Naam : Wullaert Dieter Opdracht : Moderne CAD CAM interfaces en hun toepassingsgebieden IGES, STEP, STL enz…..

Inleiding

Het gebruik van CAM-pakketten neemt hand over hand toe. De meeste toeleveranciers, plaatbewerkingsbedrijven, matrijzenmakers en gereedschapmakers hebben inmiddels ervaring op gedaan met CAM-pakketten. Steeds vaker worden tekeningen digitaal aangeleverd. Er gaat nog steeds veel tijd verloren met het inlezen en productiegereed maken van de geometrie. Daarna moeten de gereedschapsbanen nog worden gelegd. Als er op het laatste moment een wijziging is of het product moet op een andere machine worden gemaakt, dan kost dit veel tijd en moet het proces vaak opnieuw plaatsvinden. Daarnaast zit de kennis over hoe producten gemaakt moeten worden in de hoofden van mensen. De nieuwe generatie CAM-pakketten kunnen door een variëteit aan hulpmiddelen dit proces beter structureren. Hierdoor zijn CAD-files sneller te interpreteren, veranderingen sneller door te voeren en is de kennis beter te beheersen.Over het uitwisselen van data zijn reeds boeken vol geschreven.

Een goede CAD/CAM-koppeling beschikt uiteraard over alle standaard uitwisselingsformaten, zoals Dxf, IGES VDA, STEP. Daarnaast beschikt het over directe vertalers vanuit CAD-pakketten. Voorbeelden hiervan zijn Pro/Engineer, I-DEAS, CATIA-koppelingen of koppelingen op basis van de Kernel: parasolid of ACIS. De nieuwe generatie CAM-pakketten beschikt niet alleen over deze uitwisselingsformaten, maar kan ook op basis van OLE for D&M, zonder te vertalen modellen inlezen.

Door koppelingen op basis van solid-informatie of OLE for D&M is feature-herkenning mogelijk. In het CAD-model worden reeds bepaalde kenmerken aan een product gegeven. Bijvoorbeeld bij gaten: het soort gat, de diameter en de diepte. In het CAM-pakket worden deze waardes vaak nogmaals ingegeven. Met featureherkenning gebeurt dit automatisch. Het CAM-pakket kan direct gaten herkennen. Hetzelfde geldt voor bijvoorbeeld kamers en half open kamers. Doordat het CAM-pakket dit herkent kan het direct een gereedschap met de juiste diameter aangeven. Ook weet het hoe diep het gereedschap het materiaal in moet. Dit voorkomt fouten en werkt sneller.

Functie van CAM/CAM interfaces

Cad/Cam interfaces zorgen ervoor dat men 2D en 3D tekeningen kan uitwisselen tussen ontwerpprogrammas (CAD) onderling zoals Autocad, I-DEAS, en tussen tekenprogramma’s en programma’s die de broncodes schrijven voor CNC-machines.

Soorten CAD/CAM interfaces

Men onderscheidt de zogenaamde neutrale bestandsformaten of vertalers en de directe vertalers.

Bij directe vertalers wordt een bepaald bestandsformaat van een CAD-systeem rechtstreeks omgezet in een bestandsformaat van een ander CAD-systeem Per paar van communicerende CAD-systemen, zijn er twee vertalers nodig.

Bij een neutrale vertaler wordt het bestandsformaat omgezet naar een neutraal bestandsformaat zoals STEP, IGES, SET, enz... Bij dit systeem heeft men dus alleen een pre –en post processor nodig.

Figuur 1 : systeem met directe vertaling Figuur 1 : systeem met neutrale bestandsformaten

De voornaamste neutrale bestandsformaten zijn :

-STEP-IGES-STL-VDA-FS-DXF-SAT

In wat nu volgt zullen we de belangerijkste interfaces en hun toepassingen bespreken

Overzicht

In de volgende figuur krijgt men een overzicht hoe verschillende CAD/CAM programma’s met elkaar kunnen communiceren.

Supported systems & Formats A list of supported CAD systems and an overview of suitable formats.

CAD System Manufacturer Version3D Studio Max Autodesk    AllPlan Nemetschek   

AutoCAD Autodesk  ACAD 13 - 2004 

AutoCAD LT Autodesk  LT 95 - 2004  BCT - IDAS UNIGRAPHICS Sol.   

Bravo UGS    CADAM Dassault Systemes    CADDS5 PTC    CADdy ++ DataSolid GmbH    CADKEY CADKEY Corp.    CADRA SofTech    CATIA Solutions Dassault Systemes  CATIA V4  CATIA Solutions Dassault Systemes  CATIA V5 

CATIA Solutions Dassault Systemes  CATIA V6, V7, V8 

CIMATRON E CIMATRON    EVIS UGS    Euclid 3 EADS Matra Data    HELIX helixtech    HiCad ISD Software    HostCADAM CATIA Solutions   

ICEM DDN ICEM Techn./PTC Division   

I-DEAS Master Series UGS   

Imagineer Intergraph    Inventor Autodesk  Inventor 5 - 7  IntelliCAD CADopia, Bricsnet    IronCAD IronCAD LLC    ISIWORK Rand Worldwide    Mastercam CNC Software Inc.    ME10 CoCreate    Mechanical Desktop Autodesk  MD2 - MD 6  Medusa PTC   

MegaCAD Megatech Software  Makro 4.8/5.0/14.8 

MegaCAD Megatech Software  3D 15.0  MicroStation Bentley Systems  V5 - V8  Pro/E PTC  2000i / 2001  ProfCADAM/CCD     Rhino Rhinoceros    Smart Sketch Intergraph  3.0  Solid Concept Mécasoft Industrie    Solid Edge UGS  V8 - V14 

SolidDesigner COCreate    SolidWorks Dassault Systemes  SW 99 - 2003  thinkdesign Think3    TopSolid Missler Software  V 6.4 

TurboCAD IMSI  V4+, V6, V8, V9 

Unigraphics UGS    Vellum Solids Ashlar    Visio Microsoft    VX Vision Varimetrix   

Bespreking van de verschillende CAD/CAM interfaces

In wat nu volgt zullen we de belangerijkste interfaces en hun toepassingen bespreken

STEP-interface

De Standard for the Exchange of Product Model Data, beter bekend als STEP, is een internationale standaard voor het uitwisselen van data tussen verschillende CAD/CAM en PDM (Product Data Management) systemen. Het presenteert een waardig alternatief voor de huidige chaos van meerdere, gefragmenteerde standaarden en de verschillende eigen formaten van softwarehuizen. Bovendien is het een bewezen manieren om vlug en betrouwbaar, data uit te wisselen tussen bedrijven of partners met verschillende softwarepaketten.

STEP ondersteunt ontwerpen, produceren, elektriciteit/elektronica , architectuur en de volledige levenscyclus van een product (bvb. ontwerp, productie en onderhoud)

STEP is een internationale standaard ( ISO 10303). De evolutie en verdere ontwikkeling vindt plaats onder het waakzame oog van ISO. De eerste versie bereikte zijn operationele status in 1994.

De unieke eigenschap van STEP is dat het productdata integreert. In de huidige werksfeer worden de data voor een product beheert in verschillende softwarepaketten, veelal met weinig integratie en met een groot overlappingsgebied van de data.

Bijvoorbeeld, de technische tekeningen van een produkt kunnen gemaakt en bewaard worden in een bepaald CAD-pakket, terwijl de informatie aangaande het gebruikte materiaal, de oppervlaktebehandeling, verpakking en bijvoorbeeld elektrische aansluitingen bewaard worden in andere programma’s of documenten. STEP kan dit probleem verhelpen door al de data voor één product in één bestand op te slaan.

Om STEP te gebruiken moet een bedrijf programma’s gebruiken die STEP-bestanden kunnen in –en uitlezen.

Waaruit bestaat STEP :

STEP is een verzameling van ISO-standaarden die de mogelijkheid bieden voor het uitwisselen van product data. Deze standaarden kunnen opgedeeld worden in de basis infrastructuur componenten en de industrie specifieke componenten.

- De EXPRESS informatie modelleringstaal (part11)- Een op EXPRESS gebaseerde data overdrachtsbestandspecificatie (part21)- Een op EXPRESS gebaseerde programmeerinterface voor applicaties (SDAI) met

bindingen naar de C,C++, en IDL programeertalen (Parts 22-26)- Een basismodel om conformiteit te testen (Part 31)- Een bibliotheek van algemene informatiemodellen voor zaken zoals geometry,

topology, product identificatie, datums, tijd , enz.... (Part 40-reeks)

Industrie specifieke protocols die opgebouwd worden vanuit de bibliotheek (Part 200- reeks)

- expliciet tekenen (Part 201)- associatief tekenen (Part 202)- 3D assemblies (Part 203)- autoindustrie (Part 214)- anderen ( elektriciteit, scheepsbouw, plaatbewerking)

Enkele redenen waarom step belangerijk is

- STEP is een standaard die kan groeien. Het is gebaseerd op een taal (EXPRESS) en kan tot alle industrietakken toe gebruikt worden. Een standaard die groeit zal niet zo zeer gedateerd geraken.

- STEP is internationaal, en werd ontwikkeld door gebruikers, niet door software verkopers.Standaarden ontwikkeld door gebruikers zijn gericht op resultaten terwijl standaarden ontwikkeld door softwareverkopers technology gericht zijn.STEP heeft al ,en zal in de toekomst veranderingen in de technology overleven, en kan dus gebruikt worden voor het archiveren op lange termijn.

Toepassing Stel een bedrijf (hier BOEING) met verschillende leveranciers of partners, die met verschillende programma’s werken. Met STEP kan men alles ( alle soorten data) omzetten naar één formaat.

IGES

IGES (Initial Graphics Exchange Specification) was de eerste specificatie voor CAD data uitwisseling gepubliceerd in 1980 als een NBS (National Bureau of Standards) rapport in de USA. IGES version 1.0 werd aanvaard en uitgebracht in 1981 als een ANSI standaard.IGES wordt nu ondersteund door alle belangerijke CAD-producenten en is nu veruit de meest wijdverspreide standaard voor CAD-data uitwisseling.

IGES werd oorspronkelijk ontwikkeld voor het uitwisselen van tekening-data zoals 2D/3Dwireframe modellen, tekst, bematingsdata , en een beperkt aantal oppervlakten. Door kritiek en slechte ervaringen met de vertaling als men IGES gebruikte, is de standaard geleidelijk uitgebreid en ontwikkeld aangaande ondersteunde entiteiten, syntax, transparantie, en stabiliteit.De huidige versie, IGES 5.2, heeft de volgende capaciteiten :

Geometry : 2D/3D wireframes en oppervlakken , CSG (sinds versie 4.0) en B-rep (sinds versie 1991)

Presentatie : tekenentiteiten voor technische tekeningen

Applicatie afhankelijke elementen : schema’s voor elektronica en pijpenbouw

Eindige elementen modeling elementen voor FEM-systemen

IGES specificaties definieeren het formaat van het bestand, taal van het bestand en de productdefinitie-data in deze formaten. De product definitie bevat geometrische, topologische en niet geometrische data. Het geometrische deel definieert welke geometrische entiteiten gebruikt moeten worden om de geometry te omschrijven. Het topologische deel definieert de entiteiten die de relaties tussen de verschillende geometrische entiteiten beschrijven.

De geometrische vorm van een product wordt beschreven aan de hand van de vorige twee delen ( geometry en topologie). Het niet geometrische deel kan verdeeld worden in annotaties, definitie en organisatie. De annotatie categorie bestaat uit bemating, text, noties bij tekeningen, enz.. . De organisatie categorie staat toe om specifieke eigenschappen van individuele of groepen entiteiten te definieren. De organisatie categorie definieert groepen van geometrische of eigenschappen elementen.

Een IGES bestand bestaat uit zes delen : Flag,, Start , Global, Directory Entry , Parameter Data en Terminate.

De grootte van IGES bestanden en daarmee samenhangend de verwerkingstijden zijn praktische problemen.IGES bestanden zijn samengesteld uit vaste bestandsdelen en elke entiteit moet delen bevatten in zowel het Directory entry deel en het Parameter Data deel met bi-directionele pointers. Dit veroorzaakt fouten en vertragingen in pre –en post processor implementaties.

De volgende versie van IGES, 5.3 is volop in ontwikkeling en wordt binnenkort uitgebracht.

DXF bestandsformaat

DXF (DataExchange Format) werd originel ontwikkeld door Autodesk, de verkoper van Autocad. Het is ondertussen een standaard geworden bij de meeste CAD- verkopers en het wordt wijdverspreid gebruikt om 2D/3D wireframe data uit te wisselen. Alle afgeleiden van Autocad aanvaarden dit formaat en zijn in staat om het naar eigen presentatievorm te converteren. Een DXF bestand is een complete voorstelling van de Autocad tekendatabase, dus sommige eigenschappen kunnen niet gebruikt worden door andere CAD-systemen.

DXF versie R13 ondersteunt wireframes, oppervlakken en solids.

Een DXF bestand bestaat uit vier onderdelen : Hoofding, Tabel, Blok en Entiteit. Het hoofdingsonderdeel bevat algemene informatie over de tekening. Elke parameter heeft een variabele naam en een ermee geassocieerde waarde .

Het tabel onderdeel bevat definities over lijntypes, lagen, tekst, aanzichten, enz…

Het blok gedeelte bevat entiteiten voor blok definities. Deze entiteiten definieren de blokken die gebruikt worden in de tekening.Het formaat van de entiteiten in het blok gedeelte zijn identiek aan de entiteiten in het entiteit deel .Dit deel bevat de tekenentiteiten, inclusief eventuele blok referencies. Zaken in het entiteit deel bestaan ok in het blok deel en het uitzicht van de entiteiten in de twee delen is hetzelfde.

Variabelen, tabellen en entiteiten worden beschreven door een groep dat het item introduceert, door de naam of het type te geven, gevolgd door meerdere groepen die de waarden leveren die gelinkt zijn met het item.. Speciale groepen worden gebruikt voor zaken zoals markeringen voor het begin of einde van delen, tabellen, en het bestand zelf. Groep codes worden gebruikt om het type van de waarden te beschrijven, en het algeemene gebruik van de groep

STL

STL is een afkorting van de term STereoLithographie. Een STL bestand is een bestand dat gemaakt werd volgens de “standaard” ontwikkeld door 3D systems voor het gebruik op hun stereolithographie machines en printers. De meeste producenten van CAD-systemen die met 3D solids kunnen werken, kunnen een STL-bestand als output creëren.

Het STL-bestand zelf wordt gedefinieerd als een met driehoeken gevormde representatie van een 3D solid. Bij het converteren naar of opslaan van een STL-bestand worden de oppervlakken van een object opgedeeld in een serie van onregelmatige driehoeken. Elke driehoek kan dan beschreven worden in de data van het STL bestand door een serie van binaire numerieke waarden die de drie coördinaten in de XYZ ruimte beschrijven die bij de hoekpunten van de driehoeken behoren.Het STL bestandsformaat is erkend als de standaard voor Rapid Prototyping machines. STL gebruikt dus een methode waarbij oppervlakken van 3D solids voorgesteldworden als een gesloten volume-mesh bestaande uit driehoeken.De qualiteit en grootte van deze driehoeken dicteert hoe accuraat de oppervlakte-mesh de werkelijke oppervlakte benaderd

Als het aantal driehoeken toeneemt, neemt de gemiddelde grootte van de driehoeken af, en benadert de vorm van het gemeshte object meer het object in de werkelijkheid. Dit wordt de facet resolutie genoemd

Fragment uit een STL-bestand

solid ... facet normal 0.00 0.00 1.00 outer loop vertex 2.00 2.00 0.00 vertex -1.00 1.00 0.00 vertex 0.00 -1.00 0.00 endloop endfacet ... endsolid

Vertex to vertex rule

De meest voorkomende fout in een STL-bestand is het niet naleven van de vertex-to-vertex regel.De STL specificaties vereisen dat alle aaneenliggende driehoeken twee gemeenschappelijke zijden delen ( zie onderstaande figuur). De linkse figuur toont een driehoek die een 4-tal hoekpunten heeft.De uiterste hoekpunten worden niet gedeeld met deze van de overstaaande driehoek. De onderste twee driehoeken bevatten elk een van de punten alsook het vierde foute vertexpunt. Om deze driehoeken geldig te maken moet deze onderverdeeld worden zoals in de rechtse figuur.

Figure

VDAIS en VDAFS

VDAIS (Vereinung Deutsche Automobilindustrie IGES Subset) is een afgeleide van het IGES formaat ontwikkeld door de Duitse autoindustrie. Het bied een betere en meer betrouwbare data overdracht door de zeer zorgvuldige programmatie.VDAIS is in dagelijks gebruik in de Duitse autoindustrie

VDAFS (Vereinung Deutsche Automobilindustrie Flächen Schnittstelle) is een Duits neutraal bestandsformaat voor de uitwisseling van oppervlaktegeometriën. Het werd ontwikkeld om oppervlakten met een vrije vorm te kunnen uitwisselen en werd een DIN standaard in 1986.VDAFS onderteund elementaire curven en oppervlakte geometrieën en een beetje topologie om meer complexe modellen te beschrijven. VDAFS wordt onder andere ook gebruikt in de Duitse autoindustrie om de oppervlakten van de carrosserieën te beschrijven.Deze standaard wordt op termijn vervangen door STEP

SET

SET (Standard d’Echange et de Transfert) is een Franse standaard voor het uitwisselen en archiveren van CAE data en wordt ondersteund door verschillende CAD-systemen. Het werd ontwikkeld als een neutraal bestandsformaat door het luchtvaartconsortium Aerospatiale in 1983. Het doel was om een meer betrouwbaar voor IGES te ontwikkelen. Het werd een officiële Franse standaard (Afnor Z68-300), SET, in 1985. Het ondersteund wireframes, oppervlakken en solids.Entiteiten voor ontwerptekeningen, applicaties voor communicatie, alsook wetenschappelijke data en FEM zijn ook ingebed. Een organisatie gesticht door een paar van de belangerijkste gebruikers van SET, volgt de standaard op en zorgt ervoor dat deze verder ontwikkeld wordt alsook voor de promotie ervan.