加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究---硕士论文

河北工业大学硕士学位论文分类号：TH701密级：U D C：编号： 学位论文加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究指导教师姓名： 教授河北工业大学申请学位级别：硕士学科、专业名称： 测试计量技术及仪器论文提交日期： 年 月论文答辩日期: 年 3 月学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人： 年 月i加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究Thesis Submitted toHebei University of TechnologyforThe Master Degree ofMeasuring and Testing Technologies and InstrumentsRESEARCH ON ERROR COMPENSATION FOR NC MACHINE TOOLSii河北工业大学硕士学位论文摘 要随着信息技术、计算机技术、现代电子技术等高新技术不断发展，特别是计算机技术的普及和应用，加工中心在线检测技术随之发展起来。加工中心在线检测技术是提高加工中心加工精度和自动化程度的关键技术之一，是计算机集成制造系统（CISM）中计算机辅助质量监控（CAQC）的关键技术。本论文研究了加工中心在线检测中的关键技术路径规划和仿真技术。加工中心在线检测路径规划是决定在线检测效率和精度的关键所在，仿真是验证检测路径的有效途径。在深入研究零件检测特征的基础上，提出了基于特征的检测路径规划方法和检测路径规划模型，并对检测路径进行了检测过程仿真。利用面向对象的在线检测编程技术，以VC+6.0 和 Access 平台开发了一套编程合理、方便、功能强大的加工中心在线检测及仿真系统，可以满足不同零件的多检测要求。本论文的研究内容如下：1 国内外加工中心在线检测技术的研究现状分析及成果研究。2 针对加工中心在线检测技术，提出了零件的检测特征，并对检测特征进行分类和表达。3 根据检测特征的分类，提出了基于特征的检测路径规划方法及检测路径规划模型。4 深入研究了加工中心在线检测路径规划的基础上，建立了加工中心在线检测的检测数据库。5 对加工中心在线检测及仿真系统进行总体设计，开发了集参数式赋值编程、图形编程的自动编程及仿真系统，实现了针对不同的加工中心、不同的测头类型和不同的零件的自动编程和检测过程仿真。关键词：加工中心，在线检测，检测特征，路径规划，仿真iii加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究RESEARCH ON THE PATH PLANNING MODEL AND THE SIMULATION TECHNOLOGY OF MACHININGCENTER ON-LINE INSPECTIONABSTRACTWith the development of new and high technologies, such as information technology, computer technology, modern electronic technology, etc., especially the popularization and application of the computer technology, the on-line inspection technique of the machining center is being developed thereupon. The on-line inspection technique of the machining center is one of the key technologies of improving the machining accuracy and the automatic degree of the machining center, and it is the key technology of the computer aided quality control (CAQC) in the CIMS.The path planning and the simulation technologies of machining center on-line inspection are studied in the thesis. The path planning of machining center on-line inspection is the crucial point that determines to inspect efficiency and precision, the simulation can verify the inspecting path. On the basic of studying on inspecting features of parts thoroughly, the inspecting path planning method and the model based on the inspecting features are brought forward and the simulation of inspecting process is carried on in the thesis. Utilize object oriented on-line inspection programming technology, with VC +6.0 and Access platform, a set of programming rational, convenient, powerful on-line inspection and simulation system for machining center has been developed, which can meet various inspecting demands for different parts.The research contents of this thesis are as follows：1. The current situation analysis and achievements of the domestic and international machining center on-line inspection technique are studied.2. Aimed at the machining center on-line inspection technique, the inspecting features of parts are proposed, classified and expressed.3. According to the classification of the inspecting features, the inspecting path planning method and model based on the inspecting features are brought forward.4. On the basic of further investigation path planning of the machining center on-line inspection, the inspection database of machining center on-line inspection is set up.5. The system of the machining center on-line inspection and simulation is designedoverallly. The automatic programming and simulation system integrating with parameter typeiv河北工业大学硕士学位论文assignment programming and figure programming is developed, the system has realized to automatic programming for different machining centers, different probes and different parts and simulation of inspecting process.KEY WORDS: machining center, on-line inspection, inspecting feature, path planning, simulationv加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究目录第一章 绪论 1 1-1 引言 1 1-2 加工中心在线检测技术概述 1 1-2-1 加工中心在线检测技术的产生和发展 1 1-2-2 加工中心在线检测系统组成、工作原理及特点 3 1-3 课题的提出和意义 4 1-4 本学位论文的主要工作 5 第二章 检测特征6 2-1 引言 6 2-2 检测特征的定义 6 2-2-1 特征技术概述 6 2-2-2 特征定义 7 2-2-3 面向检测特征的定义 8 2-3 检测特征的分类 8 2-3-1 特征分类概述 8 2-3-2 检测特征分类 9 2-3-3 检测特征间的关系 11 2-4 检测特征的表达 12 2-4-1 MBS 理论的系统基本描述方法研究 12 2-4-2 基于 MBS 的 MFS 的检测特征的表达 13 2-4-3 检测特征表达实例 15 第三章 基于特征的检测路径规划 18 3-1 引言 18 3-2 检测路径规划中的关键技术 18 3-2-1 测头检测参数的确定 18 3-2-2 测量点数的确定及其分布 21 3-2-3 碰撞检查及避障点的选择 22 3-3 坐标系和路径规划及规划模型 22 3-3-1 坐标系的建立 22 3-3-2 基于检测特征的路径规划 22 3-3-3 基于特征的基本检测特征的路径规划 23 3-3-4 检测特征间的过渡路径分析 26vi河北工业大学硕士学位论文3-3-5 基于特征的复杂检测特征检测路径分析 273-3-6 基于特征的复杂检测特征检测路径规划模型 303-3-7 面向对象的检测路径自动规划 30 第四章 检测数据库 32 4-1 引言 32 4-2 检测数据库的组织结构 32 4-3 检测数据库的数据结构 33 4-4 检测数据库管理 36 第五章 自动编程技术研究 37 5-1 引言 37 5-2 在线检测程序编制基础 37 5-2-1 检测宏程序 37 5-2-2 检测宏程序编制的方法和原则 38 5-2-3 建立和完善检测数据库 38 5-3 加工中心在线检测自动编程技术 39 5-3-1 面向过程的加工中心在线检测自动编程系统 39 5-3-2 面向对象的加工中心在线检测自动编程系统 40第六章 加工中心在线检测及仿真系统开发 416-1 引言 41 6-2 软件系统特点 41 6-3 在线检测及仿真系统开发 42 6-3-1 软件开发平台的选择 42 6-3-2 软件的总体结构 42 6-3-3 系统功能设计及实现 43 6-4 实例验证 53第七章 结论 56 参考文献 57致谢 60 攻读学位期间所取得的相关科研成果 61vii河北工业大学硕士学位论文第一章绪 论1-1 引言随着经济发展和市场的全球化趋势，用户对产品的质量、更新换代的速度以及产品从设计、制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。要满足这一需求，不仅要采用先进的设计与制造技术以进一步提高产品质量，而且也需要采用先进的检测技术提高产品检测水平，实现检测过程的高精度、自动化、柔性化、智能化和 100%在线检测等目标1,2。传统的使用坐标测量机在计量室进行质量抽检已不能适应现代生产的需要。随着数控系统的发展，使数控机床具有了用户宏程序和存储等功能，为实现其在线自动检测提供了条件；测头性能的不断完善，为在线检测技术应用开辟了良好的前景。近年来，在线检测技术发展很快，并且成为衡量数控机床技术水平的重要特征之一3。1-2 加工中心在线检测技术概述1-2-1 加工中心在线检测技术的产生和发展加工中心作为高技术产物和 CIMS 的基础设备，应用范围越来越广。为充分发挥加工中心的作用，必须减少设备的停机时间，提高设备利用率。每当一批零件要加工时，需要大量的检测工作，包括加工前检测（找正、确定工件坐标系和获取工件基本几何特征信息等）、工序间检测（及时调整加工基准）和加工完后工件关键尺寸的检测等。传统的检测手段主要包括手工检测和离线检测。手工检测是使用千分表、卡尺等常规量具进行测量，检测效率低，检测精度差，精度容易受人为影响，并且导致了加工中心机时的浪费，耗时长，占用人员较多，影响了机床的利用率和产品的加工质量。离线检测是在加工工序之间或加工完成之后，将工件从加工中心上取下，利用其它检测设备（如最典型的是三坐标测量机）进行检测，加工和检测不在同一设备上进行，且两者不同步。三坐标测量机测量精度高，测量速度快，测量功能完善，测量范围较大；但三坐标测量机价格昂贵，测量成本高。通常情况下，测量精度要求高的复杂工件，选用三坐标测量机进行测量。而且离线测量需要二次定位，会产生二次定位误差。由此可见，传统的检测手段检测效率低，不仅影响了加工效率及机床的自动化程度，还导致了设备利用率和产品加工质量降低，检测设备耗资太大，这就大大影响了加工中心强大功能的正常发挥。70 年代后期数控机床上才开始使用测头系统，以 RENISHAW 为代表的自动测量系统包括多种类1加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究型，触发式测头系统、非接触式与扫描式测头系统等等。1977 年在汉诺威欧洲机床展览会上，展出了由英国 RENISHAW 公司研制的世界上第一套“循环中测量系统”RENISHAW 系统。此后，这项技术得到了迅速推广。1981 年在汉诺威展览会上，有 32 种机床采用了 RENISHAW 系统。国内，北京机床所、航天部 303 所等单位也相继研制出机床在机测头，其测量控制和数据处理都在数控宏程序中完成，可以实现简单的点、线、面等基本形体几何参数的测量。由于触发式测头造价低、可靠性好在数控机床在线检测中应用普遍4 。在加工中心上配备一触发式测头和相应的检测宏程序就构成了加工中心在线检测系统，这就在不改变加工中心原有软硬件系统的基础上，将工业三坐标测量机的主要功能移植到了加工中心上，实现了在线检测和反馈控制。加工中心在线检测技术将加工和检测集成在一起，实现了加工过程中的自动检测。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题5。近年来国内外学者在数控机床在线检测技术领域开展了多方面的探索和研究工作，美国 Ng，Hung等人研究了坐标测量机中的自动编程技术，它属于离线检测，工件的多次装卡降低了生产率，增加了重复定位误差和辅助时间6。Mou,J.等人基于 CAD/CAM/CAI 集成技术对雕刻面在机检测过程进行路径规划7。Hollingum, Jack 等人报道了触发式测头及其它计量产品的制造厂商雷尼绍公司开发的雷尼绍自动铣削/车削检测中心，可以实现加工生产线没有任何加工后检测的情况下连续将车削或铣削加工误差降低到 6 m8。Handschuh, Robert F 等人用坐标测量机完成了螺旋伞齿轮加工的自动测量9。Merat 等人对质量控制检测进行自动规划 10。英国雷尼绍公司主要针对雷尼绍测头的特点及其在数控机床上的应用进行了研究11。英国 Anon 研究了雷尼绍触发测头可以完成的基本功能和为企业和社会创造的经济效益12。德国 Iriguchi 发明了一种自动编程的设备与方法，它主要用于数控机床，能够很容易的建立加工程序 13。韩国 Pahk,H.J.开发了模具制造中的集成精度检测系统，它在 CAD 环境中选定检测特征，进行孔、槽、圆柱等一些基础特征的检测14。南韩 Kim, Kyung-Don 等人用触发式测头和测量 G 代码实现两轴半机床的尺寸测量，直接在机床上生成检测程序，导致编程灵活性下降，造成内存负担过重15。南京晨光集团有限责任公司李航、李永铜等人主要研究了在线检测系统的组成、特点、工作原理及测头系统自带检测宏程序库在实际生产中的应用范围，给出了测头的具体使用方法和校准的基本应用程序16。哈尔滨工业大学马云辉，陶崇德等人主要利用数控机床和加工中心上的位置检测系统实现工件测量、还对无线测头的研制以及控制系统的组成、测量范围及方法进行研究，可进行线性尺寸、孔、柱的测量17。天津大学刘又午教授、章青教授等深入研究了多坐标数控机床的误差分析和补偿方法18。河北科技大学刘利剑等人研究了加工中心在线测量的意义、基本方法，着重于测头的选取、系统的连接以及数据的处理，用 VB6.0 编制了测量软件，可完成长度、角度、位置度、形状度的自动测量19。河北工业大学教授主要研究了三轴加工中心在线检测系统的构成，提出了系统的总体构成方案，研究和探讨了数控加工中心在线检测误差建模方法，提出了单轴测量、综合辨识的新方法，并利用多体系统误差分析方法，建立了机床单轴测量几何误差综合辨识模型，提出了九线误差测量和综合辨识方法4。河北工业大学硕士孙志海研究了基于 CAD 的加工中心在线检测系统，在 ObjectARX 的开发环境 Visual C+ 6.0 下，结合 MFC 类库，对 MDT 二次开发，提取图形数据，制定检测路径规划，自动生成检测程序。该系统可用于工件的装夹找正，对工件进行自动在线测量等20。2河北工业大学硕士学位论文河北工业大学硕士辛娜研究了加工中心在线检测实物编程技术，开发了系统，该系统可以用于实现加工中心在线提取工件几何信息、加工信息。对提高产品加工精度、效率，以及新产品开发、旧产品改型和样件仿制等方面均有重要意义21。河北工业大学硕士翟庆光研究了基于示教的加工中心在线检测技术，从人工示教的原理、示教的基本方法，零件的几何模型分析、检测的路径规划等方面进行了分析研究22。1-2-2 加工中心在线检测系统组成、工作原理及特点1.加工中心在线检测系统组成目前，加工中心在线检测系统由加工中心和自动测量系统组成，自动测量系统包括接触式触发测头、信号传输系统、控制器和相应的软件。测量过程直接在数控系统控制下，通过调用用户宏程序来完成。图 1.1 为在线检测系统组成示意图。测量宏程序库主轴控制器CNC零件工作台伺服系统图 1.1 加工中心在线检测系统Fig. 1.1 The system of machining center on-line inspection测量宏程序库 主轴控制器计算机 CNC零件工作台伺服系统图 1.2 计算机辅助加工中心在线检测系统Fig. 1.2 The system of computer aided machining center on-line inspection接触式触发测头像普通刀具一样安装在加工中心刀库中，由程序控制可自动调出并安装在机床主3加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究轴上，由程序控制进行自动测量并将测量结果反馈至机床控制系统。由于数控机床自动检测系统本身的局限性，造成编程繁琐、检测功能较少且精度较低。而将微机加入数控加工中心在线检测是对数控机床测头在线检测系统有益和强大的补充，利用计算机强大的计算、存储和开发能力，可通过软件技术提高测头自动检测的精度、效率和可操作性，实现测量过程和测量结果的可视性。使数控机床在线检测技术提高到新的水平。计算机辅助加工中心在线检测的工作原理是在加工中心上安装在机测头装置，通过计算机辅助检测系统交互形成检测程序，控制加工中心实现自动检测功能。计算机辅助加工中心在线检测系统是一个由数控加工中心测头装置计算机系统被测工件组成的复杂的机电一体化系统，计算机辅助加工中心在线检测系统总体构成及信息传递关系如图 1.2 所示。2.计算机辅助加工中心在线检测基本工作原理及特点要实现加工中心在线自动检测，首先应在计算机辅助编程系统上生成自动检测程序；并将检测程序由 RS-232 通讯接口传输给数控机床，从而使机床伺服系统驱动工作部件，带动测头及被测件按检测程序要求产生测量动作；测头对工件进行检测时发出的触发信号，则通过测头与数控系统的专用接口转变为数控系统可识别的信号；数控系统接收信号后，立刻记录测点的坐标，同时按程序控制工作部件的下一步动作；在计算机软件系统控制下，可对系统检测结果进行计算、补偿及可视化等各项数据处理工作，直至完成全部检测工作。与目前的检测方法相比，计算机辅助加工中心在线检测的测量程序由原来复杂的手工编写转变为微机交互界面操作和主程序自动生成；测量结果计算和补偿由过去在测量宏程序中完成转变为在微机中进行；进行复杂的综合误差补偿运算由原来不可能而成为可能。系统中引入微机的主要贡献还在于增强了系统的灵活性和对用户的适应性，降低了用户使用系统的要求和学习时间，延长了系统的生命周期。1-3 课题的提出和意义在科学技术迅速发展的今天，测量技术对一个国家的发展起着十分重要的作用。如果没有先进的测量技术与测量手段，就很难设计、制造出综合性能及单项性能均优良的产品，更谈不上发展现代高精端技术。因此世界上工业发达的国家都非常注重和研究各种测量技术。高精度加工技术的发展推动了高精度检测设备的发展。对工件进行检测的系统很多，主要有三坐标测机系统，测量加软件的测量系统，计算机断层扫描工业 CT 等。60 年代出现的三坐标测量机，经过 30 余年的发展，其性能近趋完善，广泛用于机床仪表工业、汽车工业、航空航天工业等。但其由于三坐标测量机价格昂贵，使用效率低，维护费用高。在我国大量的中小型企业无力或无意购买三坐标测量机，仍采用一些效率低、精度差的陈旧检测装置，技术水平较低；即使配置了三坐标测量机，仍然存在需多次装卡、重复定位误差大及辅助时间长等问题，制约了我国加工业的发展水平。相比之下，在加工中心上直接配备一个触发式测头和相应的检测软件构成加工中心在线检测系统，在加工中4河北工业大学硕士学位论文心上直接进行在线测量。在机测头价格低，特别是数控机床目前广泛应用触发测头，具有价格低，可靠性强、自身精度高等特点，因而测头在数控机床上得到了广泛应用。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提供了一套行之有效的方法23，24。加工中心在线检测系统通过在加工中心上安装在机测头，完成包括序前基准位置测量、半成品尺寸监测以及序后检测等多种自动检测功能，并可实现加工中心工件坐标系自动调整、在线质量监控和误差补偿。加工中心在线检测系统不但可取代许多传统上由操作工人手工完成的工作，而且还可以做许多操作者不能胜任的工作，是实现柔性制造系统连续可靠工作的重要手段之一，是提高数控机床加工精度和效率的重要措施，甚至成为衡量数控机床水平的一个重要指标。因此，近年来相关技术的研究和系统开发倍受关注。随着计算机技术的普及和应用，在计算存储、数据处理和数据交换具有明显得优越性，可实现面向对象的通用软件自动编程。因此将微机引入在线检测系统软件已势在必行。这种测量方法具有投资少、见效快等优点，测头安装在刀库中，使用如同刀具一样方便，缩短了测量辅助时间。测量精度适中，在同一设备上同时完成加工和检测，避免了在三坐标测量机上的测量时所引起的二次装夹误差，测量功能基本能够满足基本的检测要求，能够完成三坐标测量机的大部分检测功能，可以在微机上实现误差补偿和数据处理，充分发挥了微机强大的数据处理功能。本课题的研究可在不同的数控系统、不同的测头类型下对不同的检测零件进行路径规划，自动的生成检测程序，有效地缩短了检测时间、降低检测成本，提高了检测精度、生产率和设备利用率。1-4 本学位论文的主要工作1.论文的主要研究内容本课题通过对零件的检测分类和特征表达，建立了加工中心在线检测的检测特征库，提出了基于检测特征的检测路径规划方法和基于多特征体的复杂零件的检测路径规划方法和模型。以 VC+6.0 和 Access 平台开发了一套编程合理、方便、功能强大的加工中心在线检测自动编程和检测过程仿真系统。2.论文的总体结构针对课题的研究内容及实现功能，本论文对以下几部分内容进行分析研究，各部分内容简述如下：第一部分：首先对加工中心在线检测技术进行了阐述，阐述了课题提出的目的和意义及本课题的主要研究内容。第二部分：零件的检测特征分类和特征表达及其实例；第三部分：基于特征的检测路径规划方法及检测路径规划模型；第四部分：检测数据库的建立；第五部分：在线检测自动编程系统研究；第六部分：加工中心在线检测及仿真系统开发和实例验证；第七部分：结论。5加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究第二章检测特征2-1 引言特征技术是实现 CAD/CAPP/CAM 集成的关键技术，也是产品建模技术的核心。特征模型使得CAD、CAPP、CAM 等系统共享统一的产品数据模型成为可能，特征已成为 CAD/CAPP/CAM 集成中信息传递的媒介。在加工中心在线检测中，我们把特征作为检测模型与处理的基本单元，建立基于特征的检测路径，为 CAD/CAPP/CAM/CAIP(计算机辅助检测规划)的集成奠定了基础。在加工过程中直接驱动检测程序，从而提高了检测质量、加快了检测进程、缩短了检测周期、降低了检测成本、提高了设备的利用率及增强了产品的市场竞争力。由于特征定义的多视域性和表示方法的多态性，关于特征技术的许多方面还有待于进一步研究。本章主要针对加工中心在线检测中特征的定义、分类及特征表达等进行了研究和探讨，为加工中心在线检测路径规划奠定了基础。2-2 检测特征的定义2-2-1 特征技术概述特征技术是由于不同应用领域对产品信息的需求而产生的。1978 年美国麻省理工的 Gossard 教授指导的学位论文“CAD 中基于特征的零件表示”首次提出了特征的概念，由此揭开了特征技术研究与发展的序幕。1988 年底，ISO 颁布的 PDES/STEP 标准（产品数据交换标准/产品模型数据交换标准）草案，将形状特征、公差特征和材料特征列为产品信息模型的构成要素25。自八十年代以来，国外许多学者和研究单位对特征技术的发展和应用做出了贡献。例如，英国Cranfield 理工学院的 Pratt 教授和 Wilson 教授为 CAM-I 提出了一个按形状和构造特点对形状特征分类的模式，Meeran 教授研究了从 DXF 和 IGES 等格式文件中提取二维图形信息，并将其转换为三维模型的实现方法26；英国 Dundee 大学的 Andrew Muns 提出了基于规则的从 CGS 数据模型中提取特征的方法及其在特征重构中的应用27。美国 Arizona 州立大学的 Shah 等人应用特征图形变换方法为用户处理图形和工程问题等，探讨了特征表达和解释问题，开发出 ASU 特征试验台28。美国 Purdue 大学的Anderson 等人在快速周转单元系统中，采用特征精化方法将设计特征转换为加工特征，并研究了基于特征设计工艺规程的几何推理问题。芬兰赫尔辛基技术大学的 Mantyla 教授研制了特征造型系统EXTDesign。 意大利热亚那应用数学研究所的 Falcidieno 等人提出了边界模型表示特征对象的描述方法，特征识别方法，并开发了相应的系统。德国柏林技术大学的 Beitz 开发了基于特征的造型系统6河北工业大学硕士学位论文GEKO。 Douglas 等人研究了用凸多面体分解法进行加工特征几何推理技术。Turner 等人研究了公差特征模型建立的问题。Roy 等人研究了尺寸及公差表示处理的问题。Jaroslaw 等人研究了特征编辑与查询技术。目前国内对特征技术的研究也很多，如北京航空航天大学的 PANDA 软件系统具有自身集成度高及几何模型精确简单等特点，其产品数据模型将线框模型、曲面模型和实体模型紧密结合，形成统一的层次表达模型，能够提供 CAD/CAM/CAPP 系统所需要的信息30。清华大学、华中理工大学、浙江大学、上海交通大学、西北工业大学等，以及其他一些单位也发表了一些关于特征技术研究的论著，进行了基于 CAD/CAM 系统集成的研究31，32。近年来商业 CAD 软件及工具基本都融入了特征的思想和方法。例如，PTC公司的产品Pro/Engineer，SDRC 的产品 I-DEAS Master Series、UGS 公司的产品 Unigraphics、IBM 公司的产品CATIA/CADAM、AutoDesk 公司的产品 MDT 等等。2-2-2 特征定义特征的概念是从工艺引出的，工艺规程包括产品建模、选择工艺设备、确定切削序列和切削用量以及编制数控机床 NC 加工程序等33。特征的定义有十多种，至今未能得出统一的定论。不同的人从不同的角度给出了特征的不同定义。不同的领域特征具有不同的意义和表现形式。因此特征的概念具有许多不同的解释和定义，主要有以下几种：（1）面向设计的特征定义如 S.C.Luby 和 J.R.Dixon 把特征定义为“一个与 CIMS 功能相关的几何实体”34。K.C.Chan 把特3637征定义为“一个代数型的形状表示法” 。M.J.Pratt 把特征定义为“零件表面感兴趣的区域” 。Herbert把特征定义为“将要完成的特定活动具有一定含义的一组几何实体”38等等。（2）面向制造的特征定义如 P.R.Wilson 从制造的角度把特征定义为“对应于主要加工操作的几何实体”，强调了特征的可制造性35。A.H.vant Erve 将特征定义为“零件上显著或特殊的部分，用于定义一个零件的几何形状或被用于机械加工或用于装夹和测量”，着重考虑了特征与几何形状、机械加工以及工装与测量的对应关系39。K.Case 把特征定义为“被一组真实的和假想的表面包围的实体，对突出特征（如凸台）而言，特征是要加到零件上的或者说是当它周围区域被切除后留下的实体”40。Chai 等认为特征是由特定的金属加工模式所生成的工件的某一部分。C.Hayes 和 P.Wright 则认为特征是具有一定拓扑关系的一组几何元素拼成的形状体，它对应于零件上的一个或多个功能，能够被固定的加工方式加工成形38等等。（3）广义特征的定义J.Cunningham 和 G.P.Turner 等把特征定义为“用于生成、分析和评价设计的元素41，42。Herderson等针对特征识别的方法指出：“特征是零件模式中感兴趣的几何和拓扑模式，它们在零件分析时表示有用的高层次实体。”Y.Gardan 和 C.Minch 认为“特征就是一个与零件的描述有关的或几个零件的关系有关的信息集合”。Dixon 和 Grossard 则对特征定义作了高度概括：“特征应该理解为一个专业术语，它兼有形状和功能两种属性，从它的名称和意义足以联想到它的几何形状、拓扑关系、血型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。”38 李龙梅等认为在 CIMS 环境下，特征是产品生命周期内信息7加工中心在线检测路径规划模型及仿真研究完整描述的载体，特征是一种信息表示方式，包括几何信息和非几何信息43。宋玉银等提出了广义特征的概念：广义特征是产品生命周期中信息的载体，它包含产品生命周期内各种活动的全部特征信息，即产品生命周期内各种特征信息的集合，包括用户特征、功能特征、材料特征、形状特征、精度特征、管理特征、技术特征、分析特征、维护特征、销售特征、评价特征、价值特征、质量特征、装配特征、制造特征、夹具特征等十六种44。2-2-3 面向检测特征的定义上述大多数的特征都能够提供特殊领域的设计和制造信息，特征定义的种类繁多。但国内外学者们已经公认特征具有以下特点：a）具有一定的几何形体 b）是产品信息的携带者 c）具有工程意义 d）具有严格的性质。本论文作者阅读了大量的相关资料，现将加工中心在线检测中的检测特征定义为应用层、表达层和几何层三个层次。应用层：应用层不是纯形状概念，它包含了来自应用领域的非形状内容，如表面粗糙度、形状公差和位置公差等。表达层：表达层提供了对形状特征的表达。主要是利用形状特征的参数来表达形状特征，如一个孔可以看作是一条线段以一个半径值绕固定轴线旋转而成。几何层：几何层是特征表达的基础。应用层通过形状特征与表达层相联系，应用层以形状特征为基础，而表达层提供了对形状特征的表达。几何层是表达层的基础，图 2.1 是检测特征三个层次间的关系。形状特征应用层表达层表达基础基础形状特征几何层图 2.1 检测特征三层次间的关系Fig. 2.1 The relation of three levels of inspecting features2-3 检测特征的分类2-3-1 特征分类概述由于对特征按一定规则进行归类能给特征的表达、操作等带来诸多的好处，所以各种特征的分类相继问世并趋于全面。通常根据应用领域中的工程语义进行特征分类，