CN107122517A - 汽车焊装夹具自动装配程序设计方法 - Google Patents

汽车焊装夹具自动装配程序设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及计算机辅助设计领域，公开了一种汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，包括以下步骤：提取零件模型装配特征并标识为装配属性码，规划焊装夹具基础组件中零件模型的装配顺序，对零件模型自由度进行约束推理求解，取得零件模型唯一的空间装配位姿，结合零件模型装配特征，按照夹具精度传递的顺序，进行零件模型自由度的约束操作，借助于软件开发平台，设计零件模型的自动装配程序，包括自制零件模型自动安装模块，标准零件模型自动安装模块，并构建自动装配程序的程序交互界面。本发明汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，提高焊装夹具虚拟装配的操作效率，减少错装和漏装，并提高设计效率，缩短产品研发周期。

Description

汽车焊装夹具自动装配程序设计方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计领域，具体涉及一种汽车焊装夹具自动装配程序设计方法。
背景技术
在汽车制造业中，汽车焊装夹具在汽车焊装线上占有非常重要的地位，其设计制造的速度和质量将直接影响汽车的生产规模、效率和质量。汽车焊装夹具虚拟装配是汽车焊装夹具设计过程中的重要环节，而现在装配关系规划这一工作目前还是利用三维软件所提供的装配功能由操作者手工制定装配约束来实现，这种方法强经验、弱理论，主要是通过设计人员按照自己的设计经验来设计，需要耗费大量的人力和精力，同时也很难对领域知识进行科学有效地继承与重用，使焊装夹具在虚拟装配中操作效率低、容易出错，成为在计算机辅助设计领域内进一步发展面向装配体的辅助设计的瓶颈。
因此需要对焊装夹具自动装配方法进行研究加以改进，以适应汽车行业市场对焊装夹具快速响应的需求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，提高焊装夹具虚拟装配的操作效率，减少错装和漏装，并提高设计效率，缩短产品研发周期。
为实现上述目的，本发明所设计的汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，包括以下步骤：
A.提取零件模型装配特征并标识为装配属性码，规划焊装夹具基础组件中零件模型的装配顺序，对零件模型自由度进行约束推理求解，取得焊装夹具基础组件中零件模型唯一的空间装配位姿，所述零件模型包括自制零件模型和标准零件模型；
B.基于步骤A中零件模型唯一的空间装配位姿，结合零件模型装配特征，按照夹具精度传递的顺序，设计零件模型装配算法，进行零件模型自由度的约束操作；
C.基于步骤B中的约束操作，借助软件开发平台，设计焊装夹具基础组件中零件模型的自动装配程序，包括自制零件模型自动安装模块，标准零件模型自动安装模块；
D.构建步骤C中自动装配程序的程序交互界面，提高焊装夹具装配的智能化水平。
进一步地，所述步骤A中的装配顺序是焊装夹具装配中自上而下的层次装配方式，所述焊装夹具基础组件中的自制零件按照压块、压臂、连接板、定位块的顺序进行装配。
进一步地，所述步骤A中的零件模型自由度是零件模型在虚拟装配环境中所存在的状态，在未对零件模型进行约束时，零件模型具有6个自由度，包括三个平移自由度和三个旋转自由度，进行约束时，每一种约束对零件模型的限制定义为约束度，零件模型的约束度包括平移约束度和旋转约束度，零件模型的剩余自由度等于零件模型的自由度减去所受约束的约束度，常用的几种约束类型对零件模型自由度的限制包括：面面平行约束限制了零件模型1个平移约束度和2个旋转约束度，剩余自由度数为3；线线平行约束限制了零件模型2个平移约束度和2个旋转约束度，剩余的自由度数为2。
进一步地，所述步骤A中的约束推理求解是对每个零件模型进行约束操作，限制零件模型在虚拟装配环境中移动或转动，降低零件模型的剩余自由度，焊装夹具零件模型装配面共面约束的约束条件为约束平面的法线方向相同或相反，平面之间的距离为定值；装配轴线共线约束条件为轴线的法线方向相同或相反，轴线之间距离为定值；所述约束推理求解是对装配特征添加合理约束类型，完全限制零件模型自由度，获得零件模型唯一的装配位姿。
进一步地，所述步骤A中空间装配位姿，由于零件模型形状的不对称，在零件模型之间是唯一性的连接方式。
进一步地，所述步骤B中的夹具精度传递自上而下按照销孔和装配面进行传递，通过保证零件模型之间装配特征的精度进而保证焊装夹具装配体的精度。
进一步地，所述步骤B中的约束操作包括零件模型之间的同轴约束、距离约束和角度约束，基于编程语言VB和三维软件CATIA，通过程序驱动同轴约束，距离约束和角度约束。
进一步地，所述步骤B中的装配算法包括遍历装配属性码、拆解装配属性码和添加装配约束。
进一步地，所述步骤C中自制零件模型自动安装模块包括自制零件查找模块、自动装配模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块，标准零件模型自动安装模块包括销轴安装模块、气缸安装模块、螺栓安装模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明的汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，能够实现在虚拟装配场景中零件模型的自动装配，通过对零件模型推理求解，获得零件模型唯一的空间装配位姿，对较多重复零件模型的装配具有显著的效果，减少了传统装配方法中反复的装配操作，避免零件模型的错装和漏装，提高设计效率。
2、通过设计焊装夹具零件模型自动装配程序的交互界面，提高焊装夹具装配的智能化水平。
3、借助软件开发平台将焊装夹具自动装配进行开发和封装，实现了零件模型的快速和精确装配，有利于提高焊装夹具零件模型的设计效率，缩短产品研发周期。
附图说明
图1为本发明汽车焊装夹具自动装配程序设计方法中焊装夹具装配体模型示意图；
图2为本发明中压臂的结构示意图；
图3为本发明中压块的结构示意图；
图4为本发明中压臂和压块约束推理求解示意图；
图5为本发明中自制零件模型自动装配算法流程示意图；
图6为本发明中标准零件模型自动装配算法流程示意图；
图7为本发明中程序交互界面示意图。
图中各部件标号如下：
压块1、压臂2、连接板3、定位块4、销轴5、气缸6、M8螺栓7、螺栓8、螺栓9、角支座10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的汽车焊装夹具自动装配程序设计方法包括以下步骤：
A.提取零件模型装配特征并标识为装配属性码，规划焊装夹具基础组件中零件模型的装配顺序，对零件模型自由度进行约束推理求解，取得焊装夹具基础组件中零件模型唯一的空间装配位姿；如图1所示，零件模型包括自制零件模型压块1、压臂2、连接板3、定位块4和标准零件模型销轴5、气缸6、M8螺栓7、螺栓8、螺栓9、角支座10，自制零件模型按照压块1、压臂2、连接板3、定位块4的顺序自上而下的进行装配，其中，零件模型压臂2在虚拟装配环境中未装配之前有6个空间自由度，包括三个平移自由度和三个旋转自由度；如图2所示，取得零件模型压臂2装配属性码Axis11、Axis12、Axis21、Axis22、Plane21、Plane11及法线方向n1和n2，对零件模型压臂2和压块1之间的约束推理求解，具体步骤如下：
1)将压块1移动到焊接零件的压紧点处然后添加固定约束，完全限制压块的自由度；
2)对装配属性码Axis21和Axis11添加同轴约束，限制压臂2的4个自由度；
3)对装配属性码Axis22和Axis12添加同轴约束，限制压臂2的5个自由度；
4)对装配属性码Plane21和Plane11添加距离约束，限制压臂2的6个自由度，此时压臂2完全被约束；
5)为了获得压臂2的正确的位姿状态，还要使法线方向n1和n2异向，经过约束推理求解获得压臂2的正确的空间装配位姿。
由于零件模型形状的不对称，在零件模型之间连接的方式具有唯一性；
B.基于步骤A中零件模型唯一的空间装配位姿，结合零件模型装配特征，按照夹具精度传递的顺序，设计零件模型装配算法，进行零件模型自由度的约束操作，其中，如图5所示，自制零件模型自动装配算法步骤如下：
1)遍历装配属性码：遍历先后调入的零件模型装配属性码，规划装配顺序；
2)拆解装配属性码：按照规划的装配顺序，零件模型依次两两装配；
3)添加装配约束：按照装配属性码依次添加相关约束类型。
如图2、图3及图4所示的压臂2和压块1，添加装配约束步骤如下：
a.对装配属性码Axis21和Axis11添加同轴约束：
SetConst1＝oConsts.AddBiEltCst(catCstTypeOn,oAxis21,oAxis11)；
b.对装配属性码Axis22和Axis12添加同轴约束：
SetConst2＝oConsts.AddBiEltCst(catCstTypeOn,oAxis22,oAxis12)；
c.对装配属性码Plane21和Plane11添加距离约束：
SetConst3＝oConsts.AddBiEltCst(catCstTypeDistance,Plane21,Plane11)
Const3.Dimension.Value＝5；
d.法线方向n1和n2异向：
Const3.Orientation＝catCstOrientOpposite；
另外，如图6所示，标准零件模型自动装配算法步骤如下：
1)按照产品模型树顺序依次遍历装配体零件模型装配属性码，依次记录所要装配的特征个数；
2)应用循环算法，给被装配的零件模型添加装配属性码，然后拆解装配属性码，最后添加装配约束；
3)重复步骤2)复制标准零件模型装配实例直至标准零件模型装配完成。
其中，夹具精度传递自上而下按照销孔和装配面进行传递，通过保证零件模型之间装配特征的精度进而保证焊装夹具装配体的精度。
如上，步骤B中的约束操作包括零件模型之间的同轴约束和距离约束，部分实例中，还包括角度约束，基于编程语言VB和三维软件CATIA，通过程序驱动同轴约束，距离约束和角度约束；
C.基于步骤B中的约束操作，借助软件开发平台，设计焊装夹具基础组件中零件模型的自动装配程序，包括自制零件模型自动安装模块，标准零件模型自动安装模块；
其中，自制零件模型自动安装模块包括自制零件查找模块、自动装配模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块，标准零件模型自动安装模块包括销轴安装模块、气缸安装模块、螺栓安装模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块；
D.构建步骤C中自动装配程序的程序交互界面，如图7所示，提高焊装夹具装配的智能化水平。
本发明的汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，能够实现在虚拟装配场景中零件模型的自动装配，减少了传统装配方法中反复的装配操作，避免零件模型的错装和漏装，提高了设计效率，缩短产品研发周期。

Claims (9)

1.一种汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.提取零件模型装配特征并标识为装配属性码，规划焊装夹具基础组件中零件模型的装配顺序，对零件模型自由度进行约束推理求解，取得焊装夹具基础组件中零件模型唯一的空间装配位姿，所述零件模型包括自制零件模型和标准零件模型；
B.基于步骤A中零件模型唯一的空间装配位姿，结合零件模型装配特征，按照夹具精度传递的顺序，设计零件模型装配算法，进行零件模型自由度的约束操作；
C.基于步骤B中的约束操作，借助于软件开发平台，设计焊装夹具基础组件中零件模型的自动装配程序，包括自制零件模型自动安装模块，标准零件模型自动安装模块；
D.构建步骤C中自动装配程序的程序交互界面。
2.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤A中的装配顺序是焊装夹具装配中自上而下的层次装配方式。
3.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤A中的零件模型自由度是零件模型在虚拟装配环境中所存在的状态，在未对零件模型进行约束时，零件模型具有6个自由度，包括三个平移自由度和三个旋转自由度。
4.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤A中的约束推理求解是对每个零件模型进行约束操作，限制零件模型在虚拟装配环境中移动或转动，按照约束平面相同或相反的法线方向进行匹配，取得零件模型唯一的空间装配位姿。
5.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤A中空间装配位姿，在零件模型之间是唯一性的连接方式。
6.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤B中的夹具精度传递自上而下按照销孔和装配面进行传递。
7.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤B中的约束操作包括零件模型之间的同轴约束、距离约束和角度约束，基于编程语言VB和三维软件CATIA，通过程序驱动同轴约束、距离约束和角度约束。
8.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤B中的装配算法包括遍历装配属性码、拆解装配属性码和添加装配约束。
9.根据权利要求1所述汽车焊装夹具自动装配程序设计方法，其特征在于：所述步骤C中自制零件模型自动安装模块包括自制零件查找模块、自动装配模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块，标准零件模型自动安装模块包括销轴安装模块、气缸安装模块、螺栓安装模块、约束符号隐藏模块和零件模型位置索引模块。
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