基于UG的CAD模型轮廓信息提取模块开发.pdf

信息与技术 郭超胜 等 基 于 U G的 C A D模型轮廓信息提取模块开发 基于 U G 的 C A D模 型轮廓 信息提 取模 块开发 郭超胜 吴铁军 郭超强 南京航空航天大学 机 电学院 江苏 南京 2 1 0 0 1 6 摘要 为了完成激光快速加工系统中三维实体零件的轮廓信息提取 结合 U C二次开发技 术 利用 V i s u a l C 6 0开发平台开发三维模型的自动切片模块 提取了模型切片数据 达到 了理想的实验效果 同时深入地研究了模块开发过程中涉及的一些技术问题 关键 词 U G 切片 计算机辅助设计 中图分类号 T G 6 6 1 T P 3 9 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 0 9 0 2 0 1 2 5 0 2 De v e l o pme n t o f M o d u l e f o r Ex t r a c t i n g Out l i n e f r o m CAD Ba s e d o n UG G U O C h a o s h e n g wU T i e j u n G U O C h a o q i a n g N a n j i n g U n iv e r s it y o f A e r o n a u t ic s a n d A s t r o n a u t ic s N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 Ch i n a Ab s t r ac t Th is p a p er d e v e l o p s t h e au t o sli c e mo d ule i n vis u a l C 6 0 p l a t f o r m b a s e d o n t hir d p a r t d e v e l o p men t o f UG t o e x t r a c t t h e o u t li n e i n f o r ma t io n f r Om CAD mo d e 1 Bes i d e s g o o d p e rfo r ma n c e i t als o ma k e s in d e p t h r e s e a r c h o n q u e s t i o n s in v o l v e d in t h e d e v elo pme n t pr o c e s s Ke y wo r d s UG s l ic e CAD 0 前言 飞秒激光快速加工系统是一种利用激光使液态的高 分子材料迅速固化从而生成零件材料 的新型激光加工系 统 应用于高精密加工和微细加工的激光加工系统 可以 实现纳米级 的零件加工要求 传统 的数控软件 系统无法满 足该系统 对微细加工 的零 件加工 因此需要 在 C A D三维 造型软件上 开发专用的切片模块来完成模型 的自动化切 片以便后续得到零件的轮廓加工信息 快速成型中的切 片方式主要有直 接切 片和 S T L切 片 传统 的 s T L切 片是 利用许多空间三角形小平 面逼近原 C A D实 体模型 虽然 算法简单但是其缺点也是十分明显的 例如缺少三角面片 之间的拓扑信息 而且还会有裂缝 间隙 面片重叠和法向 量反转的错误 而 利用直接切 片能完 整保护原模 型的数 据信息 所以在三维 C A D平台上利用直接切片来提取模 型信息 从而能得到更好的控制零件 的加工精度 的加工控 制代码 视化操作 一般都在三维造型软件上进行二次开发而得 到 需要的功 能模 块 在 这方 面 C A T I A U G S o l i d Wo r k s 都提 供了相应 的开发工具便 于用 户在其上开发 自己需 要的功 能模 型 U G O p e n二次开发模 块为 U C软件 的二次开发 工具 集 便于用户进 行二次开 发工作 利用该模 块可对 U G系 统进行用 户化剪 裁 和开发 满足 用户 的开 发需 求 U G O p e n包括 以下几 个部 分 U G O p e n Me n u S c r i p t 开发工 具 对 U G软件操作界面进行用户化开发 无须编程即可对 U G标准菜单进行添加 重组 剪裁或在 U G软件中集成用 户自己开发的软件功能 U G O p e n U I S t y l e开发工具是一 个可视化编辑器 用于创 建类似 U G的交互界 面 利 用该 工具 用户 可为 U G O p e n 应 用程序 开发独立 于硬件平 台 的交互界面 U G O p e n A P I 开发工具 提 供 U G软件直 接 编程接口 支持 C C F o r t r a n和 J a v a 等主要高级语言 U G O p e n G R I P开发工具是一个类似 A P T的 U G内部开发 语言 利用该工具用户可生成 N C自动化或 自动建模 等用 户的特殊应用 1 C A D平 台的选择 2 切片模块的实现 大型的 C A D造 型软 件有 很 多 如 C A T I A U G S o l i d Wo r k s 不同的三维 造型软 件有 其擅长 的模 型处理 功能 U G的参数化造型在模型变换处理上能方便的控制模型 的参数 而且 U C提供 了多种 开发工具 方 面用 户在 软件 上开发 自己需要的功能 为得到零件的轮廓信息 一般需对零件进行切片处 理 逐层获得零件的轮廓信息 而为了满足零件切片的可 自动切片模块流程及效果见图 1和图 2 为了实现 模型的无限切片 不能使用 U G提供的数组来作为切片数 据 的存 储 结 构 因 为 U G 的数 组 要求 最 大 容 量 不 超 过 8 0 0 0 0 而根据锁设定 的切 片精度 的不 同 同一 模型 的切 片数量也随之不同 故用变量存储切片数据代替数组存储 数据 将存入变量的切片数据导出后 将变量清空 用于存 储下一层数据 实践证明 这种方法不仅能实现无限切片 作者简介 郭超胜 1 9 8 3 一 男 陕西西安人 硕士研究生 研究方 向为计算 机图形学 Ma c h i n e B u i ld i n g 8 Au t o m a t i o n A p t 2 0 0 9 3 8 2 1 2 5 1 2 6 1 2 9 1 2 5 信 息与技术 郭超胜 等 基于 U G的 C A D模 型轮 廓信 息提取模块 开发 而且变量 所需存储空问小 试验效果较好 开始 选择切片实体 设置切片参数 起 始 终止 厚度 自动切片 输 入导 出文件名 自 动 导 出 图 1 自动切片模块流程图 图 2 模型切片效果 图 模型切 片以 D X F文件格式导 出 可在 C A D软 件中查 看切片结果 图 3 图 3 C A D软件中显示的模型切片结果 切片模块 得到的数据不 仅含有直线 圆弧 圆 复杂的 模型还可能含有椭圆 样 条 曲线 等 图元 信息 如何对 整个 模型的切片数据进行整理 便于生成符合模型实际几何信 息的加工代码 这里用一种链表 循环数组的数据存储结 构来实现三维模型 的切 片数据存 储 模型 的切片数 据按 照切片方向依次存放入链 表 电可 以按照加工方 向存 放数 据 方便于后面生成加工代码时对数据的遍历 用数组模板类构造循环链表 t y p e d e f C Ty p e d P t r Ar r a y my s h e e t 构造层类 作为链表 中的节点类型 c l a s s C My s h e e t p u b l ic C Ob j e c t p u b l i c d o u b l e c h a r a c t e r 层特征 切片方向坐标值 my s h e e t my s h e e t a r r a y 层结构 存储该层图元信息 p u b l i c 1 26 C M y s h e e t v i r t u a l C M y s h e e t c l a s s CMy P o i n t p u b l i c C My P o i n t v i rt u a l C My P o i n t p u b h c d o u b l e x 点的 x坐标 d o u b l e Y 点的 Y坐标 d o u b l e z 点 的 Z坐标 f 定义主链表 用于存储层 特征 和属 于该层 的存储 图元 的循环链表 t y p e d e f C T y p e d P t r L i s t CMy L i s t 这样 数据就可以被存储在类似二维链表的广义表 中 如 图 4所示 S h e e t 3 S h e e t 2 军 画D L S h e e t l I 图 l H l堕 垂 l U I图 l 一l图 亘 l 图 4 数据结构图 对 于层 图形 文件 中读取 的一个新 的图元 需 要先将其 构造 为一个节点类型 的对象 在将新的节点插入结构的操 作中 有以下几种情况 1 该节点是当前层中的图元节 点 2 该节 点不是 当前层 的图元节点 3 该节点 不是结 构中任何层的图元节点 形象地讲 就是采取如下的策略 来决定该节点正确 的存储位置 图 5 图 5 节 点插 入的规则描述 分别定义一个片层类和一个节点类 用于存放同一层 下转 第 1 2 9页 h t t p Z Z H D c h i n a j o u ma 1 n e t c n E m a i l Z Z H D e h a i n a j o u r n a 1 n e t c n 机械制造与 自动化 信息与技术 王艺树 等 基于 U G的参数化标准件库的研究与实现 实现 探讨了基于 U G的标准件库创建 调用的关键技术 开发的系统直接集成到 U G N X上 实现了与 U G N X 5版 本的无缝连接 采用参数化设计手段 具有开放性的接口 系统对减轻工程设计人员的设计工作量 提高工程设计品 质 缩短研制周期具有重要作用 也对促 进信息技 术下 的 标准化工作和国产数据库实用性项 目开发有着积极的影 响 同时也是使用 U G O p e n在 U G上建立标准件库的一 种尝试 为 U G标准件库的其他开发方法提供了思路 参考文献 1 黄翔 李迎光 UG应用开发教程与实例精解 M 北京 清华 大学 出版社 2 0 0 5 2 吴宗泽 机械设计师手册 M 北京 机械工业 出版社 2 0 0 2 图 3 零件的插入方向与插入点 收稿日 期 2 0 0 8 0 8 2 5 上接第 1 2 6页 的切片图元和图元信息 t y p e d e f C Ty p e d P t r Ar r a y my s h e e t c l a s s C My s h e e t p u b l i c C O b j e c t p u b l i c d o u b l e c h a r a c t e r my s h e e t my s h e e t a r r a y p u b l i c C My s h e e t v i s u a l C My s h e e t 切片过程 中软件对数 据会进 行一定 的精 度保 留 一 个 图元 的两端 点可能 会因不 同次计算 而产 生精 度偏差 即当前 图元 的末端点应 该是该 节点直 接后 继 的首端点 但是由于图元信息的不同次计算会导致同一点的坐标 信息产生一定数量级上的偏差 现采用了阈值方法来 解决这种端点信息的精度偏差引起的节点信息不连续 的 问题 图 6 又 图 6 相同点的阈值选择 设定偏差阚值为 6 则 1 所以 若 a y 8 3 式 1 必然成立 可以另外设定 芝 这样 可以用下面更简单的 判定条件来图元中的相 同端点 A x 3 a y 口 4 3 结语 在 U G平台下开发出针对三维实体零件的自动直接 切片模块 为三维模型的切片提供了一种可行的切片数据 处理方法 运用该方 法可 以较快地 得到模型的切 片数据 并对切 片数据进行整理 方便后续 工作对模型数据的提 取 和遍历 实验证明 依据程序处理过的数据能较快较好地 得到模型的加工控制代码 从而达到较 为理想的实验 效果 参考文献 1 王庆林 U G O P E N G R I P实用编程基础 M 北京 清华大学 出版社 2 0 0 2 2 S y b i l l h r i g E ma i l I h r i g P r e p a r i n g d i g i ta l i m a g e s f o r p ri n t M i n C h i n e s e B e ij i n g P u b l i s h i n g H o u s e o f E l e c t r o n i c s I n d u