基于Android的DXF文件解析以及數控代碼的生成

廈門盈趣科技股份有限公司 周春林 張燕鵬 黃智全 李立鋒 蔡權權

1 引言

就目前而且AutoCAD仍然是國際市場上廣為流行的繪圖軟件，而市場上也有很多將AutoCAD中的圖形輪廓轉換為數據加工所需要使用到的G代碼的方法。但是這些方法基本使用場景都是局限于臺式電腦以及數控機臺配套的顯示屏。如果可以使用Android平板電腦，直接生成下位機所需要的數控加工代碼，將提高編程操作的便捷性以及編程的可視性，提高了編程的效率。

2 DXF解析與轉換

DXF是AutoCAD中的一種文件格式，其中DXF的ASCII數據格式具有良好的可讀性。DXF可以使用文本編輯器打開，會發現DXF是由多個單行的數據組成。DXF文件主要包含了六個文件段，而我們主要關心的是實體段（ENTITIES SECTION），里面包含了圖形信息，DXF的解析過程即將這些圖形信息轉換為我們所需要的JAVA實體類。由于DXF是多行的數據組成，可以直接將整個DXF文件作為輸入流，一行一行的去讀取DXF文件。實體段中我們所需要的實體段主要有直線、圓、圓弧、橢圓、多線段。可以通過表1的組碼信息去解析DXF文件，并且新建對應的Java實體類保存這些信息。而在DXF中的實體中有多線段，多線段的組碼42為凸度，凸度為0表示兩點之間沒有弧度，兩點形成直線。凸度絕對值小于1表示圓弧包角小于180°，凸度絕對值大于1表示圓弧包角大于180°。而凸度小于0表示圓弧包角為逆時針，凸度大于0表示圓弧包角為順時針。

凸度為四分之一圓角的正切值，由此可以計算出凸度的圓角。由此可以計算出該圓角的圓弧以及半徑。從而計算出該圓弧的起始角度以及終止角度。

最后可將多線段轉換為圓弧以及直線。

表1 DXF組碼信息

3 DXF在Android系統中的繪制

將DXF中的圖形信息解析為對應的實體類以后，想要利用這些信息在Android應用中繪制出CAD圖，還需要將各個實體的坐標信息進行轉換，由于Java坐標系和CAD坐標系是Y軸的正方向不同的，并且DXF的圖形區域和Java的圖形區域是不同的，所以還需要將DXF的坐標系轉換為Java坐標系。首先利用如下公式計算出DXF轉換為Java坐標系所需要放大或者縮小的倍數。其中dxfMaxX、dxfMinX、dxf-MaxY以及dxfMinY為解析出的DXF圖形信息中的最大值和最小值。screenWidth和screenHeight為Android圖形區域的分辨率。

float autoXSpace = dxfMaxX - dxfMinX;

float autoYSpace = dxfMaxY - dxfMinY;

float Nx = autoXSpace / screenWidth;

float Ny = autoYSpace / screenHeight;

float multiple = Math.max(Nx, Ny);

計算出兩者之間轉換的倍數以后，在通過如下公式計算出各個實體的Java坐標系。

float javaX = (dxfX - dxfMinX) / multiple;

float javaY = (dxfMaxY - dxfY) / multiple;

至于圓弧以及整圓的半徑直接除以倍數即可。

利用Android自定義View以及Canvas即畫板在視圖中繪制DXF圖形，利用paint（畫筆）以及Android的繪圖API，drawLine、draw-Circle以及drawArc去繪制對應的CAD圖形，使用的坐標是轉換后的Java坐標。

需要注意的是在DXF的坐標系中圓弧的角度是順時針方向，而drawArc繪制的圓弧時逆時針的，所以要繪制出和DXF圖形中的圓弧信息一樣，需要使用360-圓弧的終止角度作為起始角度，然后計算出圓弧掃過的區域，最后利用drawArc在Java坐標系中繪制出圓弧的圖形。

經過如上的步驟即可在Android應用中繪制出DXF圖形，經過如下公式的可實現圖形的放大、縮小以及平移。

縮放時兩指的中點坐標 - (縮放時兩指的中點坐標– 圖形Java坐標) * 當前縮放的倍數 / 上一次縮放的倍數 + 當前坐標的偏移量– 上一次的偏移量;

經過上述公式的運算可重新計算出Java的坐標，再利用當前的坐標重新繪制CAD圖形。即可實現DXF圖形的放大、縮小以及平移。如圖1所示 。

圖1 DXF在Android平板中的繪制

4 數控代碼的生成

將DXF圖形在Android系統中繪制出并實現圖形區域的放大、縮小以及平移后。可通過監聽Android圖形區域的點擊事件，獲取當前點擊的坐標點。通過當前的坐標點和實體類中的Java坐標系，計算出點擊點到各個實體類圖形區域的距離。對于直線可通過點到直線之間的距離計算，點到整圓的距離可通過點到圓心的距離減去半徑計算。而點到圓弧的距離可計算點擊點到圓弧的起點與終點的中點距離。通過計算出哪個實體類離點擊點最近。取出當前的實體類到列表中。

拾取完相應的實體類以后，可利用實體類中的DXF坐標，將這些實體類信息，轉換為G代碼。

直線軌跡的G代碼為：

G00 X1 Y1 Z1

G01 X2 Y2 Z2

其中X1，Y1和Z1代表的直線DXF中的起點坐標。X2，Y2和Z2代表的是直線DXF的終點坐標。

整圓以及圓弧的軌跡G代碼為：

G02 X Y Z I J K

G03 X Y Z I J K

其中G02表示順時針，G03表示逆時針。其中X、Y和Z表示圓弧的終點坐標，需要注意的是圓弧的終點坐標就是起點坐標。I、J和K表示的是起點坐標到圓心坐標的映射。以上是基礎的圖形軌跡G代碼，可結合自定義的輔助代碼，生成G代碼文件。并且通過WIFI傳送到下位機，使下位機運行特定的軌跡以及執行相應的動作。

5 總結

使用Android平板去導入CAD圖形，并且可在平板中繪制出DXF圖形。可選擇所需要加工的軌跡，最后根據直線以及圓弧的G代碼軌跡，生成對應的G代碼文件，將所生成的G代碼文件，通過WIFI下載到數控機床，可以實現移動示教，提高了示教的靈活性以及便捷性。

[1]曹斌,李光耀等.基于DXF文件格式的二維復雜圖形數控代碼自動生成法[M].機械設計與制造,2003,2.

[2]孫成才,孫喜梅等.AutoCAD的DXF文件格式及其轉換接口研究[M].微型電腦應用,2001,8.

[3]陳樹敏等.DXF文件實體解析及其Java最小包絡矩形的實現[M].廣東省高性能計算重點實驗室建設,2010,6.

[4]左大利.DXF文件實體解析及其Java最小包絡矩形的實現[M].機電工程技術,2010,39(8):136-137.