CN101540118A - 组合件动态仿真装配培训方法 - Google Patents

Abstract

本发明为组合件动态仿真装配培训方法，解决大型机械装置难以进行装配培训问题。包括如下步骤：(1)根据零件在组合件的装配过程中的先后顺序确定零件的序号，(2)以序号为1的零件的特征点为原点建立装配坐标系，(3)建立组合件构成零件的三维模型库，(4)建立组合件构成零件的数据库，数据库包括零件的序号，名称，装配启动时间，零件的特征点在装配坐标系中的位置，(5)根据零件的序号由小到大，调出零件三维模型库的三维模型和零件数据库中的数据，将零件在装配坐标系中定位，组装。

Description

组合件动态仿真装配培训方法

技术领域：

本发明与计算机仿真系统有关。

背景技术：

大型水电机械装置的体积庞大，构成的零部件多，大部分零部件都很笨重，装配关系很复杂，对于工人的组装培训不能在现场以真实的零部件实施，工人缺乏实际操作训练。

目前，可以通过一些通用的商用三维CAD软件实现机械零件的仿真装配，但是在商用软件中进行水电机械装置仿真装配培训不具备可行性和通用性。原因之一，要实现水电机械装置零件的仿真装配必需要求操作人员对各零件结构及零件之间的位置关系和装配关系相当熟悉，而对需要参加培训的人员来说，这一点正是需要他们所提高的技能；其二，在商用三维软件里进行零件的装配，必需要求操作人员要有一定的计算机知识和相关软件的操作能力，因此通用性不高；其三，一般的商用软件零件的装配是一个静态添加的过程，而非动态装入的过程。

发明内容：

本发明的目的是提供一种投资少，成本低廉，操作方便，通用性好，适合普通工人使用，不受场地和设备限制，有动态装配过程，培训效果好的组合件动态仿真装配培训方法。

本发明是这样实现的：

本发明1、组合件动态仿真装配培训方法，包括如下步骤：

(1)根据零件在组合件的装配过程中的先后顺序确定零件的序号，

(2)以序号为1的零件的特征点为原点建立装配坐标系，

(3)建立组合件构成零件的三维模型库，

(4)建立组合件构成零件的数据库，数据库包括零件的序号，名称，装配启动时间，零件的特征点在装配坐标系中的位置，

(5)根据零件的序号由小到大，调出零件三维模型库的三维模型和零件数据库中的数据，将零件在装配坐标系中定位，组装。

步骤(5)中任一零件在装配之前和装配之后有启动和停止步骤。

步骤(5)中的序号为1的零件装配启动时间为定值，两零件前后启动时间之差即为前零件的装配时间，在装配过程中有对装配时间增加或减少步骤，使装配过程延长或缩短。

零件的装配过程中，零件的三维模型在装配时间内自上而下以动态方式进入装配坐标系内与其它零件构成组合件，因此，将零件的装配时间划分为n个部分，在每个部分的装配时间内，改变该零件的特征点在装配坐标系中的Z坐标，使其由大变小，从而产生连续的自上而下装入的动态效果。

本发明的仿真效果好，可动态地在计算机显示屏上显现大型机械装置零件装配成组合件的装配过程，不受场地和设备的限制。可代替现场组装培训过程，通用性好，操作方便，对使用者技术水平要求不高，使工人得到充分和良好的培训。

附图说明：

图1为本发明的装配坐标系。

图2为本发明的装配流程图。

图3为零件的加速或减速装配流程图。

具体实施方式：

本发明的装配培训项目为装配水轮发电机组，水轮发电机组由许许多多零件组成，为了便于说明将水轮机中其中一个重要部分——导水机构部分作为具体实例来阐述动态仿真装配的实现过程。该过程完全适用于整台水轮发电机组，只是装配的零件数目增加而已。

导水机构动态仿真装配的实现过程

1、由装配工艺规程确定导水机构主要零件的装配顺序为：

底环——24个活动导叶——顶盖——24个导筒——24个拐臂——24个副拐臂——24个销钉1(连接副拐臂与连杆)——24个连杆——控制环——24个销钉2(连接连杆与控制环)——24个剪断销——24个分半键

装配工艺规程：指电站安装过程的工艺文件，用于指导水轮发电机组各零件正确装配的规范性文件。

导水机构：水轮机的重要组成部分，也是由底环、活动导叶、顶盖、导筒、拐臂、副拐臂、销钉1、连杆、控制环、销钉2、剪断销、分半键等零件组成的水轮机中的一个部件。

2、以序号为1的零件的特征点为原点建立装配坐标系(x、y、z)。

3、通过通用三维设计软件建立各零件的三维模型，并确定各零件的特征点在装配坐标系中的坐标。

三维模型：物体的三维多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。

通过三维设计软件建立导水机构部件中各零件的三维模型。各零件三维模型在建立之时都有一个坐标系，叫做零件坐标系，其方位如(图1)所示。

零件装配时需先确定序号为1的零件为基准件，其余零件依次序装配起来。在进行零件装配时也有一个坐标系叫做装配坐标系，该装配坐标系与确定为基准件的零件坐标系相同。

在导水机构部件的装配中，本发明以导水机构部件最下面的一个零件即底环为基准件。在底环三维零件建模时，以底环靠下端面一侧的外圆中心为特征点，定点为装配坐标系坐标原点。

利用三维设计软件里面零件装配命令将导水机构部件里各零件装配起来，构成导水机构。利用软件的输出命令，将导水机构以.wrl的文件格式输出，再利用记事本将输出的.wrl文件打开，在该文件中就有以在装配坐标系中的(x，y，z)坐标形式存放的各零件特征点的位置，该位置均以相对于装配坐标系原点的形式表示。通过人工读取的方式确定出各零件在部件中的位置坐标，即各零件(x，y，z)坐标。

各零件特征点：是指在零件建模时最先生成或具有一定意义的点。该点因各软件操作者习惯不同而不同。如正方体的特征点可能是某个顶点，也可能是正方体的中心，还可能是偏离正方体外的某点，等等，这与正方体的三维建模的方法有关。但此特征点在进行零件装配时一个零件仅有一个，而且只要零件装配到位后，该特征点的位置就表征了该零件在装配体中的正确位置。

4、建立零件数据库

数据库的内容如下表所示：

序号	零件名称	零件启动时间	用(x，y，z)坐标表示零件位置	该零件所属部件
					1	底环	T1	(0，0，0)	导水机构

2	活动导叶1	T2	(2924.76，385.05，0.5)	导水机构
					…	…	…	…	导水机构
n	…	Tn	…	导水机构

为了使得零件之间装配位置关系正确，首先使得底环靠下端面一侧的外圆中心为装配坐标系的坐标原点。由活动导叶1的(x，y，z)坐标与坐标原点的相对位置可确定出活动导叶1与底环的位置关系，从而将活动导叶1与底环装配起来。其余零件的装配原理类似。

底环：实际导水机构里最下面的一个零件，基本形状为一圆环件，圆环上均匀布置了24个导叶轴孔用于活动导叶的装配。

5、导水机构动态仿真装配的实现流程图

说明：本发明中添加了

和

的人机交互控制过程。可以实现在装配过程中随时的启动和停止装配的操作。对于零件与零件之间的装配间隔时间，可以随时在发明运行过程中进行调整，实现加速和减速装配的过程。

在本发明软件界面中有三个进行人机交互的控制按钮：

4.1当按下

按钮次数为奇数次时，流程图中执行启动程序，当按下

按钮为偶数次时，执行停止程序。

当按下第一次按钮时，即触发了流程图中的启动程序，由T₁＝T₀+L，调用零件数据库得知，启动时间T₁对应的零件为底环，即经过L秒钟后，底环被添加在装配体中，这时如果没有第二次按下

按钮，则继续执行T₂＝T₁+L，经过L秒钟后，活动导叶1被添加在装配体中；其余零件添加过程相同。

如果装配过程中按下

按钮(按下总次数为二次)，则执行停止程序，并记录下当前启动时间，第三次按下按钮时，则从停止的位置继续装配零件。如：在m+1个零件装配过程中按下

按钮，则执行停止程序，并记录当前停止的位置，使i＝m+1，当第三次(奇数次)按下

按钮时，则执行T_m+2＝T_m+1+L，即从第m+2个零件继续装配，直到操作者再次(偶数次)按下

按钮，程序停止；或者当i＝n-1时，程序执行完毕。

4.2各零件启动时间的关系式为T_i+1＝T_i+L，即两个零件的装配间隔时间为L秒，一般可以L＝1。对于如24个完全相同的活动导叶的装配过程，可以从活动导叶2开始缩短装配的间隔时间。如果装配过程中按下

按钮，系统将缩短装配零件之间的时间间隔，按一次按钮时间缩短为原来时间的90％，按两次按钮缩短为0.9²，如果按下N次加速按钮，则两零件的时间间隔为原设定值的0.9^N，(如图3所示)；实现方法如下：

4.3如果装配过程中按下

按钮，系统则增加装配零件之间的时间间隔，按一次按钮时间增加为原来时间的111％，按两次按钮缩短为1.11²，如果按下N次加速按钮，则两零件的时间间隔为原设定值的1.11^N，(如图3所示)。

4.4动态添加零件的实现

动态装配效果：零件在装配时，不是瞬时出现在装配体中，而是每个零件在L秒的时间内以自上而下以动态的方式调入装配体中。

以活动导叶1装配过程为例：

(1)将时间L秒10等分，则每一个时间步长为0.1L秒。

(2)将活动导叶1的Z坐标值，由原来的0.5改变为(0.5+2000)，使其在刚调入活动导叶1时，其坐标为(2924.76，385.05，2000.5)，经过一个时间步长0.1L，Z坐标变为1800.5，再经过一个时间步长，Z坐标变为1600.5，…，最后经过L秒后活动导叶1的Z坐标由(0.5+2000)变化为0.5，则被添加的活动导叶1就会产生连续的自上而下装入的动态效果。

时间步长：将每个零件的装配时间L分成若干个时间间隔，称为时间步长。

Claims (4)

1、组合件动态仿真装配培训方法，包括如下步骤：

(1)根据零件在组合件的装配过程中的先后顺序确定零件的序号，

(2)以序号为1的零件的特征点为原点建立装配坐标系，

(3)建立组合件构成零件的三维模型库，

(4)建立组合件构成零件的数据库，数据库包括零件的序号，名称，装配启动时间，零件的特征点在装配坐标系中的位置，

(5)根据零件的序号由小到大，调出零件三维模型库的三维模型和零件数据库中的数据，将零件在装配坐标系中定位，组装。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(5)中任一零件在装配之前和装配之后有启动和停止步骤。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)中的序号为1的零件装配启动时间为定值，两零件前后启动时间之差即为前零件的装配时间，在装配过程中有对装配时间增加或减少步骤，使装配过程缩短或延长。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于零件的装配过程中，零件的三维模型在装配时间内自上而下以动态方式进入装配坐标系内与其它零件构成组合件，因此，将零件的装配时间划分为n个部分，在每个部分的装配时间内，改变该零件的特征点在装配坐标系中的Z坐标，使其由大变小，从而产生连续的自上而下装入的动态效果。

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