（机械设计及理论专业论文）轴类零件图结构识别及尺寸标注批改技术的研究.pdf

西北工业大学硕。l 论文 摘要 轴类零件图结构识别及尺寸标注批改技术的研究 摘要 本论文的研究工作受到西北工业大学电子教材建设经费资助。 本文在有关研究者开发的轴类零件图批改软件的基础上，对轴类零件图的 批改做了进一步的研究。研究所用的平台为a u t o c a d ，使用的编程工具为v i s u a l c + + 6 0 和o b j e c t a r x 。 本文的研究重点为轴类零件图中各种工艺结构的识别和尺寸标注的批改， 采用的方法为“特征识别法”，该方法针对轴类零件图中各种工艺结构的固有特 征，从一幅零件图中识别出零件的各种工艺结构，包括槽、通孔等，然后在此 基础上进行批改。本文工作的特点是能更有效地检查出零件图中常见的各种典 型错误，并便于扩展功能。 本文同时针对制图作业批改的若干难点问题提出了相应的解决方法，如批 改作业时各种结构的匹配，自定义数据库的设计，批改精度的控制，主视图中 心线的双重定位等。这些研究不仅对轴类零件图的批改是必需的，而且对于各 种制图作业的批改都是适用的。 对上述研究内容，本文设计了相应的算法，提供了程序流程图，并采用 v i s u a l c + + 设计编写了约1 5 0 0 0 行的程序。最后给出了程序的运行实例和结论。 关键词：工艺结构识别；机械制图；o b j e c t a r x ：轴类零件图；尺寸标注 两北t 业大学颀士论文 摘要 i d e n t i f y i n gs t r u c t u r ea n dc o r r e c t i n g d i m e n s i o n si ns h a f t _ l i k ed r a w i n g s s u n j i e ( i n s t i t u t eo fm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ，n o r t h w e s t e r np o l y t e c h n i c a l u n i v e r s i t y ) a b s t r a c t b a s e do np r e v i o u sw o r kw h i c hi sa b o u tc o r r e c t i n gs h a f t 1 i k ep a r t d r a w i n g s f u r t h e rr e s e a r c h e sw e r em a d ei nt h i st h e s i s t h e p l a t f o r mu s e di sa u t o c a d a n d t h e p r o g r a m m i n g t o o l sa r ev i s b a lc + + 6 0a n d0 b iectarx t h ee m p h a s i so ft h er e s e a r c hi nt h e s i sl i e si ni d e n t i f y i n gt h ec a t e g o r i e so ft h e s t r u c t u r e sf o rm a n u f a c t u r ea n dc o r r e c t i n gd i m e n s i o n s a n d 也em e t h o da d o p t e di s c a l l e d “c h a r a c t e rr e c o g n i t i o n u s i n gt h i sm e t h o d ，t h ec o m p u t e rf i r s tr e c o g n i z e st h e s t r u c t u r e si nt h es h a f t l i k ep a r td r a w i n g sa c c o r d i n gt ot h e i rc h a r a c t e r i s t i c s s u c ha s s l o t s ，t h r o u g h h o l e sa n ds o o n ，a n dt h e nc o r r e c t s t h e d r a w i n g sb a s e d o nt h e r e c o g n i t i o n b yt h i sm e t h o d ，t h ec o m p u t e rc a nf i n dt h em i s t a k e sm o r ee f f e c t i v e l y a n o t h e r a d v a n t a g e o f t l l i sm e t h o di st h a ti t sf u n c t i o n sc a nb ee x t e n d e d e a s i l y b e s i d e st h ea b o v er e s e a r c h e s ，s o m ed i f t i c u l t i e si nc o r r e c t i n gt h em a c h i n e p a r t d r a w i n g s ，s u c ha st h em a t c h i n go f t h es t r u c t u r e sw h e n c o r r e c t i n gd r a w i n g s ，a n dt h e d e s i g no f c u s t o md a t a b a s ea sw e l la st h ec o n t r 0 1o ft h ep r e c i s i o ni nc o r r e c t i n g w e r e d i s c u s s e d ；t h es o l u t i o n st ot h e s ep r o b l e m sw e r ea l s op r o v i d e d t h e s er e s e a r c hr e s u l t s a r ec a p a b l en o to n l yo fc o r r e c t i n gs h a f t - l i k ed r a w i n g s ，b u ta l s oo f e o r r e c t i n go t h e r k i n d so f d r a w i n g s a tt h eb a s i so ft h ea b o v er e s e a r c h e s ，t h ec o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m sa n df l o w c h a r t sw e r ep r e s e n t e d a n dt h ep r o g r a m sc o n s i s t i n go fa b o u tf i & e nt h o u s a n d sl i n e s w a sd e s i g n e dw i t hv i s u a lc + 十，t o o a tl a s t ，t h ei m p l e m e n t e de x p e r i m e n t so ft h e p r o g r a m sa n d t h ec o n c l u s i o n sw e r e g i v e n t h i st h e s i si s s u p p o r t e db yn o r t h w e s t e r np o l y t e c h n i c a lu n i v e r s i t y se l e c t r o n i c t e a c h i n gm a t e r i a lb u d g e t k e yw o r d s ：i d e n t i f ys t r u c t u r e ；m a c h i n ep a r td r a w i n g ；o b j e c t a r x ；s h a f t l i k ep a r t d r a w i n g ；d i m e n s i o nc o r r e c t i n g 西北t 业大学硕 。论文 第一毒绪论 第一章绪论 1 1 前言 近年来，计算机硬件功能不断加强，而其价格不断下降。由此使得计算机 绘图越来越具有可行性；加之计算机绘图所具有的一系列优点，使得计算机绘 图在各个行业逐渐普遍起来。 计算机绘图的基础是画法几何与机械制图的基础知识和理论。目前大多数的 工科院校都同时开设了画法几何与机械制图和计算机绘图两门课程。 这两门课程的实践性很强，为了培养学生正确和高效的绘图技能，要求学生必 须完成相当数量的绘图作业，以此来巩固所学的基本技能和方法。采用计算机 绘图，可以大大的减轻学生的工作量，但无形地增大了教师批改作业的工作量。 同时由于目前计算机绘图软件的功能限制，人工批改计算机绘图作业的难度非 常大。园此追切需要一个具有一定智能的作业批改系统，来帮助教师完成计算 机绘图作业的批改任务。 1 2 此类软件的开发情况和历史 设计一个通用的、具有一定智能的计算机绘图作业批改软件是一项很复杂 的系统工程，其中涉及到图形特征提取、区域划分、区域识别、图形比较、数 据库访问等技术。目前，国内较为成熟的计算机作业批改软件，只能完成画法 几何作业图的自动批改。与机械制图作业相比较，画法几何作业的表达方式较 为单一，信息量较少，其正确答案通常也只有一个，人的主观多变性在此不易 表现出来，这些特点使得编程实现较为容易。而机械制图的图形就要复杂的多， 包括大量信息，如线型，线宽，尺寸标注，公差等，而其中编程实现最为困难 的一点在于制图作业表达的“灵活性”，如每个人的制图风格不同，正确答案有 很多个。这给批改软件的设计带来了很大的困难。目前国内尚未见到比较成熟 的机械制图批改软件。 根掘以上情况西北工业大学制图教研室的9 6 级研究生陈子恒和李蓉在廖 达雄老师开发的计算机绘图软件d x c a d 软件平台上做了一些开创性的工作。并 且在一些具体问题上给出了一定的算法。为了适应当前教学普遍采用的a u t o c a d 绘图软件，能够在a u t o c a d 2 0 0 0 软件系统下进行计算机绘图作业批改，9 8 级研 究生许占民采用a u t o c a d 2 0 0 0 的二次开发工具o b j e c t a r x 2 0 0 0 ，在v i s u a l c + + 6 0 环境中进行开发，完成了数据库的转型和直接比较模块的设计，部分实 现了自动批改轴套类学生作业的功能。2 0 0 0 级研究生袁宁同学同样在a u t o c a d 和o b j e c t a r x 2 0 0 0 平台上，主要针对轴类零件的绘图作业批改，采用直线扫描 法，能够实现轴类零件图工艺结构上的错误识别。并针对一些基础问题，如区 域划分给出了算法。本毕业设计是在前边所作工作、尤其袁宁同学的工作基础 上作迸一步开发，实现轴类零件中较难处理的尺寸标注的批改。 要! ! 三些尘兰堡：! 堡兰一兰二皇! ! ! i 一 1 3 批改软件的运行平台和编程语言的选择 1 ，31 批改软件的运行平台 现在流行的c a d 软件名目繁多，a u t o c a d 作为其中历史较久的绘图软件 按仍占有较为重要的地位。由于本课题所设计的批改软件主要面对低年级学生 所绘的图，而这类学生所用的绘图软件以a u t o c a d 居多。故本课题选择 a u t o c a d 为开发平台。 1 3 2 编程语言的选择 本课题选择v i s u a lc + + 作为开发语言，原因一方面自然是v c 功能强大， 另一个很重要的因素在于a u t o c a d 为v c + + 提供了一套二次开发a u t o c a d 的 接口o b j e c t a r x 。相对于a u t o c a d 提供的另外几套开发接口：a u t o l i s p ，v i s u a l b a s i c ( v b a ) ，a r x ，o b j e c t a r x 出现的时间最晚，功能也最强大，故本课题采用 o b j e c t a r x 接口。 1 4 作业批改软件的主要依据及目标 1 4 1 实现作业批改的主要依据 通过软件实现作业图的自动批改不同于老师手工对作业的批改，其必须在 批改前输入标准答案，然后根据标准答案，由程序来提取信息，再根据这些信 息对学生图实施批改。总的来说，批改的依据是标准答案图，如果学生作业图 的某部分与答案图的相应部分一致，则认为正确。 1 4 2 作业批改程序的设计要求 经观察，学生作业图中的绘图错误具有相当的集中性，一些很古怪的错误出 现的几率很小。设计一个能够检测出学生作业图中所有绘图错误的程序是不可 能的，也是不切实际的。为了在有限的时间内取得较好的研究结果，必须突出 典型错误的识别和检测。因此本课题程序的设计并不是要求能够检测出所有可 能出现的错误，而是以各种经常出现的典型错误为主，设计算法，并加以编程 实现。 本课题的重点在于轴类零件图尺寸标注的批改，而尺寸标注是建立在零件工 艺结构的表达之上的，举个夸张的例子，如果整副图只有一条直线，则根本谈 不上标注尺寸，更遑论尺寸标注的批改。因此必须在批改尺寸标注之前，先对 图中的工艺结构形状进行判断批改，然后才能进行尺寸标注的批改。当然要说 明的是：本论文不以批改工艺结构为主。 名词说明：本文中的名词“工艺结构”指轴类零件图中的键槽、结构平面、 通孔、螺纹退刀槽等表达元素。而“工艺结构方面的批改”则指键槽，结构平 面等是否在作业图上绘出，以及所绘的是否正确，具体包括是否漏画或多画线 条，画的位置是否正确等。“工艺结构”在本文中侧重于“外表形状”，不包括 尺寸标注，公差等表达。很明显“尺寸标注”等表达是建立在“工艺结构的表 达”之上的，没有“工艺结构”则“尺寸标注”等就无法存在。总之，本课题 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 中的“工艺结构”一词是与“尺寸标注”相对而言的。了解这一点对阅读本文 很重要。 对于一幅轴类零件图，工艺结构的表达是相对固定的，表达方式变化较少 或没有变化。举例来说，如果说某段轴上有个结构平面，那这段轴的“固定位 置”上必定有一个“大小形状固定”的结构平面，没有别的表达方式。因此其 对程序的“智能化”要求较低，容易编程实现。与“工艺结构方面的批改”相 对的是“尺寸标注的批改”，尺寸标注是依附于轴的工艺结构的，其表达方式多 样，如表达某结构平面在轴上的位置就有多种方式。而又由于很多尺寸标注是 相互关联、相互补充的，最终形成一个整体表达轴的尺寸信息，因此对程序的 “智能化”要求较高，从编程实现的角度来讲困难大大增加。 综上所述，本课题中作业批改软件的主要设计目标是： 1 针对通用的绘图方法。 2 针对各种典型的常见错误。 3 在对轴类零件图的工艺结构作“必要“的批改后，尽可能多地检测出 学生作业图中的尺寸标注错误。 1 5 软件设计过程中的需要遵循的几个原则 1 5 1 批改软件结构设计的可扩展性原则 由于该批改软件是一个较大的系统，到现在代码量已有1 5 0 0 0 行，但也仅 是实现了主要功能，同时也只能针对比较典型的错误。因此，随着软件程序量 的不断庞大，一个合理的，可扩展的结构就显得尤为重要。一个可扩展的结构 可大大有利于程序的调试，功能的增加和完善，以及后续人员的接手。否则程 序将随着代码量的增加而变得无法掌握，不可收拾。 可扩展性在此主要指以下环节：( 1 ) 设计合理的数据结构，( 2 ) 合理的设计各 个结构之间的关系，( 3 ) 合理的分配各个模块之间的功能。详细论述见后续章节。 1 5 2 批改软件的设计应以可能出现的典型错误为出发点 设计一个完美的能批改任何错误的程序实际上只能是一个美好的愿望。其 原因在于： 1 人工绘图的多变性， 1 1 个人不同的习惯和风格， i i i 错误的类型繁多，不是所有的错误都可以预知的 i v 可允许误差的存在。 鉴于此，设计一个实用的且可实现的算法必须：明确的以可能出现的典 型错误为出发点，设计尽可能灵活实用的算法，在此算法下做大量的、细 致的工作，这才是一种现实的态度。而期望设计一个无所不能的批改程序则是 不切实际的，即便设计出来也无法在实际编程中实现。 1 5 3 批改软件的设计须考虑到可允许误差的存在 在人工绘图中，误差的存在是必然的，其与错误的区别仅在于：误差的大 小是否超过可允许的范围。在实际编程中必须考虑到这一点。而这正是课题中 十分麻烦的一点。其难点在于一方面要从算法上保证对可允许误差的支持，另 一方面对误差的合理范围应取多大难以确定，需要大量试验和咨询有丰富批改 西北_ t 业大学硕t 论文 第一章绪论 经验的老师。考虑到能力和时间有限，这个范围不能很快确定下来，同时由于 不同的图有时有不同的批改敏感度，故在本课题中，误差范围的设定通过一个 配置文件来灵活设定。 1 6 上届同学研究的方向及其所采用方法的原理 本课题与上届研究生袁宁同学的工作有很大关系，因此在介绍本课题之前， 有必要简单介绍以下袁宁同学的工作，采用的方法及其原理。以下只是简要介 绍，具体内容请参见袁宁同学的毕业论文。 1 61 上届同学研究的方向 2 0 0 0 届的袁宁同学在轴类零件作业的批改方面作了大量的工作，并编写了 实现的程序。其主要的工作在于： i ：做了大量的基础工作，如视图划分、形型判断、线宽判断等：这些工作对于 任何采用v c 和o b j e c t a r x 为平台的零件图批改都是必不可少的，本课题所作的 工作也是建立在这个基础之上的。 i i ：在这些基础工作之上，采用”直线扫描”的方法，批改出轴类零件图上工 艺结构方面的错误，具体来说可以检查出学生作业图上各绘图元素，如直线， 圆和圆弧等是否漏画，及画的位置是否正确等。”直线扫描法”的原理见下一 小节。 iii ：其论文有- - d , 节涉及尺寸标注的批改，但仅仅是针对尺寸标注样式的批改， 如箭头的格式，数字的显示格式等，而对于尺寸标注中核心的问题没有提到， 而且受扫描法的原理所限，从本质上讲无法处理尺寸标注的批改问题。 162 扫描法的基本原理 扫描法的基本原理是在预处理之后( 如必要时把学生图中所画轴的方位旋 转1 8 0 度，以便与答案图中轴的方位一致) ，用水平和竖直扫描线扫描答案图和 学生图，根据得到的两套交点分析学生图的对错。其原理如图1 6 2 所示。 标准答案圈 学生作业圉 错误： l 漏画键槽 2 尺寸标注表达方 式与答案图不同 扫描钱l s l 7 图162 “直线扫描法”原理示意图 标注答案图中的扫描线l a l 与学生作业图中的扫描线l s 是对应的。扫描 4 西北工业大学硕士论文 第一章绪诧 线l a l 与标准答案图有四个交点p a l 、p a 2 、p a 3 、p a 4 ；由于学生作业图中漏面 键槽，故而扫描线l s l 与学生作业图只有两个交点p s i 和p s 4 。 在得到这两套交点后，( 1 ) 比较交点个数，( 2 ) 比较交点的坐标，如p a l 和其 对应的交点p s l ，交点p a 4 和其对应的交点p s 4 ，检查其坐标是否一致或相差不 大，如果相差很大则判为交点错误。此处需说明的是，这一步之前已经经过预 处理，两幅图己经重新定位，原点一致。 16 3 扫描法的优缺点 从以上的原理图可知，该方法优点在于简单可行，容易实现。其原因在于： 图中表达轴的和形状的线条相对固定，变化较少。因此在预处理后完全可以通 过该方法实现批改。但该方法也存在以下不足： i ：用这种方法批改所得到的结果是多少个交点不正确。这在使用中是不尽 如人意的，不方便学生的修改。 i i ：该方法难以扩展，不容易“直接”在用该方法所实现的程序上添加新 功能。 导致以上问题的根本原因在于：“直线扫描法”把整个作业图当成了一些直 线、圆弧，圆、点等元素的组合体。而显然，更恰当的理解方式是把一幅零件 图当成些工艺结构的组合，以轴类零件图为例，可以把轴理解为是一些键槽 、通孔、结构平面等工艺结构的组合体。与把轴类零件图当成直线，曲线，点 等元素的组合相比，这样的理解显然更深刻一些。 需要特别说明的是：“直线扫描法”并非袁宁同学工作的全部，而只是其工 作的一部分。 1 7 本课题所研究的方向，难点及采用的方法 1 7 1 尺寸标注在整个轴类零件图批改中的位置 在论述本课题的工作之前。首先需要说明的是：尺寸标注的批改在整个轴 类零件图的批改中，处于一个上层的位最，即它是在( 1 ) 划分视图，( 2 ) 找出主视图 中心线，( 3 ) 整幅零件图工艺结构上没有大的错误等基础工作之上进行的。试想 幅学生作的轴类零件图，如果其工艺结构有严重错误，如本来有五个轴段的 阶梯轴却只画了中间一个轴段，甚至夸张一点说，整幅图一条线条都没画，是 张空白图。在这种情况下，要求对这幅学生作业图进行尺寸标注的批改是没有 任何意义的。 总之，在进 亍尺寸标注的批改时，首先要批改其工艺结构。在保证工艺结 构上没有大的错误，尺寸标注的批改才能进行下去。因此本课题的程序中也对 工艺结构方面的批改作了大量的工作，只是方法不再是上届研究生所采用的“直 线扫描法”，自然也无法直接采用上届同学在这部分所作的工作。这样做虽然有 些“遗憾”，但受尺寸标注批改的特点和“直线扫描法”所限，只能如此。具体 原因将在后续的论述中逐渐体现出来。 需说明的是：本课题虽然也涉及工艺结构方面的批改，但侧重点在于批改尺 寸标注，工艺结构方面的批改并非重点，而只是为尺寸标注的批改服务，故而 其功能未必完善。但这只是受时间所限，而不是受方法原理所限，如果时间和 西北工业大学颀：t 论文 第一章绪论 精力允许，这部分功能可以做的更完善一些。 172 本课题所研究的方向 本课题所研究的主要方向和目标是“轴类零件图上的尺寸标注的批改”。具 体而言是批改出轴类零件图上尺寸标注是否完整，标注值是否正确等，并围绕 这个目标作了大量必不可少的相关工作，包括一些工艺结构方面的批改。 相信本课题的研究对今后此类工作的继续开发将有一定的价值。而且后续 的开发完全可以采用本课题程序的程序框架，重用程序中设计的各种类，或增 强和扩展这些类。 1 ，73 特征识别法的提出 由于本课题主要解决轴类零件尺寸标注的批改问题，而上届师兄所设计的 “直线扫描法”在尺寸标注的批改方面，有以下的“先天不足”： i ：针对尺寸标注表达的灵活性而言，这种方法在批改尺寸标注中明显是无能为 力的 i i ：此方法实际上把图中的各个元素当成了一个个独立的线条，而尺寸标注的最 大特点是：它是直线和文字组合而成的整体 i l l ：在机械图中，往往几个尺寸标注联合起来作为一个整体来表达一套信息。 对于这种“整体性“的特点，“直线扫描法”是无法处理的。 有鉴于此，“直线扫描”法无法用来解决尺寸标注的批改，故在此提出特征 识别的方法来处理尺寸标注的批改。 1 74 特征识别法的思路论述 此处“特征识别法“是借用了其它领域的一个名词。其思想在于把图中的 各个部分识别出来，具体说来就是把图中的组成工艺结构如键槽，结构平面， 通孔等分别识别出来，其识别依据是各工艺结构固有的特征( 详见后续章节) 。 然后根据识别后的工艺结构获得图中尺寸标注的信息。最终整幅图被分解成多 个拥有尺寸标注信息的独立工艺结构，或者说整幅图被看成多个独立工艺结构 的组合，而不是多个线条的组合。接下来再比较答案图和学生作业图中的相应 工艺结构。 综合此类软件的发展情况来看，采用这种设计批改软件的思路是必然的。 原因在于，用这种方法才能完整的读取一幅图的信息。尤其对于尺寸标注的批 改，现在看来这可能是唯一的思路。短期内该类软件设计思想的发展方向可能 仅仅是在这种思路上完善特征识别的算法，使之更好的从图中识别出各个工艺 结构来。 1 ，75 本课题的主要难点 尺寸标注与轴类零件图其它部分的批改有很大不同，应该说是比较难的 部分，原因在于尺寸标注在零件图中表达十分灵活，其表达手段受个人绘图 习惯影响很大。总的来说，阻下几个部分是难点： i ：轴向尺寸的完整性检查。轴向尺寸的表达是尺寸标注中十分灵活的部分，而 且各轴向尺寸的标注互相影响，关联，因此对它的批改也比较困难。 i i ：轴类零件图上各工艺结构的识别。如上所述，本课题采用“特征识别”的 西北1 = 业人学硕上论文第一章绪论 方法，而在轴类零件图中：( 1 ) 工艺结构较多，( 2 ) 同时还要考虑至0 绘图中合 理误差的存在，( 3 ) 有些工艺结构如键槽，其表达又分主视图部分和局部剖部 分，如何把两者关联起来也有一定难度。故面这部分的处理也比较麻烦。 i i i ：各工艺结构的定位和匹配。由于答案图和学生作业图上可能存在多个键槽， 多个结构平面等，因此解决如何定位，谁和谁比较的问题就十分必要。 图l7 a 轴类零件图批改的流程示意图 7 西北t 业大学硕士论文 第一章绪论 i v ：程序设计过程中，无论是各种工艺结构的识别，还是识别以后的批改，都 需要考虑到合理偏差的存在，这一干扰因素大大增加了程序的设计难度。 1 7 6 程序流程图 见图1 7 a 所示，严格来讲，这是整个程序逻辑上的一个层次图，而并不是 一个流程图，但受纸张大小所限，把各个工艺结构如键槽，结构平面等都放在 了一个层次上了，实际上它们的运行仍然是有先后顺序的；但在逻辑上而言， 它们的地位是并列的，其运行次序基本上是可以互相调换的。 具体每个步骤都由一个独立模块负责，这样整个程序可以像搭积木一样组 合起来。至于各个模块具体的设计、实现及其功能将在后续各个章节详细阐述。 各个模块之间的搭配、组织关系将在后边论述。 17 7 整个程序设计的工作量主要体现在 f n 首先是程序的算法构思，在本论文中即特征识别法。 ( 2 ) 其次是程序的结构，包括数据结构的设计，各个结构之间的关系，功能分配。 如何使程序可扩展。之所以这一步很必要，是由于程序较大，如果开始设计 的框架没有搭好，会导致编程中后期对程序的无法控制。 ( 3 1 最后是具体的程序设计。 1 ，78 本课题程序功能 本课题程序功能主要有： i能批改出轴类零件图工艺结构方面的某些错误。虽然这不是本课题的重点， 但正如前边所述，尺寸标注的批改是建立在工艺结构批改的基础之上，而由 于又无法直接“借用”上届研究生在这方面的工作，因此本课题的程序设计 中，在进行尺寸标注批改之前，必须先做一些“工艺结构”批改的程序设 计。只是由于重点是尺寸标注的批改，因此这部分的功能尚不够完善。 i i 能批改典型的尺寸标注方面的错误，这是本课题程序的重点，也是难点。 i i 【根据评分标准给出分数，及显示学生图的错误之处。 1 8 本课题所作工作与上届同学所作工作的关系论述 1 8 1 本课题的研究与上届同学的工作是连续性的 2 0 0 0 届研究生袁宁所作的程序采用的方法是“直线扫描法“，如前所述， 这种方法的核心思想是：把轴类零件图当成一些线条如直线、圆、圆弧的组合。 这种方法在批改轴的工艺结构方面体现了其逻辑简单、容易实现的优点。但正 如前边1 7 小节所论述的原因，在尺寸标注的批改方面，这种方法由于”先天 “的原因无能为力。因此在本课题中，无法通过扩展改动其原程序来完成尺寸 标注的批改，而是重新设计了一个新程序。并且在这个新程序中，用新的“特 征识别”的方法重新设计了“部分”结构方面批改的代码，而没有、也无法直 接重用上届袁宁同学在这方面用“特征扫描”法所写的代码。但这并不说明在 本课题的研究中”抛弃“了前边师兄所做的工作，相反这两部分工作是密不可 分的，其关系是延续性的。原因如下： 原因一：在2 0 0 0 届研究生袁宁同学的毕业课题中，袁宁同学为轴类零件图的批 两北工业大学硕士论文 第一章绪论 改作了大量的基础性工作，如视图的划分、主视图中心线的判别、线型和线宽 的研究等等，在本课题的研究中，大量采用了袁宁同学研究的结果，包括部分 源代码。只是由于本课题的重点是尺寸标注的批改，且这些基础工作在袁宁同 学的论文中已有叙述，故而在本论文中没有提及，但实际上本课题的工作也是 建立在这些基础工作之上的。 原因二：虽然本课题的程序不是建立在袁宁同学的原程序之上，而是一个新的 程序，但由于o b j e c t a r x 程序的特点，这两个程序完全可以连接起来。具体介 绍如下所述。 首先介绍o h j e c t h r x 程序的两个特点：( 1 ) 每个o h j e c t a r x 程序最终编译完 毕后，将作为一个d l l 联接库加载到a u t o c a d 中，使用时只须通过一个命令即 可调用，该命令的地位与a u t o c a d 的普通命令如画直线命令“l i n e “地位相同， 使用方法也与”l i n e “等一样，可以在a u t o c a d 底部的命令行里输入代表该程 序的命令，也可以把该命令关联到a u t o c a d 的某个菜单项里。( 2 ) 在o b j e c t a r x 程序中，可以通过a c e d c o m m a n d ( ) 函数调用a u t o c a d 的命令。 由于这两个特点，可以采用如下步骤融合袁宁所作的程序和本课题的程序： ( 1 ) 编译袁宁同学的程序生成a u t o c a d 的自定义命令，( 2 ) 在本课题的程序中， 使用a c e d c o m m a n d 0 函数函数调用该命令，并得到其批改的分数s c o r e l 。( 3 ) 使用本课题的程序进行批改，最终也得到一个分数s c o r e 2 ，( 4 ) 在本课题的程 序最后，把s c o r e l 、s c o r e 2 进行加权相加，得到一个最终的分数。通过这种方 式可以把两个程序融合在一起，但显然这种融合不是源代码级的。 原因三：由于o b j e c t a r x 的资料较少，尤其中文资料几乎没有，因此掌握这门 技术较为困难。而正由于2 0 0 0 届袁宁师兄的指点和帮助，使本人在短时间内熟 悉了这门技术。 1 8 2 关于程序后续发展的建议 虽然上届师兄所作的程序和本课题的程序可以通过a c e d c o m a n d ( ) 函数连接 到一起，但我认为较好的方式还是采用本课题程序的框架，在此基础上完善轴 类零件“工艺结构”方面的批改。原因如下： i 正如1 ，7 小节所论述，由于尺寸标注的批改建立在整个轴的工艺结构没有大 的问题的基础上，因此本程序也作了部分“工艺结构方面”的批改。继续完 善本课题程序中关于工艺结构批改的功能是可行的。 i i “特征识别”的方法虽然实现较为困难，但从长远来看，这种方法更为有生 命力。可以为以后轴类零件的进一步批改如公差、粗糙度的批改打下良好的 基础。很显然，“直线扫描”的方法对于公差、粗糙度等的批改也是无能为力 的。 1 9 后续章节的论述方式简介 后续章节将陆续讲述本课题具体的处理过程，具体如下： 第二章：主要从轴类零件图的组成部分( 如键槽，结构平面等) 角度讲述各 个功能模块，包括各模块的实现原理，功能，编程上的难点。这几个模块基本 是彼此独立，自成一体的。 9 西北丁业大学硕士论文第一章绪诧 第三章：主要论述改软件当中一些基础的，通用的处理技术。它们分散出现 在各个功能模块中。如果说第二章所讲内容是整个批改系统的“骨骼”的话， 那第三章所叙述的则是批改系统的“筋”。 第四章：主要从界面的角度论述一下程序的功能和使用方式，以及各自定义 命令的实现思路。 第五章：主要从编程角度讲述整个程序的可扩展结构。叙述了每个部分具体 实现所用的类和函数，重点在于体现各部分如何承接、协调、合作，使程序成 为一个有机的整体。 第六章：叙述一个查看批改结果的辅助软件的设计。 第七章：用一个实例证明程序运行的效果，并给出本课题设计的总结。 西北一业人学硕 论文第二章作业批改软件的功能模块设计 第二章作业批改软件的功能模块设计 2 1 概述及相关预备知识 在这一章中，将详细讲述各个功能不同的模块。每一个模块可以识别和批 改一种零件图上的工艺结构，如键槽模块，结构平面模块等。采用这种程序结 构搭建程序框架的原因有二，一是这样编程便于程序的扩展和改进，以及调试； 二是本课题采用的特征识别法决定了这种结构。 21 1 预备知识： 在介绍各功能模块的处理方式之前，很有必要阐述一下两个前提： i ：本章节所对应代码在整个程序中的位置：在批改进行到这一章所论述的部分 时，预处理已经进行完毕，零件图上各部分，如主视图，移出剖面图和局部放 大图等的包络矩形已经计算出来，而且已经识别出哪个包络矩形是主视图，但 尚不知道其它包络矩形具体是什么性质的图。 在预处理之中，必须先识别出哪一个包络矩形是主视图的包络矩形，这是 由主视图的特殊性和重要性决定的，如计算主视图中心线等必须首先识别出主 视图的包络矩形来。至于其它包络矩形具体是何种工艺结构的包络矩形，因其 不对全局有影响，则将在各工艺结构各自的功能模块中判别。 i i ：对一个工艺结构的主视图部分和非主视图部分的处理，其方针是不同的。 在本程序中，针对某具体工艺结构的主视图表达部分和非主视图表达部分，如 其移出剖面图和局部放大图等，其处理的大前提是不一样的。这是由它们的特 点决定的，具体如下。 在轴类零件图中，一个显著的特点是主视图中多种工艺结构同时存在，如 在主视图中，既有键槽的表达，也有通孔、结构平面等工艺结构的表达。而在 各个局部视图中，只能表达一种工艺结构的信息，举例来说，在一个移出剖面 图内，不可能既表达键槽的信息，又表达结构平面的信息。鉴于此，对于某工 艺结构的主视图表达部分，我们需要在线条繁多的主视图中，提取属于该工艺 结构的线条。而对其在移出剖面图中的表达，则仅需要判别哪个包络矩形包含 了该工艺结构的移出剖面图，一旦我们判断出某个包络矩形所包络的是该工艺 结构的移出剖面图。那这个包络矩形内所包含的信息肯定全部是这个工艺结构 的。 2 1 2 叙述方式 对于轴向尺寸，其表达方式是最灵活多变的。因此这一部分采用的方法较 其它模块复杂一些，其叙述方式与其他磨块的不同。 对于除“轴向尺寸”以外的功能模块，在下边个的论述中，将尽量遵循这样 一个叙述方式： i ：首先讲解能识别出该工艺结构的特征， i i ：在识别中的难点和要点， l u ：介绍在具体的编程中，如何从代码的角度表达该工艺结构的特征，从而把 西北工业大学硕二匕论文第二章作业批改软件的功能模块设计 它从其它因素的干扰中识别出来。这里“从代码的角度表达”完全是出于编 程的需要，因为自然语言的表达和编程语言的表达是有很大区别的，如某信 息用自然语言表达可以做到简洁明了，但却无法用编程实现，或者说很难实 现。 i v ：由于各个工艺结构的识别和批改处理都遵循一个规则和顺序，故前边章节 已经详细叙述过的细节，后便如果有与此类似的处理，将一笔带过，不再详 细叙述。 21 3 论述重点在各工艺结构的识别而不是批改 虽然本课题的重点是“尺寸标注”的批改，但由于批改是建立在识别之上 的，因此各工艺结构的识别才是重点和难点。识别做到了，批改就水到渠成了， 只是把相关的数值比较即可。因此本节重点论述各工艺结构的识别。 2 2 轴向尺寸的处理模块研究 2 2 ，1 方法的提出和综述 ( 为了表达方便，省去了砂轮越程槽，倒角，螺纹退刀槽等元素) 图2 2 1 轴向尺寸的处理是所有功能模块中，变化最多，表达最为灵活，也最为复 杂的部分。 普通算法的特点和缺点：对于轴向尺寸标注完整性的自动批改，最容易想 到的一种方法是：采用大量的条件逻辑( i f 语句) ，针对各种情况作出处理。 这种方法从逻辑上讲容易理解，但由于尺寸标注的多样性和灵活性，这种方法 不但难以实现，更令人头疼的是：由于这种逻辑的实现是“牵一发而动全身”， 故不但难以维护，而且功能增加十分困难。本文提供的方法独辟蹊径，从另一 个角度出法，避免了这种尴尬。 本文提供算法的核心思想：轴类主视图实际上是一段段的，如图2 2 1 所 示，该轴的主视图分为四段。轴向尺寸标注的完整性在于把每一段的长度都完 整表达出来，即不允许漏标，也不允许重复标注。而现实中考虑到加工工艺等 因素，实际上极少逐一标注每一段的，而往往采用图2 2 1 中的方式。根据这个 特点，可以考虑把图中轴向尺寸标注的“信息”加以分割，使该信息等价地转 西北_ 业大学硕士论文 第二章作业批改软件的功能模块设计 化为某一不可分割的段上的信息。如图2 2 1 中跨越轴段3 和轴段4 的尺寸标注 3 ，在标注4 的存在下可以转化为仅标注轴段3 长度的新尺寸标注。 对所有可以分割的轴向尺寸标注都加以分割。分割完毕后，如果某一轴段 ( 轴上的每一个不可分割的”原子”段称之为”轴段”) 没有尺寸标注( 尺寸标注 的个数为零) ，说明该轴段漏标尺寸，而如果某一轴段由多个尺寸标注，则说明 出现了封闭尺寸链，有重复标注错误。 名词说明：在本文中，“轴段”指轴上不可再分割的一“截”，在这一截上， 任意横截面的直径是都是相同的。如图2 2 1 所示共有四个轴段。 22 2 算法实现所需的两个数据结构 将组成阶梯轴的竖直直线从左到右编号，如图2 2 1 所示，这是为下边的处 理作准备，如最左边的垂直线编号为l 。 首先设计一个数据结构，用以表达和存储主视图中轴向尺寸标注的信息， 名字为d i m s e g m e n t ，其伪代码为： s t r u c td i m s e g m e n t ， s t a r t l i n e n o ；w z 尺寸标注实体起始点所在的直线编号。 e n d t l i n e n o ；该尺寸标注实体终止点所在的直线编号。 d i m v a l u e ；i 亥尺寸标注的值 ， 如图2 2 1 中尺寸标注3 的d i m s e g m e n t 是由编号为的3 和编号为5 的竖直线组 成的。 另设计一个名为s h a f t s e g m e n t 的数据结构，用来表达轴上每一个“轴段” 的信息，其伪代码为： s t r u c t s h a f i s e g m e n t ， l e f i l i n e n o ，该轴段左边直线的编号 r 4 非t l i n e n o 该轴段右边直线的编号自然r i g h t l i n e n o 比l e f t l i n e n o 大1 d i m n u m b e r 腑i 注的次数，初始值设为0 d i m v a l u e l 括t 该尺寸标注的值， ， 之所以设定一个链表d i m v a l u e l i s t ，是为了防止重复标注时，多个标注的 值可能相同的情况，此时可以用这个链表存储每一个标注值。 2 2 3 算法实现所需的两个链表及其作用 从作业图中取出数据建立两个链表，d i m s e g m e n t l i s t 和s h a f t s e g m e n t l i s t 。 d i m s e g m e n t l i s t 的节点是d i m s e g m e n t ，用于存储从轴类零件图主视图中取得的 轴向尺寸标注的信息。如图2 2 1 中的d i m s e g m e n t l i s t 链表包括尺寸标注1 ，标 注2 ，标注3 和标注4 。s h a f l s e g m e n t l i s t 的节点是s h a f t s e g m e n t ，用于存储取 得的轴段的信息。如图2 2 1 中的s h a f t s e g m e m l i s t 包括轴段1 ，轴段2 ，轴段3 和轴段4 。d i m s e g m e n t l i s t 是本算法的关键，负责把可分的轴向标注分解为不 可分的标注。而s h a f t s e g m e n t l i s t 的存在意义在于分析尺寸标注分解后的结果。 具体来说，把d i m s e g m e n t l i s t 里的描述轴向尺寸标注的节点f 即 西北工业大学硕，k 论文 第二章作业批改软件的功能模块设计 d i m s e g m e n t 类型的结构) 不断分割，直至不可以再分割，最终可能出现两种类 型的节点： ( 1 ) ：e n d t l i n e n o 比s t a r t l i n e n o 大1 的节点，这刚好是某一轴段的尺寸标注。 ( 2 ) ：e n d t l i n e n o 比s t a r t l i n e n o 大2 或者跟多，此时必然有漏标的情况出现。 而s h a f t s e g m e n t l i s t 的作用在于收集尺寸标注的分割结果，并加以分析。 具体过程：针对s h a f t s e g m e n t l i s t 链表的每个节点“a ”( a 代表一截轴段) ， 遍历整个d i m s e g m e n t l i s t 链表，如果d i m s e g m e n t l i s t 链表中某节点“b ”( b 代 表一个尺寸标注) ，满足以下两个条件：a l e f l l i n e n o = b s t a r t l i n e n o 。 ar i g h t l i n e n o = b e n d l i n e n o 。则说明尺寸标注b 就是标注轴段a 上的尺寸 标注。此时把轴段a 中代表标注次数的变量d i m n u m b e r 加一。 上述过程采用一个双重循环即可完成，完成后观察s h a f t s e g m e n t l i s t 的每 个节点，如果某一节点的d i m _ n u m b e r 值为0 ，说明尺寸漏标，如果某一节点的 d i m n u m b e r 值大于1 ，说明有重复标注情况。 2 2 4 尺寸标注分割的具体分类和各自特点 尺寸标注可以分割必须是在另一个尺寸标注的存在下进行，这样才不会丢 失信息，具体的情况如图2 2 4 所示，共有三种情况： 类型l 、标注d 类型2 类型3 图2 。2 ，4 类型l 的特点是两个尺寸标注的d i