El término " característica " implica diferentes significados en diferentes disciplinas de la ingeniería. Esto ha dado lugar a muchas definiciones ambiguas de característica. Una característica, en el diseño asistido por computadora (CAD), generalmente se refiere a una región de una pieza con algunas propiedades geométricas o topológicas interesantes. [1]Estos se denominan con más precisión características de formulario. Las entidades de formulario contienen información de forma e información paramétrica de una región de interés. Ahora son omnipresentes en la mayoría del software CAD actual, donde se utilizan como el medio principal para crear modelos geométricos 3D. Ejemplos de características de forma son saliente extruido, loft, etc. La característica de forma no es el único tipo de característica que se analiza en la literatura CAD. A veces, las características funcionales o de fabricación de una pieza del tema de atención. [2] [3]Aunque es muy posible ver que las características del formulario y las características de fabricación reciben el mismo nombre, no son exactamente los mismos conceptos. Por ejemplo, se puede usar el nombre "bolsillo" para referirse a un corte barrido en el límite de un modelo de pieza, o para referirse a una traza dejada en el límite de la pieza por una operación de mecanizado específica. El primero se ocupa exclusivamente de una forma geométrica, mientras que el segundo se ocupa tanto de la forma geométrica como de una operación de fabricación, necesitando más parámetros en su definición. Como tal, una característica de fabricación se puede definir mínimamente como una característica de forma (si tiene una forma que puede representarla de forma única), pero no necesariamente al revés (las formas se pueden interpretar de manera diferente en diferentes dominios de fabricación). [2] Las características de mecanizado son un subconjunto importante de las características de fabricación. Una característica de mecanizado puede considerarse como el volumen barrido por una herramienta de "corte", [4] que siempre es un volumen negativo (restado). Finalmente, también existe el concepto de característica de ensamblaje, que codifica el método de ensamblaje entre componentes conectados.
Los datos de características en CAD se pueden especificar como una colección de superficies o como volúmenes. Las características de superficie se pueden utilizar para describir tolerancias de fabricación o ubicar superficies en el diseño de ensamblajes. Por otro lado, las características volumétricas se pueden utilizar en la generación de trayectorias de herramientas, etc. La información de fabricación (particularmente en el mecanizado) se representa mejor mediante el uso de características volumétricas. [1]
El primer trabajo publicado sobre características fue para el sistema de modelado de representación de límites original, BUILD, y fue realizado por Lyc Kyprianou. [5] Pronto siguieron otros trabajos basados en diferentes representaciones sólidas. Se pueden encontrar descripciones generales sobre el trabajo sobre características en Shah et al .; [6] Subrahmanyam y Wozny; [7] Salomons et al. [8]
Tecnología
El trabajo en características (generalmente llamado tecnología de características) se puede dividir en dos categorías generales: Diseño por características y Reconocimiento de características. En el diseño por características, también conocido como diseño basado en características (FBD), las estructuras de características se introducen directamente en un modelo mediante operaciones particulares o cosiendo formas. Por otro lado, el objetivo del reconocimiento de características (FR) es extraer algorítmicamente entidades de nivel superior (por ejemplo, características de fabricación) de elementos de nivel inferior (por ejemplo, superficies, bordes, etc.) de un modelo CAD.
Modelo de generación de características de formulario
La integridad del conjunto de características es muy subjetiva, la dependencia del dominio elude una definición formal. El modelo de generación de características propuesto por Nalluri y Gurumoorthy [9] intenta definir la integridad de un conjunto de características. Definen la característica de forma independiente del dominio como un conjunto de caras con características topológicas y geométricas distintas. Han modelado la creación de una característica de forma como suma / resta de una característica sólida (se requiere un volumen mínimo exacto) a / de un sólido basado. Definen el "Tipo" de la función en función de la topología local de las caras de sólidos base participantes y la "forma" en función de la forma del sólido de la función. Con base en estas definiciones, han enumerado y clasificado las características del formulario. Por ejemplo, han enumerado 94 tipos de características de forma de barrido con la posibilidad de que cada tipo de característica tenga un número ilimitado de formas. Proporcionaron pruebas de que esos 94 tipos están completos para el barrido sólido. Han modelado la extracción de características como un proceso inverso de su modelo de generación de características. Han desarrollado un algoritmo de reconocimiento de características basado en el concepto de calcular el estado topológico dinámico de las caras. También definieron un marco para mapear estas características independientes del dominio a un dominio de interés específico.
Diseño por características
Al utilizar funciones para crear modelos de formas, el proceso de diseño se vuelve más eficiente, porque la forma de las funciones se puede predefinir. Las características en FBD se pueden asociar directamente a la información de fabricación [10] para que esta información se pueda recuperar en aplicaciones posteriores. De esta manera, un sistema CAD / CAM general se puede automatizar completamente, sin embargo, la idea de utilizar características de fabricación para diseñar una pieza tiene sus propias deficiencias: [2] Las características utilizadas para diseñar la pieza no representan necesariamente la mejor manera de fabricarlo. Por lo tanto, es responsabilidad del diseñador evaluar todos los métodos que pueden producir la pieza. Además, las características de fabricación no son la forma más natural de diseñar una pieza.
Reconocimiento de funciones
El método propuesto por Kyprianou [5] tenía como objetivo codificar partes para tecnología de grupo (GT). El propósito de GT es clasificar sistemáticamente los objetos en función de su método de fabricación. El trabajo de Kyprianou implicó la clasificación de rostros en grupos primarios y secundarios y luego la identificación de características de acuerdo con los patrones de estos rostros primarios o secundarios. Una cara primaria es una con múltiples límites (también llamados "bucles de agujeros") o límites mixtos cóncavos y convexos. Un límite cóncavo es un conjunto de bordes cóncavos, donde el ángulo sólido sobre el borde es más de 180. Las caras secundarias son todas las demás caras. El trabajo de Kyprianou fue continuado y ampliado por Jared et al. para cubrir una serie de casos especiales importantes en los que interactuaron características.
El reconocimiento automático de características (AFR) se considera una solución ideal para automatizar los procesos de diseño y fabricación. La automatización exitosa de los sistemas CAD y CAM es una conexión vital en la construcción de sistemas de Fabricación Integrada por Computadora (CIM). [11] Esta es la parte de la investigación de RF que ha atraído gran parte de la atención. Otra aplicación importante de AFR es la evaluación de la capacidad de fabricación. [12] El sistema AFR debe ser capaz de interpretar el diseño de manera diferente basándose en características alternativas y retroalimentar la capacidad de fabricación y el costo de esas interpretaciones para el diseñador.
Existe una gran cantidad de diferentes técnicas de AFR que se han propuesto para la integración CAD / CAM y la planificación de procesos. Han y col. [13] proporciona un análisis crítico y detallado de algunos de los enfoques existentes. Los métodos más comunes según Han et al. van desde algoritmos basados en gráficos hasta técnicas de descomposición volumétrica y basadas en pistas. En el reconocimiento de características basado en gráficos, se crea un gráfico que muestra la topología de la pieza (conexión de caras). El gráfico a menudo se atribuye, por ejemplo, los bordes están marcados como cóncavos o convexos. [14] Este gráfico luego se analiza para extraer subconjuntos de nodos y arcos que coinciden con cualquier plantilla predefinida. Esto se realiza mediante una variedad de técnicas, incluidos algoritmos de isomorfismo gráfico. [15]
Los enfoques basados en gráficos han sido criticados por varias deficiencias. No tienen en cuenta la capacidad de fabricación de las características reconocidas debido a su fuerte dependencia de patrones topológicos en lugar de geometría. La intersección de características provoca una explosión en el número de posibles patrones de características que arruina cualquier intento de formular patrones de características. Para hacer frente a estas dificultades, Vandenbrande y Requicha. [16] propuso buscar "la mínima parte indispensable del límite de una característica", llamadas sugerencias, en lugar de patrones de características completos. Por ejemplo, la presencia de dos caras planas opuestas es un indicio de la posible existencia de una característica de ranura. Las sugerencias no están necesariamente restringidas a la geometría de la pieza. También se pueden extraer tolerancias de forma y atributos de diseño. Por ejemplo, "un atributo de hilo puede tomarse como una pista de agujero". [13] Este enfoque ha tenido más éxito en el reconocimiento de características que se cruzan. Sin embargo, se ha argumentado la eficiencia del enfoque, ya que podría haber una gran cantidad de rastros que no conducirán a características válidas. [13] Algunos autores se han mostrado a favor del uso de un híbrido de FR basado en gráficos y basado en sugerencias para mejorar la eficiencia del razonamiento basado en sugerencias. En el enfoque híbrido, el razonamiento basado en gráficos se usa para descubrir aquellas regiones de la parte que ciertamente conducen a características válidas cuando las usa el razonador basado en pistas. [17] [18] Otros enfoques de RF existentes son la descomposición volumétrica, [19] [20] Redes neuronales artificiales, [21] y sistemas expertos [22] Babic et al. [23] presenta brevemente muchos de ellos.
Sin embargo, la construcción de sistemas de reconocimiento de características que funcionen eficazmente en productos industriales reales ha sido difícil de alcanzar. Un producto real con cientos de caras y bordes finales detiene casi todos los enfoques anteriores debido a la complejidad computacional. Además, las características estudiadas en estos enfoques suelen estar demasiado simplificadas. La mayor parte de la literatura sobre reconocimiento de características normalmente se ocupa de las características 2.5D (las que se obtienen mediante el barrido de un perfil 2D a lo largo de un eje lineal). Las representaciones de gráficos, las definiciones de pistas o las descomposiciones de volumen son mucho más difíciles de definir para las funciones 3D y de forma libre. El trabajo realizado por Sundararajan [24] se centra en superficies de forma libre, pero de nuevo tiene una aplicación limitada. La simplificación excesiva también es evidente incluso en el transcurso de las funciones 2.5D. Por ejemplo, los algoritmos de reconocimiento de características generalmente asumen bordes cóncavos afilados en la geometría de la característica. Sin embargo, estos bordes apenas se utilizan en el diseño real de componentes mecánicos debido a limitaciones de fabricación. Algunos de estos problemas, como la presencia de bordes fileteados y superficies de forma libre en el modelo, han sido estudiados por Rahmani y Arezoo. [17]
Sistemas de reconocimiento de características comerciales
También se encuentran disponibles pocos sistemas comerciales de reconocimiento de características. Aunque la tecnología de reconocimiento de características se puede aplicar a varias aplicaciones, el software comercial ha adoptado efectivamente la tecnología de reconocimiento de características para recrear el árbol de características a partir de modelos importados, de modo que incluso los modelos importados se pueden editar como si fuera un modelo sólido nativo. Los principales modeladores CAD 3D tienen reconocimiento de características para convertir modelos 3D importados en modelos nativos basados en características. El software CAM y el diseño para software de fabricación también se crean utilizando esta tecnología de reconocimiento de funciones. Pocos software CAD / CAM han utilizado una biblioteca de reconocimiento de características de terceros disponible comercialmente, que reconoce varias características de los modelos 3-D B-Rep. Hay bibliotecas independientes disponibles para aplicaciones de diseño, fabricación y chapa. La biblioteca de reconocimiento de características de diseño puede identificar características como orificios de varios tipos, orificios divididos, cadenas de orificios, empalmes, chaflanes, extrusiones de corte, extrusiones de salientes, extrusiones dibujadas, cortes giratorios, protuberancias giratorias, nervaduras, borradores, lofts y barridos. La biblioteca de reconocimiento de características de fabricación proporciona el reconocimiento de características de fabricación como orificios simples, orificios cónicos, orificios avellanados, orificios avellanados, orificios contrataladrados, cadenas de orificios, patrones de orificios como patrones lineales, rectangulares y circulares, filetes, chaflanes , cavidades ciegas, cavidades pasantes, cavidades perfiladas, cavidades fileteadas y biseladas, ranuras simples, ranuras dibujadas, ranuras fileteadas y achaflanadas, islas en cavidades y ranuras, volúmenes mecanizables, losas mecanizables, múltiples características de intersección, características axi-simétricas como torneado externo perfiles, perfiles torneados internos, ranuras torneadas como ranuras en V y en cola de milano, y características de fresado-torneado como ranuras y cavidades en perfiles torneados. La biblioteca de reconocimiento de operaciones de chapa extrae las operaciones desde una perspectiva de chapa. Varias características identificadas a través de esta biblioteca incluyen paredes, curvas, agujeros, recortes, agujeros con reborde, cortes con reborde, muescas, dobladillos abiertos, dobladillos cerrados, dobladillos en forma de lágrima, dobladillos enrollados (rizos), rebordes jog, rebordes de borde, rebordes de contorno, sellos como lama, lanza, puente, hoyuelo, cordones, relieves y nervaduras. Aunque tales sistemas comerciales pueden identificar una variedad de características enumeradas anteriormente, se pueden realizar más investigaciones para identificar tipos de características que no están identificadas por dichos sistemas comerciales. Las características de fabricación, como el reconocimiento de características de 3 y 5 ejes, generalmente no están disponibles en dichos sistemas comerciales.
Ver también
Referencias
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enlaces externos
- Reconocimiento de funciones: el eslabón perdido al CAM automatizado
- Reconocimiento de características de fabricación hacia la integración con la planificación de procesos
- Reconocimiento de características de fabricación: un informe de estado
- Reconocimiento de características híbrido basado en sugerencias y basado en gráficos