基于STEP和STEP-NC的CAD/CAPP/CAM/CNC系统集成技术研究

针对当前CAx系统间难以实现产品信息交换和共享的问题,提出了一种基于产品模型数据交换标准和数据接口标准的信息集成方法;建立了一个计算机辅助设计／计算机辅助制造／计算机数字控制系统集成模型,采用产品模型数据交换标准和数据接口标准中性文件形式描述产品信息,各系统之间通过中性文件实现信息的交换和共享;深入研究了工艺信息建模、STEP AP203文件到AP224文件的转换及自动特征识别等关键集成技术。     

基于STEP/XML的集成化工艺信息描述方法研究

针对计算机辅助工艺设计系统复杂的工艺信息描述问题,提出了一种基于可扩展标记语言的数据描述方法,设计了一种类似“NativeXML数据库”的存储方式,把工艺设计中的大部分信息以可扩展标记语言原始格式存储,将关键信息抽取出来以字段的形式存储,减少了存储实现的难度。探讨了如何通过产品模型数据交换标准中性文件转换器,把计算机辅助设计系统输出的AP203文件转换成AP224文件,计算机辅助工艺设计系统通过AP224中性文件来获取零件的几何和工艺信息,并进行相应的工艺设计。利用STEPAP28所制定的转换规则,将产品模型数据交换标准文件转换为相应的可扩展标记语言中性文件,建立XMLschema库,以实现制造信息的数据交换和共享。     

支持动态集成的产品数据管理Web服务架构

基于产品模型数据交换标准的异构CAx和产品数据管理系统间的动态集成是网络化制造亟待解决的问题。分析了Web服务访问的产品模型数据交换标准数据的必要性和可能性,利用统一建模语言间接构建了产品模型数据交换标准和统一建模语言图解之间的映射关系。提出了基于产品模型数据交换标准的开放式产品数据管理网络服务架构,并将其应用于CAx和产品数据管理系统的集成方案。分析了架构的内部结构及功能模块,以计算机辅助设计系统为例,阐述了其利用简单对象访问协议消息调用公共产品数据管理网络方法的信息流程。基于产品数据交换标准和面向服务架构的方法,开发了接口功能模块,为系统集成的实施奠定了基础。     

应用于CAD/CAM的基于点的几何模型

常规几何模型通常难以胜任一些复杂曲面产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造问题，为此，提出了应用于计算机辅助设计／计算机辅助制造的基于点的几何模型概念，给出了基于点的几何模型的定义及其计算机辅助设计／计算机辅助制造应用流程，研究了基于点的几何模型的几何特性、计算机辅助设计方法、计算机辅助制造方法及其计算机辅助设计／计算机辅助制造系统开发方法。在鞋楦计算机辅助设计／计算机辅助制造中的应用表明，基于点的几何模型有常规几何模型所没有的特性，能够实现某些特殊产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造。     

基于XML的CAD系统和虚拟装配系统之间的数据转换

针对计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间的模型转换问题,提出了基于特征的统一的产品层次信息模型,采用XML中性文档和三角面片模型文件,通过信息分解的方法,分别将在产品建模系统中建立的产品层次信息模型中的装配信息和几何拓扑信息与三角面片信息通过数据转换接口转换到虚拟装配系统中,并在虚拟装配系统中通过映射关系进行模型重构,较好地解决了计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间信息共享的问题,通过实例验证了研究成果的可行性。     

基于XML的产品信息模型表示及应用

以解决网络化制造中异构产品数据集成与共享问题为前提,结合实例阐述了如何应用可扩展标记语言表达计算机辅助设计产品模型,详细分析了基于产品模型数据交换标准的产品模型向可扩展标记语言转化的方法,提供了一种基于可扩展标记语言的产品异构数据库集成方法,给出了数据处理模型,并提出了一种基于公共对象请求代理体系和可扩展标记语言的异构产品数据库间数据交换的机制。     

三维几何模型的中性文件格式的数据交换方法研究

现在CAX系统多是以单元自动化为目标来开发和应用的,各系统的数据在逻辑结构和物理结构上均存在较大差异,产品数据交换就成为一亟待解决的问题。在今后较长时期内多种数据交换标准并存的事实条件下,提出利用三维几何模型的中性文件格式之间的数据交换来解决该问题。简介了中性文件交换的接口方案及交换过程,详细讨论了中性文件格式的数据交换并给出了应用中性文件模式的数据交换方法实现三维几何模型的转换实例。     

复杂近净成形产品CAD模型多视域转换平台

鉴于传统特征识别技术在实现复杂近净成形产品计算机辅助设计模型与其他应用系统间信息共享与集成中遇到的困难,提出了基于全局曲率分析的特征识别算法以及面向多应用领域的层次化几何抽象表达方式。根据产品几何模型中曲面曲率分析的结果,对曲面进行分类和分割以获得与原计算机辅助设计模型相对应的曲率域表示层,并进一步从中识别出独立于应用领域的凸凹特征表示层。通过将不同抽象程度的产品模型表达方式和面向特定领域的知识、规则和算法进行融合,为不同应用领域提供所需的产品信息模型,最终实现产品计算机辅助设计模型在下游各应用系统间的信息共享与集成,并以钣金成形与注塑成形领域中的两个实例,验证了该方法的可行性和有效性。     

三维几何模型的中性文件格式数据交换方法研究

现在CAX系统多是以单元自动化为目标来开发和应用的,各系统的数据在逻辑结构和物理结构上均存在较大差异,产品数据交换就成为一亟待解决的问题.在今后较长时期内多种数据交换标准并存的事实条件下,提出利用三维几何模型的中性文件格式之间的数据交换来解决该问题.简介了中性文件交换的接口方案及交换过程,详细讨论了中性文件格式的数据交换方法并给出了应用中性文件格式的数据交换方法实现三维几何模型的转换实例.     

基于工业设计的计算机三维辅助设计系统

研究基于工业设计的计算机三维辅助设计系统,论述了产品设计中的三维计算机辅助设计系统建模技术及技巧,并讨论了三维模型与二维图形之间的关系,以及未来产品模型的发展趋势。     

基于STEP的非均匀自适应分层方法

现有的自适应分层方法，通常对整个零件采用同一个最大的尖顶高度要求，实际上，大多数零件由于表面的重要程度不同，而需要不同的尖顶高度要求。对零件的不同表面采用不同的尖顶高度要求，可以进一步提高自适应分层的效率。为此，提出了一种在CAD系统外直接对STEP标准CAD模型进行非均匀自适应分层的方法，CAD系统与分层系统之间的数据交换采用STEP中性文件的格式。选择好零件的制作方向后，用户可根据零件表面的重要程度指定不同的尖顶高度要求，然后系统自动对CAD模型进行自适应分层。最后给出了分层实例，并对结果进行分析。     

Adaptive direct slicing with non-uniform cusp heights for rapid prototyping

Adaptive slicing varies layer thickness by taking the geometry change of the CAD model in the build direction into account to improve surface finish. Direct slicing generates exact slice contours from the original CAD model and avoids an intermediate representation, known as an STL file. At present, most direct slicing approaches are restricted to some CSG solids or some CAD systems. In this paper, an approach toward adaptive direct slicing with non-uniform cusp heights independent of CAD systems for rapid prototyping is presented. First the geometry model is imported into the adaptive direct slicing system from CAD systems using the standard STEP format. Using OpenGL graphics libraries, the solid model is then displayed and the user is prompted to specify the allowable cusp height for each highlighted surface. Lastly, the CAD model is sliced adaptively with different cusp heights (tolerance requirements) for different surfaces. With non-uniform cusp heights, adaptive slicing has a higher efficiency. Implementation details and results are also presented.     

Machine path generation using direct slicing from design-by-feature solid model for rapid prototyping

This paper explains a new machine path generating system that its output is compatible with different rapid prototyping processes. The basis of this system is direct slicing from design-by-feature solid model. Slicing a computer-aided design (CAD) model through intersecting the model with the XY-plane at each Z increment is a well-known method of path generation. Slicing a CAD model is currently conducted through stereolithography (STL) file slicing, direct slicing, and additive direct slicing. A direct slicing approach inside a design-by-feature solid modeler is proposed. Autodesk Inventor solid modeler, as a design-by-feature solid modeler, is used for 3D solid modeling. The proposed system is implemented by Visual Basic codes inside Inventor. In this approach, first protrusion and subtractive features that form a model are extracted. Then, the intersection of each feature and the XY-plane is identified. Then, the internal and external loops are found. Depending on the specific rapid prototyping (RP) process requirements, internal or external hatch are also computed, respectively. Finally, a continuous path in required format is generated. The system reported in this paper has been successfully tested on several complex 3D models created in Inventor. The system offers customized output for different RP processes that need external or internal hatch pattern. The proposed approach for generating RP machine path through feature recognition inside design-by-feature solid modeler overcomes with the problems that are caused by imperfect STL files. Also, this system is capable of generating code compatible with major rapid prototyping processes.     

An Effective Error-Tolerance Slicing Algorithm for STL Files

Although the STL (stereo lithography) file format is the de facto standard for the rapid prototyping industries, there are always some defects in STL files, many of which are difficult to correct. Instead of correcting the defects of bad STL files by a manual, interactive and complex approach with an STL file correction program, an error-tolerance slicing algorithm for STL files is proposed in this paper. With the detailed analysis of complex defects such as cracks and non-manifold facets, a complete topological structure for the facets model with defects is built and the layer is sliced effectively. The badly sliced contour is processed by crack-tracking and non-manifold facet travelling methods to obtain a correct contour in a relatively easy 2D way.     

面向快速成型制造的CAD平台内嵌式通用接口

面向快速成型设备的CAD平台中的内嵌式通用接口，可直接在CAD建模环境下零件模型实施自适应直接切片操作，同时生成以片层结构数据为单位的快速成型接口文件，该接口使用NURBS曲线对各截面的片层结构轮廓进行精确地解析重构；依据重构后的NURBS截面轮廓，自动填充功能可精确地生成快速成型设备的X，Y向栅线扫描路径。实验数据表明，与利用STL模型切片获得的得的多义线轮廓对比，经NURBS解析重构后的自适应直接切片轮廓与原始轮廓间的拟合误差降低98％以上，所需的NURBS线段数目减少77％以上。     

快速成型技术中分层算法的研究综述

作为快速成型技术中必不可少的环节,根据对零件制造精度和装配要求及效率的侧重不同,多年来多种分层算法已被国内外学者开发出来。在同等加工条件下,根据加工精度要求和层厚变化的不同,将分层算法大致分为等层厚分层算法和适应性分层算法两类。从常用的立体光刻(STL)模型、原始计算机辅助设计(CAD)模型和点云数据3种数据模型入手,简述了两类分层算法的研究和发展;介绍了采用斜边的分层算法、基于区域划分的混合算法、曲面分层算法等先进分层算法;讨论了分层算法中待解决的问题:直接分层算法的文件格式标准和轮廓的精确拟合等问题。最后,总结得出了分层算法未来的研究方向和趋势。     

Generation of an STL File from 3D Measurement Data with User-Controlled Data Reduction

Reverse engineering is a methodology for constructing com-puter- aided design (CAD) models of physical parts by digitising an existing part, creating a computer model and then using it to manufacture the component. When a digitised part is to be manufactured by means of rapid prototyping machines such as stereolithography apparatus (SLA) and selective laser sintering equipment (SLS), etc., it is not necessary to construct the CAD model of a digitised part. This can be achieved by the proposed novel method which can construct an STL file (the de facto file format for rapid prototyping machines) directly from digitised part data. Furthermore, the STL file can be constructed with a significant data reduction at the users’ discretion.     

Recommended slicing positions for adaptive direct slicing by image processing technique

Build time and accuracy are two contradicting issues that have been a major concern in rapid prototyping, and have led to the development of many slicing approaches including those applying adaptive slicing, direct slicing, and adaptive direct slicing concepts. Presented in this paper is an approach for adaptive direct slicing that applies image processing technique to determine appropriate thickness for each sliced layer and to recommend slicing positions on a 3D CAD model. Two orthogonal views of a model are captured and converted to be edge images before being analyzed, and based on the surface complexity on the two edge images, slicing positions are recommended. These positions are passed to the CAD software for slicing activities. This adaptive direct slicing approach has been implemented on LabVIEW platform and compared with uniform direct slicing approach and uniform cusp height approach. The results show that this slicing approach improved slicing performance by reducing the number of layer which has a direct impact on build time while maintaining surface quality at the same level as the thin uniform direct slicing. Since its inputs are the images of a CAD model instead of the model itself, this adaptive direct slicing supports any CAD software.     

自由曲面的反求工程与快速原形技术

反求工程与ＲＰ技术相结合的可以为快速产品开发提供关键技术技术;数据获取技术和曲面重建技术。本文首先对这两方面的关键技术的原理与方法进行了分析;然后分析了ＲＰ机驱动数据文件－ＳＴＬ文件格式。提出了不经过格式转换,直接从ＣＡＤ模型以ＳＴＥＰ或ＳＴＬ格式进行切片处理来研究如何提高精度的新思路。