[發(fā)明專利]基于CAD與實(shí)測數(shù)據(jù)共融模型的虛擬裝配系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109145471B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鮑勁松;李志強(qiáng);殷士勇
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T19/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發(fā)明提供了一種基于CAD與實(shí)測數(shù)據(jù)共融模型的虛擬裝配系統(tǒng)及方法，將裝配體理論集成信息樹模型和裝配體本質(zhì)化點(diǎn)云模型通過實(shí)例化整合到同一空間域后進(jìn)一步共融集成，得到裝配要素信息共融模型。裝配體理論集成信息樹模型為理想CAD模型中的零部件級信息集、裝配級信息集，以及相應(yīng)零部件的理想裝配關(guān)系信息集，三者集成的集成信息樹模型；裝配體本質(zhì)化點(diǎn)云模型為對三維測量獲取的產(chǎn)品點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后得到的本質(zhì)化點(diǎn)云模型。本發(fā)明通過對理想CAD模型與實(shí)測模型的共融優(yōu)化，得到集成了兩模型有效信息的共融模型，在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的虛擬裝配操作，可獲取直接指導(dǎo)實(shí)際裝配工作的信息，裝配精度和可靠性均得到提升，適于大范圍推廣使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的虛擬裝配系統(tǒng)，尤其涉及一種基于理想CAD模型與實(shí)測數(shù)據(jù)模型的信息共融模型的高精度虛擬裝配系統(tǒng)。

背景技術(shù)

虛擬制造技術(shù)是智能制造技術(shù)的重要組成模塊之一，而在虛擬制造過程中的虛擬裝配技術(shù)同樣是關(guān)鍵部分。虛擬裝配主要指：在沒有建立結(jié)構(gòu)件物理模型、或在進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)際物理模型裝配工作之前，利用計算機(jī)及相關(guān)人機(jī)交互設(shè)備(操作設(shè)備、可視化裝備等)，在純虛擬CAD環(huán)境中構(gòu)建各裝配要素、模擬零部件等進(jìn)行裝配操作，并借此模擬裝配經(jīng)驗、知識為物理模型的裝配進(jìn)行輔助指導(dǎo)。

然而，就目前國外內(nèi)研究整體進(jìn)展看，虛擬裝配相對于其余虛擬制造的環(huán)節(jié)而言，較為薄弱，尤其在針對大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件裝配時，虛擬裝配輔助效果并不理想，主要原因有：

(1)產(chǎn)品的實(shí)際物理模型，在其生產(chǎn)制造過程各個環(huán)節(jié)中，都極易產(chǎn)生不可避免的制造精度誤差，包括尺寸精度誤差、形狀誤差、位置誤差等等，難以與理想CAD模型保持一致，這使得虛擬裝配工作的經(jīng)驗等指導(dǎo)信息價值縮減。

(2)裝配體各裝配要素大概率由不同制造工藝組成，然而在裝配時，幾乎不考慮工藝特點(diǎn)導(dǎo)致的在裝配環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的變化，以及所述變化帶來的影響(如表面形變)。

隨著三維測量、反求工程及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步，一定程度上彌補(bǔ)了上述傳統(tǒng)虛擬裝配技術(shù)的不足：通過對實(shí)際物理模型的三維測量，獲取實(shí)測模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理等操作后獲取近似實(shí)物模型。這種基于實(shí)物數(shù)據(jù)模型的虛擬裝配，對于實(shí)際裝配過程有著更好的指導(dǎo)作用。然而其在幾何關(guān)聯(lián)、拓?fù)潢P(guān)系、工藝信息等方面的缺失，同樣是制約著虛擬裝配精度和可靠性的重要影響因素。

本發(fā)明提出一種基于理想CAD模型和物理模型實(shí)測數(shù)據(jù)的信息共融模型，通過結(jié)合CAD模型的幾何拓?fù)?、工藝屬性信息和?shí)測的數(shù)據(jù)模型近實(shí)物性的數(shù)字化點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立集成了兩模型有效信息的產(chǎn)品裝配要素共融模型，形成面向?qū)嶋H應(yīng)用的高精度虛擬裝配系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提高現(xiàn)有大型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品虛擬裝配技術(shù)的精度，以滿足實(shí)際裝配應(yīng)用要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于CAD與實(shí)測數(shù)據(jù)共融模型的虛擬裝配系統(tǒng)，其特征在于：包括裝配體理論集成信息樹模型M₁和裝配體本質(zhì)化點(diǎn)云模型M₂，將裝配體理論集成信息樹模型M₁和裝配體本質(zhì)化點(diǎn)云模型M₂通過實(shí)例化整合到同一空間域后，進(jìn)一步共融集成，得到裝配要素信息共融模型M₀；

所述裝配體理論集成信息樹模型M₁為：理想CAD模型中的零部件級信息集、裝配級信息集，以及相應(yīng)零部件的理想裝配關(guān)系信息集，三者集成的集成信息樹模型，由產(chǎn)品制造信息PMI框架描述；

所述裝配體本質(zhì)化點(diǎn)云模型M₂為：對三維測量獲取的產(chǎn)品點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)后得到的本質(zhì)化點(diǎn)云模型。

優(yōu)選地，所述裝配體理論集成信息樹模型M₁中的理想裝配關(guān)系，包括裝配要素間的幾何屬性裝配關(guān)系以及非幾何屬性裝配關(guān)系。