲面，向用户展示其全面信息。 关键词：i g e s ，c a d c m m ，实体，二维实体，三维实体，检测规划，自动测量n u r b s o p e n g l 摘要 s u b j e c t s p e c i a l t y n a m e i m s t r u c t o r t h es t u d yo fi n t i g r a t i o nm e t h o d sb e t w e e nc a d c a ma n d c m ms y s t e m m e a s u r e m e n tm e t r o l o g yt e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t w uy u m e i p r o f g u oj u n j i e a b s t r a c t m o d e r nf a c t o r ya u t o m a t i o n f i l e x i b l ea u t o m a t i o np u s h e st h e d e v e l o p m e n to fi n s p e c t i o nt e c h n o l o g yt ot h ed i r e c t i o no fh i g he f f i c i e n c y a n di r i t e l l g e n c e a sak i n do fm o d e r ni n s p e c t i o ni n s t r u m e n t ，t h ec o o r d i n a t e m e a s u r i n gm a c h i n e ( c w ) h a st h ep o t e n to fa d a p t i n gm o d e r nf a c t o r ya u t o m a t i o n o n eo f t h ei m p o r t a n t t h i n g si st oi m p r o v ei t se f f i c ie n c ya n dc o m m o n a d a p t a b l e i nt r a d i t i o n a lc 删i n s p e c t i o np r o g r a m sa r ea l s op r o g r a m e d m a n u a l l y a 1 1t h e s er e s u l ti ni t s 1 0 we f f i c i e n c y n o wc o m p u t e ra i d e d d e s i g ns y s t e m 一一c a da r ed e v e l o p i n gq u i c k l y t h e i rf u n c t i o n sa r eb e c o m i n g s t r o n g e ra n ds t r o n g e r ，a n dt h eu s e r sc a nu s et h e m m o r ea n dm o r ec o n v e n i e n t l y c a d c a mt e c h n o l o g yi su s e d w i d ei nm a n u f a c t u r i n g t h e s ep r o v i d et h e c o n d il i o na n dp o s s i b i l i t yf o ri n t e g r a t i n gc a dw i t hc m m a c c o r d i n gt ot h e r e q o i r e m e n to fm o d e r ni n d u s t r ya n dt h ec h a r a c t e r is t i co fc h i d ，w i t ht h eh e l p o fc a d c a m ，w ep r o p o s e dan e wv i e w 一一c a d c 姗i nc a d c 删s y s t e m ，t h ed a t a in t e g r a t i o nb e t w e e nc a da n dc m miso n eo f t h ei m p o r t a n tp r o b l e m s a f t e r a n a l y l is i n gd i f f e r e n tk i n d so fc a ds o f t w a r ea n dt h e i rf u n c t i o n so f i n t e g r a t i o n ，t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ee x i s t i n gc m mm e a s u r i n gf o r m a t ，t h e a u t h o rd e c i d e dt ou s et h ea u t o c a da st h ed e s i g nt o o l ，w h i c hi su s e dv e r yw i d e i nc h i n a a n dt oa d o p ti g e sa st h em e d i u mf o rd a t ac o 皿m u n i c a t i o nb e t w e e n a u t o c a da n dc m m t h i si san e wa t t e m p ti nci n s p e c t i o nt e c h n o l o g y t h em a i nr e s e a r c hw o r ko f t h et h e s i si sa i m e da tt h ed a t a c o m m u n i c a t i o nb e t w e e na u t o c a da n dc m m i nt h et h e s i s ，r e a d i n gt h ei g e sf i l e 3 西安j e ：r _ 大学硕士学位论文 a n da l lt h eg e o m e t r ye n t i t i e sa n da n n o t a t i o ne n t i t i e sa r ee x t r a c t e d ：o nt h e b a s eo fg e o m e t r ye n t i t i e se x t r a c t e d ，g e o m e t r ye n t i t i e sa r ec l a s s i f i e db a s e d t ot h e i rt h r e ev i e w s an e wd a t as t r u c t u r ei sp r o p o s e dt od e s c r i b l e3 df o r m f e a t u r e s ：i n s p e c t i o ni t e m so ft h ew o r k p i e c ea r er e c o g n i z e d ：t h ec m m b a s e d i n s p e c t i o np l a n n i n gs y s t e mi sb u i i t ：o nt h eo t h e rh a n d a sap a r to fc i m s ， c m mn e e de x c h a n g i n gd a t a w i t ht h es o f t w a r eo fc a d c a m ，s oi g e se x p o r t i n t e r f a c ei sd e v e l o p e db a s e do ai g e ss t a n d a r d i no r d e rt os h o wt h ew h o l e i n f o r m a t i o no ft h es u r f a c e ，t h e3 - d i m e n s i o n a lf r e e f o r ms u r f a c ei sd r a w i n g u s i n gt h eo p e n g l k e y w o r d s ：i g e s ，c a d c m m ，e n t i t y ，2 de n t i t y ，3 de n t i t y ti n s p e c t i o np l a n n i n g ， a u t o m a t i ci n s p e c t i o n ，n u r b s ，o p e n g l 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 三坐标测量机智能技术发展状况 随着现代制造工业的飞速发展，对产品质量的要求越来越高。质量 控制已成为整个产品周期的一个重要环节。三坐标测量机( c m m ) 是集光 学、机械、数控技术和计算机技术为一体的大型精密测量仪器。自开发以 来，三坐标测量机与计算机技术的结合取得了长足的进展，而且它以不同 于传统的测量模式点位测量逻辑对几何尺寸、形状误差、位置误差等目标 参数进行测量。这些特点使得三坐标测量机不仅能够提供多样、通用的测 量方法，而且对其进行数控化开发，使得利用三坐标测量机进行自动测量 成为可能。作为质量控制的主导设备，三坐标测量机在制造业的各个部门， 例如：机械制造、电子、汽车、船舶和航天航空等工业中，都得到广泛的 应用。 随着高新技术的发展和日益激烈的市场竞争，目前制造业正迅速走向 以大规模集成化和复杂自动化为代表的知识密集型工业，借助计算机的辅 助，将产品的设计、加工、质量检测等有机地结合在一起，形成一个更加 高度自动化的系统，这就是计算机集成制造系统( c m i s ) 。这样一个复杂、 庞大的系统，已经不是若干计算机信息处理阶段和人类专家决策的结合， 而是要求各个子系统分别成为更高水平的系统，也就是通过计算机来辅助 决策地完成，实现智能自动化系统。 尽管三坐标测量机发展速度很快，其自动化程度也不断地提高，已经 成为自动化生产、柔性制造( f m s ) 不可缺少的一个组成部分。然而从三 坐标测量机的发展历程来看，虽然传统的计算机数控型( c n c ) 三坐标测 量机能够山程序控制测量，但零件的几何信息和测量数据的输入、程序的 编程和测量决策的确定，仍需测量者按照图纸的要求来完成。虽然大多数 三坐标测量机具有自学习功能，但自学习也需测量者事先输入零件的测量 信息。因此，c n c 型三坐标测量机的自动化程度只属于信息半自动化。这 西安理工大学硕士学位论文 种半自动化的测量方式，只是针对具体的零件，当被测对象更换为另一种 测量零件时，测量人员又得重新输入零件的测量信息，造成重复度的劳动， 其效率低，通用性差的特点满足不了多样性、小批量的现代生产和市场需 求。现代制造业新的发展趋势的出现，对产品质量检测提出新的课题。不 仅要求三坐标测量机能够根据人工输入程序或自学习进行测量，而且应该 具备根据按照零件设计图纸进行自动测量的能力，即区别于传统的c n c 型 三坐标测量机的信息半自动化，从而实现信息处理自动化，除此以外，还 要求三坐标测量机依照测量规则自动选择测量方法和行走路径，即实现知 识的决策智能化。从目前的发展来看，计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅 助制造( c a m ) 、c a d c a m 集成技术、计算机辅助检测规划( c a i p ) 、计算机 辅助路径规划( c a p p ) 技术和计算机图形学的研究已经取得相当多的成果， 参考上述技术，并根据三坐标测量机本身的特点，是否可以把c a d 技术与 质量控制结合起来，从而实现c a d c m m 的集成和c 洲c a d 的集成，回答是 肯定的。c a d c 删的集成利用c a d 的设计结果，首先自动识别零件的几何 形状，进而识别零件的公差信息、检测工序和针对检测工序的测量方法及 测量步骤，然后生成c m m 的测量程序。这个过程人工的干预被减少到最低 程度，零件识别、测量决策和测量规划都是由计算机自动完成，这样的 c a d c 系统是一个智能化系统。c m m c a d 的集成是设计前三坐标测量机 对实体模具的三维扫描，得到其特征点，进而对其进行拟合，最终传到c a d 系统中，这是实现反求工程的一部分。 前面提到的，现在的三坐标测量机能以程控或自学习方式工作，但程 序控制和自学习都是在人工的干预下完成的，测量过程中，零件测量信息、 零件定位、测量点选择、测量路径规划等都需要测量人员决策。这将严重 影响三坐标测量机在柔性制造业( f m s ) 或c m i s 中的检测效果和检测效率。 因此研究c a d 、c m m 等集成的智能化三坐标测量机已成为必然，咀适应 信息密集型工业的迅速发展和知识密集型工业的兴起。 第1 章绪论 1 2c a d c m m 的集成 c a d c m m 的集成设计是智能三坐标测量机的基础，三坐标测量机的智 能化和集成化是密不可分的，集成化是实现智能化的基础，智能化反过来 促使集成化向高层次方向发展。c a d 系统必须向三坐标测量机的决策智能 化提供零件的数据信息，否则决策智能化将无从谈起，另外决策智能化使 得c a d c m m 各模块之间的数据通讯具有智能化，从而促使集成化向更高层 次的发展。 c a d c m m 集成系统需要在c a d 、c a i p 和c m m 之间实现信息的可移植性， 也就是零件的识别、提取、交换及共享，这就要求c a d 、c a i p 和c m m 各 模块间的数据传输及交换保持畅通。而在这些单个的应用工具中，它们不 仅有各自的文件结构，而且有不同的用户界面，既不能直接交换数据，也 不能简单地集成在起。它们的集成是一个系统工程，涉及到空间想象， 机械制图相关规则的注释等模式识别过程。因此，必须在不同的工程应用 模块之间“架桥”，以便能统一地处理产品的完整的计算机化信息流。 c a d c m m 集成的关键问题是解决数据共享和交换。目前c a d c m m 的集 成模式大体上分为两类，一类是通过中间接口将c a d 、c a i p 和c m m 联接起 来：另一类是开发统一的、完整的产品信息模型。 ( 1 ) 通过接口实现c a d c m m 的集成 其原理是在c a d 、c m m 之间建立接口程序，前置处理器将c a d 输出 的零件几何信息和测量信息进行提取和加工，转化为自身语言格式，通过 接口程序将这些信息重新组织转化为利于c m m 测量的信息，再由后处理器 转化为c m m 标准。该集成模式如图卜i 所示： 西安理工大学硕士学位论文 图卜l 通过接口实现c a d c m m 集成 ( 2 )利用统一的产品模式实现c a d c m m 集成 通过接口实现c a d c m m 集成，转换程序要依赖于各个应用模块的 实现结构，当某个模块修改或扩充时，有关转化接口也要相应的变化，因 此接口的适用范围还需加宽。随着c a d c m m 不断向标准化发展，人们提出 了统一的产品数据模型，如图卜2 所示，c a d 系统、c a i p 系统、c m m 系统 可以在其上进行数据交换，从而有效的提高c a d c m m 的集成度。 围困困 统一的产品数据模型 图卜2 基于产品模型的c a d c m m 集成 8 0 年代初，国际上开始了有关数据模型的数据信息交换标准的研究， 至今已经历了三个阶段：( 1 ) 图形标准解决图形的基本命令、交互图 形的输入输出、图形终端命令的标准化。例如g k s 、g k s 一3 d 、p h i g s 等；( 2 ) 数据交换标准格式一一不同系统之间几何图形数据交换的标准化。例如 d x f 和i g e s 等；( 3 ) 产品数据的表达和交换统一的产品数据定义标准 化。例如s t e p 标准。s t e p 标准以切底地进行产品数据的完善交换为最终 第1 章绪论 目标，主要解决计算机可理解的统一的产品定义问题及数据交换问题。它 不但包括几何信息、而且涵盖了许多非几何信息，如制造特征、公差、材 料、工艺等，涉及到产品整个生产周期所需信息。因此，s t e p 标准是最理 想的c a d c m m 系统数据交换规范。然而由于s t e p 标准正处于发展和完善 之中，最终开发出成熟和理想的标准尚需时日，目前我们只能参考和借鉴 其研究方法；另外，s t e p 标准覆盖的内容十分庞大，它面向于整个应用系 统，并不支持单个系统，因此，在单个c a d 系统中难以实现。所以，需要 考虑其它数据交换标准，建立c a d c m m 集成。 由于a u t o c a d 、u g 、s o li d a d g e 等在工程界的应用十分广泛，并且大 部分设计都是以工程图纸的形式保存。根据这样的实际情况，并结合目前 三坐标测量机检测标准叫i s 标准，采用a u t o c a d 作为零件的设计软 件以零件的i g e s ( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 文件作 为c a d c m m 集成的数据交换文件，丌发c d c 洲集成系统，使用i g e s 文 件规范的主要原因： 1 ) i g e s 对实体的表述全面，既包括几何信息，又包括图形的其它非 几何信息，其实体描述可涉及图纸几乎所有信息； 2 ) i g e s 是以a s c i i 码为核心的文件，有固定的输出格式，表达意义 明确，各个图形和符号有固定的表示，易于提取和识别； 3 ) i g e s 规范是一种国际性标准( a n s i 标准) ，通用性好，几乎各商 用c a d 系统都提供i g e s 前后处理器： c a d c m m 集成系统的总体结构如图卜3 所示。主要包括：c a d 图纸识 别文件系统、零件位置识别系统、检测规划和测量路径生成系统、数据库 系统、知识库系统、人机交互接口和专家系统等部分。 西安理工大学硕士学位论文 图卜3c a d c m m 系统总体接口 1 3 论文主要工作和意义 1 3 1 论文主要工作 本论文的主要工作是围绕a u t o c a d 与三坐标测量机之间接口展开 的。c a d 与c m m 自动测量系统，c m m 与c a d 之间的数据交换系统。该系统 结构如图卜4 和1 - 5 所示。 1 ) 在对i g e s 规范进行仔细的分析，掌握其描述a u t o c g o 绘制的三视图方 法的基础上，就文件中几何实体、注释实体、结构实体进行分离、提取、 识别出对工件进行描述的原始信息。 2 ) 在识别出的几何实体后，提出了一种优化算法对三视图自动进行分离； 应用“最左旋”规则对工件进行二维重构，将i g e s 文件中对工件的描 述由简单的线段、圆弧描述，转化成二维图形的表达；在此基础上利用 机械制图中“长对正，高平齐，宽相等”原则匹配出工件的立体模型； 3 ) 识别出工件的各种检测信息，提出了一种对公差项进行描述的数学模 型，将公差项与立体模型相结合，生成有检测意义的三维实体； 4 ) 根据三坐标测量系统，构造一种路径最短原则，最终生成自动 测量程序； 。 6 第1 章绪论 5 ) 另一方面，作为c m i s 的一部分，开发了c 删到c a d 系统数据传输接口， 采用非均匀有理b 样条对自由采集点进行曲面插值，得到描述曲面的 控制顶点，最终以i g e s 文件格式输出，为了给用户全面显示，利用 o p e n g i 。进行三维图形显示。 图卜4a o t o c a d 系统与c m m 的接口框图 图卜5c m m 与a u t o c a d 的接口框图 1 3 2 论文的意义 本课题研究的是将计算机技术与测量技术的最新成果相结合，是三 坐标测量机智能技术的一部分，三坐标机与c a d c a m 系统的一体化技术 在产品的加工检测和反求工程中有重大意义： 1 ) 实现工程反逆：c a d c a m 系统利用三坐标测量机提供的数据，重建产品 几何模型，在修改、创新的基础上，生成数控加工程序，控制数控机 床和加工中心加工得到零件。这样就可以对未知具体技术数据的先进 西安理工大学硕士学位论文 产品进行仿形加工。 2 ) 现自动测量：在加工质量检测中，系统能根据c a d 得到产品模型，选 择合适的路径，生成自动测量程序，控制坐标机的测量轨迹，并提供 零件的几何尺寸的公差分析。 3 ) 提高生产效率：将c m m 、c a d c a m 系统集成，在实际生产中，可已省去 许多人为环节，缩短生产周期，提高测量精度，从而提高整个生产效率。 第2 章i g e s 规范简介 第2 章ig e s 规范简介 2 1lg e s 规范及其应用 随着计算机技术的不断发展，计算机辅助设计制造( c a d c a m ) 已成 为计算机应用领域中的一个重要分支，在科学研究和工业生产中发挥越来 越大的作用，而基于c a d 的三坐标机自动测量系统则是与c a d c a m 类似的 计算机辅助设计与检测规划的集成系统，目前，我国的制造、检测自动化 领域c a d c a m 、c a d c 技术的应用也越来越普及，越来越深入，由原来 的单个系统的独立应用到多个系统的并用，并进一步走向多个系统的互联 信息集成。随着生产自动化技术成分的提高，采用传统的信息传递方 法已不能满足信息集成的需要。为了满足这一要求，各国先后推出了自己 的图形信息交换规范，如英国的n e d o ，德国的v d a f s 规范，这里尤以美 国的i g e s 规范发展最早、应用最广、也最成熟。在目前情况下，c a d c a m 多系统、大范围信息交换以i g e s 中性文件应用最广，也较为适用，所以 我们的三坐标机自动测量系统也以i g e s 文件作为输入，输出，以保证检 测系统与设计、制造系统的兼容性与通用性。i g e s ( i n i t i a lg r a p h i c s e x c h a n g es p e i f i c a t i o n ) 规范由美国国家标准局于7 0 年代末承接任务， 先后推出多个版本。i g e s 规范以几何信息描述为中心，兼顾图形的其它信 息，如一般注释、尺寸标注、视图宏命令等，可描述的几何模型有线框模 型、面模型、实体模型( 包括c s g 描述和b _ r e p ) 等，文件的基本单位为 实体，各实体的定义源于专用c a d c a m 系统中相近实体的定义，而又独立 于这些实体的定义，并可覆盖它们的几乎所有信息，所以这种实体格式的 定义独立性、通用性都很好。 由于i g e s 文件的通用性，而各商用c a d 系统几乎都提供i g e s 文件 前后置处理程序，这就使得利用i g e s 文件在c a d 系统间及c a d 与以i g e s 文件为输入的制造、检测系统间进行信息传递十分方便。在a u t o c a d 系统 中，前后置处理程序是通过i g e s o u t 、i g e s i n 两个命令来实现的。 西安理工大学硕士学位论文 2 2ig e s 文件格式 i g e s 规范主要是通过i g e s 文件交换信息，它可以支持三种文件格 式，a s c i i 码、压缩a s c i i 和二进制格式。其中以a s c i i 格式为核心，它 以每行8 0 个字符的定宽方式存储信息。图2 - i 为i g e s o u t 生成的简单 a s c i i 码i g e s 文件，图2 2 为生成该文件的图形。a s c i i 码i g e s 文件由 五部分组成，即起始段、全局段、目录条目段、参数数据段和结局段( 仅 一行) 。下面说明各段内容。 9 e n e r a t e df r o na na u t o c a dd r a m i n 9b 9 t h ei g e s f r o ma u t o d e s k ，i n c t r a n s l a t o rv e r s i o ni g e s o u t 一3 n o h c ：1 4 a h i g $ ，1 0 i i n u t o c n o 一1 2 ，1 2 h e s o u t 一0 4 ，3 2 3 8 。6 。，9 ，1 5 。3 h r k h 。 h c h ，3 2 7 6 7 ，3 2 1 0 0 1 ，1 3 h 9 7 1 2 0 3 1 0 2 3 0 6 1 4 d 。1 4 0 ，a 9 h d p t t r u 。1 0 1 t 9 6 ，口； s b 口9 口0 s o d d 0 0 帔 b d _ 日明 0 0 0 0 0 0 蛇 e a o 0 0 0 3 1 1o 9 0 0 0 0 0 b 0 0 0 0 1 10 d b o 0 0 0 驼 2110 0 0 1 0 0 0 m 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 4 3110 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 盱 1d 0 0 0 0 0 0 6 411明们0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 7 1d 0 0 0 0 0 8 8 5110 0 0 1 d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 1 1 01 d 0 0 0 0 0 2 8 2 1 21 511日- 们o o 0 0 0 0 0 d 0 0 2 9 2 1 21明0 1 0 0 0 帅0 0 0 0 昭 1 2 ，1 0 ，0 0 ，0 0 ，0 0 。0 0 , - 1 - 0 0 。0 0 000 0 一1 - 0 0 ： 1 1 0 4 9 0 7 2 5 d 1 0 0 1 2 5 日7 2 5 d 1 _ 0 ： 1 1 0 ，1 2 5 0 。2 2 5 0 1 。0 0 i 3 2 5 0 2 6 0 0 。0 0 ： 1 1 0 1 3 2 5 0 2 6 0 0 。0 0 ，1 3 2 5 0 2 。5 2 5 d 1 口日： 1 1 0 ，1 3 2 5 0 2 。5 2 5 d 1 日0 ，1 2 0 0 5 2 5 d 1 。0 1 ： 1 帅。0 0 ，1 2 0 0 ， 2 5 0 1 1 2 0 0 5 2 5 0 1 1 1 0 o 2 5 0 1 ； 1 1 0 。1 1 0 0 2 5 d 1 0 0 1 1 0 0 3 2 5 0 1 0 口： 1 1 0 1 1 0 0 3 2 5 9 1 ，0 0 , k o 0 ，3 2 5 0 1 。0 0 ； 1 1 0 。4 0 0 3 2 5 0 1 。0 b 。_ 日口。3 2 5 0 1 。- 0 ： 1 1 0 ，5 0 0 ，5 5 0 。日0 ，7 0 0 3 7 5 d 1 。0 。； 1 1 9 ，7 0 0 ，5 5 0 日0 。7 0 0 3 7 5 0 1 ，0 0 ； 1 1 0 7 0 0 。3 7 5 0 1 。0 0 5 0 0 。3 7 5 0 1 。0 0 ： 1 1 0 5 0 0 。3 7 5 d 1 。0 0 5 0 0 。5 5 0 。日0 ； 1 帅0 o 9 5 0 6 自0 ，1 昨0 ，6 0 口，1 0 5 0 ，6 0 0 ； 2 1 2 ，1 ，8 ，1 0 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 d 1 。q 0 ，1 00 0 8 ，5 2 5 0 1 ，6 0 0 ，0 a ，3 x r x h ； s 0 0 0 0 0 0 2 g 0 0 0 0 0 6 3 0 0 0 0 0 0 3 0 p 0 0 0 0 0 1 5 1 0 图2 一li g e s 文件示例 1 p 0 0 0 0 0 们 3 p 0 0 0 0 0 0 2 5 p 0 0 0 0 0 略 7 p 帅_ 蛐b l 9 p 0 0 0 0 0 盱 1 1 p o a 0 0 0 6 1 3 p 0 0 0 0 0 0 7 1 5 p 0 0 0 0 0 啊 1 7 p 0 0 0 0 0 0 9 2 1 p 0 0 0 0 0 10 2 3 p | 0 0 0 0 1 1 2 5 p 0 0 0 0 6 1 2 2 7 p 0 0 0 0 6 1 3 2 0 p 0 0 0 0 0 1 4 3 1 p 0 0 0 0 0 1 5 t 0 0 0 0 0 0 1 第2 章i g e s 规范简介 图2 2 生成i g e s 文件的图形 1 起始段( s t a r ts e c t i o i l ) 该段对i g e s 文件产生背景做一般的说明，这段内容取决于前置处理 器( 又叫i g e s 文件的生成器) ，跟产生i g e s 文件内容的变化无关，起始 段至少有一一个纪录，该段的所有纪录的第7 3 列必须置大写字母s ，表示该 段为起始段。l 7 2 列的内容按自由格式存放a s c i i 码字符，7 4 “8 0 列存放 起始段行序数。 2 全局段( g l o b a ls e c t i o n ) i g e s 文件的全局段包含介绍前置处理器的相关内容及其它全局参数。 参数以自由格式存储，以参数分隔符一“，”隔开，以纪录分隔符一“；” 结束。同样每行第7 3 列必须置大写字母g ，7 4 8 0 列存放全局段的序数， 该序数必须从1 开始计数。 3 目录条目段( d i r e c t o r ye n t r ys e c t i o n ) 每个实体都有一个目录条目段，其项长度固定，每个域为8 个字符长 度，每个实体的目录条共占用相邻两行，各行长8 0 个字符，共2 0 个域， 各域的作用见表2 1 。 西安理工大学硕士学位论文 表2 1 域编域类说明 号型 1 # 实体类型( 如1 1 0 ，1 0 0 ，1 1 6 等) 2参数指针( 指向实体对应的参数行首行) 3 # ，一结构( 或版本号) ，i g e s i n 忽略，i g e s o u t 设为l 4 # ，一线型模式：l 一实线，2 一虚线，3 一双点线， 4 一中心线 5 # 一层序数( 按各层出现的先后次序计之) 6 # 一视图指针 7 变换矩阵指针 8 标号显示相关性 9# 状态数：格式为a a b b c c d d 1 0 d ( 序数)目录条目短的行序数，指明实体在目录条 目段中的位置 1 1 # 同域l 1 2# 线宽数：线宽= ( g l o b a l 参数1 7 g l o b a l 参数1 6 ) * g l o b a l 参数1 2 1 3# 笔号或颜色代号( 0 一缺省，l b 1 0 c k ，2 一r e d ，3 一g r e e n ) 1 4# 参数行计数器( 表明该实体在参数段中占 有的行数) 1 5# 实体格式号( 同一实体内不同类别的分类 号) 1 6 x 未用( 保留) 1 7 x未用( 保留) 1 8 t e x t 实体标记符( a u t o c a o 部分支持) 1 9 # 与标记符对应的下标 2 0 d ( 序数)目录条目段的序数 # 一n u m b e r ( 数) ，一一p o i n t e r ( 指针) ，t e x t 一文本 图2 - 2 中线段a b 的目录条目段数据如下： 1 1091io q 口1 日0 i p 0 日d q l 7 1 1 日1剐稍剐卅- 第2 章i g e s 规范筒介 按照每个域为8 个字符的固定长度，其意义为：第1 域“ 1 1 0 ”， 表示实体类型为1 1 0 ，1 1 0 号实体代表直线段：第2 域“ 9 ”，表示 参数行的第9 行为该直线段的参数说明；第3 域“l ”，表示该行 为i g e s o u t 的i g e s 输出文件：第4 域“1 ”，表示a b 段为实线： 第9 域“0 0 0 1 0 0 0 0 ”，表示该实体的状态为可见的几何实体；第1 0 域 “d 0 0 0 0 0 1 7 ”，表示该行为目录条目段的第1 7 行：第l l 域“ 1 1 0 ”， 意义同第一域，和第一域一起说明同一实体：第1 4 域“l ”，为参 数行计数器，表示该实体的参数行只有一行：第2 0 域“d 0 0 0 0 0 1 8 ”，表示 该行为目录条目段的第1 8 行。 4 参数数据段 参数数据是i g e s 文件中重要组成部分，该段包含了实体的基本参数 的定义及相关指针，其格式见图2 3 ，参数行以每个实体的实体代号开头， 按自由格式组合，各参数之间以参数分隔符一“，”隔开成不同的域，参 数行中的参数不能超过一行的第6 4 列，否则换行，每个实体的参数行数 不限。第6 5 列是空格符，第6 6 。7 2 列含指向该实体目录条目段的指针。 第7 3 8 0 列为特征符p 加序数。注意的是，每个实体的规定参数后还有可 能紧跟两组指针参数，如果没有相关指针，则紧跟两个0 。 1 。6 46 56 6 7 27 3 8 0 实体类型与实体定 d ep o i n t e rp 0 0 0 0 0 01 义的 参数； d ep o i n t e rp 0 0 0 0 0 0 2 图2 - 3 参数数据段的说明 西安理工大学硕士学位论文 目录条目段的内容只是实体的一般属性，实体的坐标值在参数数据 段中，根据目录条目段中线段a b 的参数行指针“0 0 0 0 0 0 0 9 ”和参数行计 数器“0 0 0 0 0 0 0 1 ”，就可以找到线段a b 的参数数据如下： 1 i b 日叠，7 2 s | i 日，1 2 s 日7 2 s 0 1 1 日： 3 p 明聃o 旺 该行数据描述的是一条起始点坐标为( 4 0 0 ，3 2 5 ，o o ) 、终止点坐标为 ( 4 0 0 ，7 2 5 ，0 0 ) 的直线段，与该参数行对应的目录条目段的行序数为 1 7 ，该参数行的序数为9 ，其中“d ”相当于科学计数法中的“e ”，“3 2 5 d 1 ” 为3 2 5 x 1 0 ，即3 2 5 。 5 终止段( t e r m i n a r e ss e c t i o n ) 终止段只有一行内容，它分为1 0 个域，每个域为8 个字符，终止段 必须是文件的最后一行。第7 3 列用t 作为该段的标识符，第7 4 至8 0 列 为序数，终止段的各个固定段包括两项内容：段类型标识符( 如s ，g ，p ) 及该段的行数。 2 3a u t o o a d l 2 0 支持的1 6 e s 实体一览表 i g e s 文件中涉及的实体粗分可分为几何实体( o - 1 9 9 ) 、注释实体 ( 2 0 0 2 9 9 ) 、结构实体( 3 0 0 - 1 0 0 0 0 0 ) 三类。i g e s 运用这些实体来描述 c a d 中的视图内容，但不是所有的视图内容都可以用i g e s 文件表达，其中 i g e s 能表达的实体，我们说i g e s “支持”该类实体，否则为“不支持”。 下表中涉及的“支持”与“不支持”对i g e s i n ，i g e s o u t 命令都起作用。 表2 - 2 几何实体 实体编号名称说明 l 空支持 1 0 0圆弧 支持 1 0 2 多义线支持 第2 章i g e s 规范简介 1 0 4 圆锥曲线支持 1 1 0直线支持 1 1 6 占 支持 1 1 8直纹面支持 1 2 0 回转面支持 1 2 2 列表柱面支持 1 2 4 变换矩阵支持 1 2 6 n u r b s 曲线支持 1 2 8 n u r b s 曲面支持 1 3 0 等距曲线支持 表2 - 3 注释实体 实体编号名称说明 2 0 2 角度型尺寸标注支持 2 0 6 直径型尺寸标注支持 2 0 8 标志节点支持 2 1 0 通用标号支持 2 1 2 一般标注支持 2 1 4 尺寸线 支持 2 1 6 直径型尺寸标注支持 2 1 8坐标型尺寸标注支持 2 2 0 点标注支持 2 2 2 半径型尺寸标注支持 2 2 8 通用符号支持 2 3 0剖面支持 西安理工大学硕士学位论文 表2 4 结构实体 实体编号 名称说明 3 0 8 字图定义支持 4 0 2 相关性引例支持 4 0 4 视图定义支持 4 0 8 单个字图引例支持 4 1 0 视图定义支持 4 1 2 矩形阵列字图引例支持 4 1 6 外部引用 支持 2 4 小结 本章主要介绍i g e s 文件的格式，了解了i g e s 规范之后，在以后章节 的立体重构、检测项目提取将以此规范为处理的输入，它也是整个三坐标 自动测量系统的输入格式，即c a d 与c m m 之间的连接中介。 第3 章c 与c a d 的数据通讯( 一) 第3 章c m m 与c a d 的数据通讯( 一) 在三坐标测量机自动测量系统中，要求c m m 能直接从c a d 中得到零 件的几何特征，但是两者的系统是不一样的，因此，二者之间的数据通讯 是关键问题。普遍描述机械零件的都是二维工程图纸，虽然当工程技术人 员阅读这些图纸时，在脑子里不难形成工件的三维立体形状及其对应的检 测项目，但如果要由计算机进行自动识别和立体重构，却是一项系统的工 程。它必须考虑得非常全面，把人脑模糊的判断过程具体地总结归纳出明 晰的规则。而一般的商用计算机辅助设计( c a d ) 系统仅用简单的点、线、 面等二维实体来描述工件，这些基本的、底层次的描述不能提供工件形状 的足够信息。因此我们必须从这些原始的几何描述中提炼出设计者的意 图，以传递给路径生成系统。读者可能也许会问，现在不是有许多三维c a d 设计系统吗? 为什么不直接利用它们昵? 因为这些系统描述的信息对于 检测来说不是很全，同样的要做大量的重组工作：更重要的是现在用得最 多的是通用的商业a u t o c a d 系统，它的市场份额最大，应用最广因此我 们采用a u t o c a d l 2 0 的i g e s 接口文件。由a u l o c a d 设计完成机械图纸之 后，输入i g e s o u t 命令，即可生成该图纸的接口文件i g e s 。在前一章作者 已经简单介绍了i g e s 规范，可以看出其对图形的描述与三维立体有相当 的距离。我们必须一步步的，由原始的点，线重构出其立体模型。在提取 几何实体的尺寸( 即三视图中的线段、圆弧的端点或圆心坐标) 时，我们 根据的是a u l o c a d 绘图坐标系中的坐标值，这样只要我们在绘图时将图纸 的大小设置成国标所规定的图纸幅面，并将尺寸标注比例设置成标准比 例，这样将从i g e s 文件中读取的坐标值再乘以图纸比例就可得到线段的 实际尺寸，那么重构出来的立体图形的相互位置和尺寸就与实际设计尺寸 值一致。本文的自动测量系统出九部分组成：i g e s 中基本元素的识别与提