反求工程软件与商用CAD/CAM 系统的I/O 设计
　摘要: 反求工程软件RE SO FT 是集复杂曲面测量、造型及加工于一体的反求CAD/ CAM 软件系统, 为架构RE SO FT 与典型CAD/ CAM 系统信息交换的桥梁, 提出了RE SO FT 系统与典型CAD/ CAM 系统(U G、P ro/E 等) 数据I/O 接口的一种设计方法。这种数据接口的设计实现为RESO FT 系统的工程实际应用奠定了基础, 并通过实例论述了这种方法的完备性和通用性。
关键词: 反求工程; CAD/CAM ; 复杂曲面; IGES 数据接口

反求工程是近几年迅速发展起来的一门新兴学科, 是根据实物建立产品数字模型的过程相关的各项技术的总称。它可将实物原型转为再加工的CAD 模型, 是产品创新设计和快速原型制造的关键技术。包括形状(几何) 反求、工艺反求和材料反求等, 其中基于零件实物样件的几何模型的反求已成为CAD/CAM 领域中的一个研究热点。反求工程的最初想法和做法是按实物仿造出同样的产品, 时至今日则是指以先进产品设备为实物,以软件技术或影像技术为研究对象, 充分利用现代设计理论和方法, 进而开发出同类的先进产品[ 1 ]的一门崭新学科。反求工程软件RE SO FT 是具有复杂曲面快速CAD 建模、测量分析与评价等功能的反求工程软件。可将复杂曲面模型快速转化为工程设计概念或设计模型, 一方面为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息; 另一方面为充分利用先进的CAD/ CAM 技术对已有的机械产品进行再工程服务[ 2 ]。为了实现现有CAD/ CAM 软件间的优势互补, 有必要在反求工程软件和其它通用CAD/CAM 系统之间架构起信息交流通道, 以增强反求工程软件与其它系统间的数据交换能力, 从而使产品设计计算机化成为现实。
1　数据交换原理
随着CAD/ CAM 技术在工业界的广泛应用, 越来越多的用户要求产品定义数据在不同的CAD/ CAM 系统之间相互转换及相同系统的不同子系统之间进行信息流动。以往常采用的方法是把一个系统产生的数据文件翻译成另一个CAD/ CAM 系统能识别的数据文件, 对于多个CAD/ CAM 系统就需要有多个翻译器, 这使得CAD/ CAM 系统之间数据转换变得繁琐而费时。IGES 作为一种成熟的、被广泛接受的标准, 就是为了解决产品模型的定义数据在不同的CAD/CAM 系统间进行流动的问题而制定的。符合IGES 标准的曲面模型的输入ö输出是大多数CAD/ CAM 系统必备的数据接口之一, 并于1981年正式成为美国国家标准[ 3～ 6 ]。此后IGES 不断完善和扩充, 版本不断更新(从IGES1. 0 版本到IGES5. 3 版本) , 逐渐成熟并日益丰富, 覆盖了越来越多的应用领域[ 3 ]。IGES 的数据信息交换原理见图1。从系统A数据库传出的数据须先由本系统的IGES 前处理器转换成IGES 格式; 在经过通信介质传送到系统B 后, 须由系统B 的IGES 后处理器把其从IGES 格式转换成该系统内部的数据格式。把系统B 数据传送给系统A 也是同样的过程。
2　算法实现
在IGES 文件中, 信息的基本单位为实体, 通过实体描述产品的形状、尺寸以及产品的特性。实体的表示方法对当前所有的CAD/ CAM 系统都是适用的。实体可分为几何实体和非几何实体, 几何实体和非几何实体通过一定的逻辑关系和几何关系构成产品图形的各类信息, 实体的属性信息记录在目录条目录中, 而参数数据记录在参数数据段中; IGES 文件定义了通用CAD/CAM 系统表示实体的数据格式以及相应的文件结构, 典型的CAD/ CAM 系统所允许使用的IGES 实体单元见表1。
表1　通用CAD/CAM 系统所允许使用的IGES 实体单元
CAD/CAM
系统 所允许使用的IGES 实体单元类型号 
A utoCAD 144 143 142 141 128 126 124 106 102 
P ro/E 144 142 128 126 124 110 102 100 
U G 168 160 158 150 144 128 126 110 108 
CA T IA  144 142 128 126 122 120 110 102 100 
EU CL ID 144 142 128 126 122 120 110 102 100 
　本文设计了一种基于反求工程RE SO FT系统中裁剪NU RBS 曲面实体的IGES 数据接口; RE SO FT 系统要求所重构的曲面必须具有边界环信息, 其所有功能模块的实现都建立在有边界环曲面的基础上。对于只有曲面信息而没有边界环的非裁剪曲面实体, 需求出边界环, 才可以进行与带环曲面一样的处理; 求边界环时, 必须考虑所求边界环的方向, 若是顺时针方向, 则需对边界上的点进行倒序排列。RE SO FT 系统IGES 数据IöO 接口设计所遵循的原则如下:
(1) 一个符合规范的输入接口可以读(但不一定转换) 任何符合规范的数据文件。
(2) 当一个符合规范的输入接口遇到一个符合规范的数据文件, 若该文件包含一些没有转换的特征或元素, 不应导致系统死机或退出。
(3) 一个符合IGES 标准的输出接口可将自己系统描述的实体模型写成标准的IGES 数据文件。IGES 数据IöO 接口的设计流程见图2。图2 给出了IGES 数据在不同CADö CAM系统间进行交换的基本流程。
IGES 作为一种被广泛采纳的数据交换标准是众多CADö CAM 必备的数据接口之一, 对数据文件的格式有严格的要求。文件的每一行都是80个字符, 每一个数据段都有各自的起始位置和终结位置, 每一行数据都有行号。严格的格式保证了在数据传递过程中不同的翻译器对文件信息的解读不会出错。RE SO FT 系统的输入输出接口设计严格按照这个格式; 例如, 曲面输入输出的IG
ES 文件代码是128, 然后按照顺序从相应的代码段中读或写曲面的U、V 节点序列、权值、控制顶点等数据信息, 进而形成新的曲面数据信息, 为进一步优化曲面提供数据资源。
3　实例分析
RE SO FT 系统采用V isual C + + 语言开发, 可运行于微机W indow s 9x 或N T 环境。其主要研究对象是构型复杂、边界和形状不规则的曲面产品, 采用三角Bezier 曲面造型技术, 对输入数据进行处理, 重构出产品曲面[ 7～ 9 ]的几何模型,并以IGES 格式输送给其它CADö CAM 系统进行后序编辑、处理, 以加工制造出实际产品。图3～ 图5 为一风扇扇叶在不同CADö CAM系统间数据转换的全过程。图3 表示曲面在
图3　A utoCAD 系统中的数据点
A u toCAD14. 0 系统中的数据信息; 图4 表示RESO FT 系统从A u toCAD14. 0 系统以IGES 格
图4　RE SO FT 系统中插值点的三角化
式读入的数据信息并进行三角化的过程; 图5 表示经RE SO FT 系统三角化处理后的曲面信息输出到U G 系统进行曲面重构的过程。
图5　U G 系统中NU RBS 曲面重构
参考文献:
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