复杂装配体装配关系自动识别方法.pdf

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1、2016年1月机械设计与制造工程Jan．2016第45卷第1期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．45No．1DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2016．O1．004复杂装配体装配关系自动识别方法徐静，董雁(绍兴文理学院元培学院，浙江绍兴312000)摘要：提出了利用三维CAD装配模型低层几何信息提取装配关系的方法。通过装配结构树构造的层次包围盒、子装配体以及零件交包围盒、表面包围盒与多包围盒的联合相交检测等策略，减少包围盒相交检测次数。通过几何条件判断两

2、表面是否贴合、对中和相切。通过验证构成相切装配关系的切点、切线(圆)是否在两表面的区域内，构成贴合装配关系的两表面区域是否重叠，构成对中装配关系的两表面平移对中间隙后区域是否重叠对装配关系进行验证。以AutodeskIn．ventor2012为应用软件，以汽油钻孔机为例验证了方法的有效性。关键词：装配关系；自动识别；复杂装配体中图分类号：91．72文献标志码：A文章编号：2095—509X【2016)01—0021—06装配是将零件在空间有序安装，形成能够完成装配关系，但计算量大，如何提高计算效率是该方特定功能的零件集合。零件与零

3、件、零件与子装配法实用化的关键。体之间的装配关系，是实现装配体检索、结构分析本文利用装配结构树构造的层次包围盒、子装以及装配序列规划的基础⋯。因此有必要研究利配体以及零件交包围盒、表面包围盒与多包围盒的用三维CAD装配模型自动提取装配关系的方法。联合相交检测等策略，减少了包围盒相交检测的次装配关系自动识别方法主要有两类：一类是通数。首先通过表面包围盒是否相交、两平面外法线过三维CAD装配模型的装配约束提取装配关是否平行等对装配关系进行快速过滤，其次通过几系J。虽然这类方法计算量少，但由于现有的装何条件判断两表面是否贴合、对中和相切

4、，最后通配模型着眼于在分层式装配结构中确定零部件的过判断构成相切装配关系的切点、切线(圆)是否几何位置，往往不直接通过联接面定义装配约束，在两表面的区域内，构成贴合装配关系的两表面区而是采用如中心线、基准面、基准点(坐标)等几何域是否重叠，构成对中装配关系的两表面平移对中元素来定义；机械结构中往往存在大量的虚约束，间隙后区域是否重叠对装配关系进行验证。而三维CAD装配模型中一般只定义6个自由度，因此提取的装配关系往往不完备。另一类是利用1装配关系的定义三维CAD装配模型的低层几何信息提取装配关装配体中各零部件通过点、线和面与其他零

5、部系。周江奇等提出利用中性STEP文件构建零件相互联接，这种联接称为装配副，构成装配副的件包围盒，对包围盒相交的两零件，通过计算疑似联接点、线和面称为装配副元素。这样零部件间的连接区域控制点集间最小距离点对，判定两零件是装配关系就可以通过装配副元素的类型以及之问否构成装配关系；蔡伟敏等L4对包围盒相交的两的几何连接关系来定义。由于零部件大多都是通零件提取平面判断集和柱面判断集，根据平面贴过面来联接的，所以本文仅讨论面面联接的情形，合、圆柱面插入约束的几何条件获取可能的配合面且表面类型限定为平面、圆柱面、圆锥面、球面和圆对，将面离散

6、成三角形并求交，排除不重叠的配合环面。对于形状复杂但已标准化、通用化的表面，面对；杨奇彪等提出了两平面接触，圆柱面、圆如渐开齿轮面、螺纹面等，CAD模型一般通过修饰锥面、球面间接触的条件，这类方法可以提取全部其特征表示，然后按简单表面进行装配约束识别。收稿日期：2015—09—21基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275311)作者简介：徐静(1963一)，女，浙江绍兴人，绍兴文理学院副教授，主要研究方向为三维模型检索。·21·2015年第44卷机械设计与制造工程包围盒序列。表面扩展包围盒直接与交包围盒半球面、圆锥面对中的位

7、置和参数关系的判别规则空间求交次数为268743，采用多包围盒联合求交为：球心在轴线上，通过球面与锥面相切的几何判策略后，检测次数降为107053，降幅达60．2％。断确定是否相切，求出切点，以切点和圆锥轴线矢2．3两表面装配关系的几何判断量构造平面并与轴线求交获得圆心，进而构造相切1)表面装配关系的快速过滤。圆。如图3所示的汽油钻孔机，两表面扩展包围盒3)两表面相切的几何判断。相交检测次数为168203次，相交包围盒为7712两表面相切的几何判断主要包括平面圆柱面次，过滤率达到95．4％，可见表面扩展包围盒相交相切、平面球面相切

8、、两圆柱面相切、圆柱面球面相检测对装配关系的快速过滤非常有效。考虑到计切、两球面相切、平面圆锥面相切、圆柱面圆锥面相算平面扩展包围盒需要用到平面外法线单位矢量切和锥面球面相切，详细讨论起来篇幅较大，为此以确定平面包围盒的扩展方向，回转面的轴线矢量这