[發明專利]基于蒙皮模型的精確裝配仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202010717471.X
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111832185A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 馬嵩華;宋凱樂
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提供了一種基于蒙皮模型的精確裝配仿真方法及系統，為了在裝配仿真中結合工件的幾何公差，根據形狀，位置和方向公差生成零件的蒙皮模型，并識別出零件蒙皮模型的配合面和載荷邊界條件；在幾何公差方面，采用二次優化方法對基于SMS的多體裝配進行建模，并確定配合面的相對位置，接觸點承受額外的載荷并進一步變形，隨后，由于接觸變形，零件的相對定位將進一步移動；如果生成了新的接觸點，則將使用變形的SMS和降低的負載開始二次優化的另一迭代；平衡所有負載后，迭代停止，零件全部組裝好，實現了多個零件的精確裝配仿真；同時通過多次重復上述裝配仿真模擬，能夠根據得到的裝配偏差進行有效的公差分析。

技術領域

本公開屬于裝配仿真技術領域，尤其涉及一種基于蒙皮模型的精確裝配仿 真方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在 先技術。

關于制造誤差和測量不確定性，每個制造的工件上不可避免存在幾何公差。 為了確保在這些的基礎上，大規模裝配中仍具有零件互換性，定義了幾何公差 的概念，從裝配的角度指定幾何公差的限制，此外，人工制品的功能要求取決 于公差累積的影響；因此，建立合理準確的公差是一項至關重要的任務，它可 以確保制造過程的功能和質量，同時優化生產成本并尊重制造工具；幾何尺寸 和公差(GDT)方案應在早期設計過程中實施，其目的是通過定義制造的幾何 缺陷的局限性，確保在與公差相關的制造和檢驗成本方面確保足夠的產品質量。

發明人發現，在大多數商用計算機輔助公差(CAT)系統中，幾何公差是通 過轉換理想曲面產生的，它缺乏對幾何公差的機理和形式的理解，因此與國際 公差標準(即GDT和ISO幾何產品規范(GPS)標準)不一致；另外，這種近 似不能滿足精確預測裝配公差的需求，特別是對于高精度裝配；并且不足以覆 蓋整個產品生命周期中的幾何公差；裝配仿真是產品設計過程中最重要的問題 之一，是公差分析的基礎；在設計過程中，由形狀缺陷引起的這些公差可分為 形狀公差、方向公差和位置公差；為了提高公差分析和綜合的精度，必須考慮 上述因素并將其綜合到裝配仿真建模中；發明人發現，現有的裝配仿真方法忽略了幾何公差和接觸變形的綜合影響，由于在制造過程中會產生幾何公差，在 組裝過程中會產生接觸變形，這兩者都會影響組裝質量；在組裝過程中，兩者 相互影響并影響最終組裝質量。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提供一種基于蒙皮模型的精確裝配仿真方法及 系統，通過考慮接觸變形和幾何公差對工件裝配的影響，利用基于蒙皮模型的 方法，有效提高了裝配仿真的精度，同時，根據裝配仿真結果進行公差分析， 獲得合理的幾何公差，對工件生產的幾何公差提供指導，有效避免工件組裝過 程中產生的接觸變形，提高了裝配質量。

根據本公開實施例的第一個方面，提供了一種基于蒙皮模型的精確裝配仿 真方法，包括：

采集待裝配工件的結構參數；

基于待裝配工件的結構參數以及幾何公差生成其蒙皮模型；

定義待裝配工件蒙皮模型的配合面和載荷邊界條件；

將待裝配工件蒙皮模型的裝配等效為所述配合面位移和反作用力的計算， 并定義所述配合面之間距離目標函數及其約束條件；

對所述目標函數進行迭代計算，使配合面間的距離最小，獲得裝配仿真結 果。

根據本公開實施例的第二個方面，提供了一種基于蒙皮模型的精確裝配仿 真系統，包括：

模型構建模塊，其用于采集待裝配工件的結構參數；基于待裝配工件的結 構參數以及幾何公差生成其蒙皮模型；定義待裝配工件蒙皮模型的配合面和載 荷邊界條件；

目標函數構建模塊，其用于將待裝配工件蒙皮模型的裝配等效為所述配合 面位移和反作用力的計算，并定義所述配合面之間距離目標函數及其約束條件；