CN109872385B - 一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法 - Google Patents

一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，对需要爆炸的产品或部组件进行分层，确定每层所要爆炸的零部件；将每层所要爆炸的零部件进行分组，每组的零部件相同或同类型，且拆卸方向一致；对于每层分组后的零部件进行试爆炸，确定零部件的可行试爆炸方向，从而确定该层零部件的爆炸顺序和爆炸方向，并按一定的距离进行分层爆炸；所有的零部件完成爆炸后，生成零部件的球栏及明细栏。本发明设计简便，通过事先对零部件爆炸顺序进行分层、对每层爆炸零部件进行分组，通过装配约束和碰撞检测确定试爆炸方向，减少试爆炸次数，提高爆炸效率，本发明爆炸效果好，能够满足产品运维阶段中产品使用、培训手册对爆炸图的需求。

Description

一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法
技术领域
本发明涉及一种三维软件的装配体的爆炸图生成方法，尤其涉及的是一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法。
背景技术
航空、航天、船舶、汽车、工程机械、轨道交通等大型产品零部件结构越复杂，精度要求比较高，且零部件繁多，为了揭示和分析其内部结构，设计人员通常通过爆炸图将装配体中的零部件按照顺序、方向和距离进行分解来表达零部件的相对空间位置关系。与剖视图、透视图相比，爆炸图可清晰展示复杂装配体中零部件及其之间的装配约束关系，甚至装配序列和装配路径。爆炸图已应用于设计、工艺、制造、使用、维护维修等产品生命周期的各个阶段，如产品设计阶段的用于表达设计结果的爆炸图，工艺设计阶段用于装配序列规划的爆炸图，产品使用阶段用于展示产品性能的三维交互式电子手册，维护维修阶段用于表达产品拆卸演示动画的爆炸图等。
国内外研究人员对爆炸图自动生成方法进行了大量的研究。BRUNO等利用投影的方法可以大概确定模型的爆炸方向，从而自动生成爆炸图；MOTOMASA等利用模型的装配手册并通过指定模型的爆炸方向和爆炸距离的方式生成爆炸图，但是无法实现爆炸图的自动生成；Carrea等利用模型分层的方式将模型不断的剥开来显示模型的内部细节；Bruckner等利用力学原理对模型进行拆分，可以部分实现自动爆炸。国内东北大学于嘉鹏等提出了基于递归循环的层次化爆炸图自动生成算法，该算法循环对层次化装配序列进行深度优先搜索，实时计算已爆炸零部件的累积包围盒，从而确定待爆炸零件位移矢量，自动生成间隔均匀有序、结构紧凑且空间层次感强的爆炸图。于嘉鹏、王成恩等提出了利用装配序列规划算法及零部件几何信息自动生成复杂产品爆炸图的方法，并基于UG NX平台开发了面向复杂产品的数字化装配序列规划系统对算法进行了验证。邢宇飞等提出了一种局部爆炸图自动生成方法，为降低计算复杂度，利用蚁群算法求解零件的爆炸顺序。解放军理工大学的赵鸿飞等使用同步约束解除的方法生成了爆炸图。以上研究推动了爆炸图自动生成技术发展，部分研究成果在工程中得到了应用。
当前，大部分商品化三维CAD系统都有自动爆炸功能，如达索公司的CATIA、西门子的UG NX和PTC的Creo等，但商品化三维CAD系统自动爆炸功能存在爆炸不完全、位置不合理、不能再次调整等问题，不能很好地满足工程应用中的效率和准确性要求。如CATIA提供的自动爆炸工具，生成的爆炸图不尽人意，爆炸后模型比较杂乱，而且爆炸之后难以调整爆炸距离，调整单个模型的爆炸状态也比较困难，导致自动爆炸工具利用价值不高，不能很好地满足产品生命周期各阶段对爆炸图的应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，如何减少试爆炸次数以提高爆炸效率，提供了一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)零部件爆炸顺序分层
对需要爆炸的产品或部组件进行分层，确定每层所要爆炸的零部件；
(2)每层爆炸零部件分组
将每层所要爆炸的零部件进行分组，每组的零部件相同或同类型，且拆卸方向一致；
(3)每层零部件试爆炸
对于每层分组后的零部件进行试爆炸，确定零部件的可行试爆炸方向，从而确定该层零部件的爆炸顺序和爆炸方向，并按一定的距离进行分层爆炸；
所述试爆炸的方法为：构建装配约束特征库，根据该零部件的装配约束特征确定试爆炸方向，并将该零部件沿着试爆炸方向移动微小距离，然后检查移动后的模型与其他模型是否发生干涉，如果没有发生干涉，说明在当前状态下该零部件在该方向上是可以爆炸的，将该方向记录为模型的可爆炸方向，否则当前状态下该零部件在该方向上不可爆炸；
(4)球标标注及明细栏生成
所有的零部件完成爆炸后，生成零部件的球栏及明细栏。
所述步骤(1)中，爆炸分层的确定方法如下：从三维装配工艺设计系统当中获取所要爆炸的产品或部组件的装配工艺信息，获取每道装配工序所要装配的零部件，每道工序为爆炸分层的一层，该道工序的配套零部件即为该爆炸层所要爆炸的零部件。
所述步骤(3)中，零部件的装配约束特征库的构建方法如下：通过分析机械产品零部件的装配约束，并对装配约束进行分类，定义每种装配约束的试爆炸方向，形成装配约束特征库，如对于面贴合约束，试爆炸方向为平面的法线方向，而对于同轴约束，试爆炸方向为轴线方向。
所述步骤(3)中，若试爆炸零部件存在可爆炸的试爆炸方向，则将所有试爆炸方向保存，若试爆炸零部件当前不存在可行的试爆炸方向，那么说明该零部件在当前状态下不可爆炸，待该层所有零部件试爆炸完成后，继续试爆炸上一轮试爆炸时不存在可行试爆炸方向的零部件。
所述步骤(3)中，每层试爆炸零部件爆炸顺序的确定方法如下：由试爆炸的轮数决定，第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于不存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，即第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于第二轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，以此类推。
在每层每一轮试爆炸完成后，将该轮存在可行试爆炸方向的零部件沿着其可行爆炸方向移动一定的爆炸距离以防止对该层下一轮零部件试爆炸结果产生影响。
如果在某个方向上产生了新的可以爆炸的模型，将该方向上之前已经爆炸的模型全部再移动一定的爆炸距离，从而使得爆炸零部件具有层次性。
所述步骤(3)中，零部件爆炸方向的确定方法如下：如果存在一个可行爆炸方向，则以该爆炸方向爆炸；如果某一零部件存在多个可爆炸方向，则选取该层多数零部件遵循的爆炸方向为该零部件的爆炸方向。
所述步骤(3)中，爆炸距离explDis根据产品或零部件装配体包围盒尺寸计算得出：
Figure BDA0001945018730000031
其中，L、W、H分别为产品或零部件装配体包围盒尺寸的长、宽、高，Ldir为爆炸方向上产品或零部件装配体包围盒尺寸的最大值，若爆炸方向为X向，则Ldir＝L，若爆炸方向为Y向，则Ldir＝W，若爆炸方向为Z向，则Ldir＝H。
所述步骤(4)中，生成的球标及明细表具有双向关联功能，当选中球标时对应明细栏某行及零部件三维模型高亮显示，当选中某一行明细栏时，对应的球标及零部件三维模型高亮显示。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明面向产品生命周期的运维服务阶段，提出了一种基于微位移和碰撞检测的层次化爆炸图自动生成方法，与商品化CAD系统爆炸图功能相比，本发明设计简便，通过事先对零部件爆炸顺序进行分层、对每层爆炸零部件进行分组，通过装配约束和碰撞检测确定试爆炸方向，从而有效减少试爆炸次数，进而提高爆炸效率，同时本发明爆炸效果好，能够满足产品运维阶段中产品使用、培训手册对爆炸图的需求。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明待爆炸的装配体示意图；
图3是本发明零部件爆炸顺序分层示意图；
图4是本发明每层爆炸零部件分组示意图；
图5是本发明零部件试爆炸示意图；
图6是本发明每层试爆炸零部件爆炸顺序示意图；
图7是本发明装配体爆炸结果示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
(1)零部件爆炸顺序分层
为减少后续试爆炸次数，提高自动爆炸效率，首先从三维装配工艺设计系统当中获取所要爆炸的产品或部组件的装配工艺信息，获取每道装配工序所要装配的零部件，对所要爆炸的产品或部组件进行分层，确定每层所要爆炸的零部件。确定方法如下：每道工序为爆炸分层的一层，该道工序的配套零部件即为该爆炸层所要爆炸的零部件。如图2所示为待爆炸的某装配体，根据其装配工艺将零部件顺序爆炸分层分为两层，如图3所示。
(2)每层爆炸零部件分组
为了提高爆炸效率和爆炸效果，按照相同零部件或同类型零部件，且这些零部件的拆卸方向一致，对每层的所要爆炸的零部件进行分组，如紧固某一零件需要6个轴线一致的螺纹连接，则将6个螺母分为一组、6个垫圈分为一组、6个螺栓分为一组。如图4所示为将3个螺钉分为一组。
(3)每层零部件试爆炸，确定每层零部件爆炸顺序、爆炸方向和爆炸距离
零部件爆炸顺序分层及每层爆炸零部件分组完成后，针对每一层零部件，对该层所有分组后的零部件进行试爆炸，确定零部件的可行试爆炸方向，以确定该层零部件的爆炸顺序和爆炸方向，并按照一定的距离进行分层爆炸。
通过分析机械产品零部件的装配约束，并对装配约束进行分类，定义每种装配约束的试爆炸方向，形成装配约束特征库，如对于面贴合约束，试爆炸方向为平面的法线方向，而对于同轴约束，试爆炸方向为轴线方向。在此基础上，根据该零部件的装配约束特征确定试爆炸方向，并将该零部件沿着试爆炸方向移动微小距离，然后检查移动后的模型与其他模型是否发生干涉，如果没有发生干涉，说明在当前状态下该零部件在该方向上是可以爆炸的，将该方向记录为模型的可爆炸方向，否则当前状态下该零部件在该方向上不可爆炸，如图5所示为一个螺钉，该螺钉和孔具有同轴约束，因此试爆炸方向为轴线Z+和Z-两个方向，将螺钉沿着Z+微移，并进行干涉检查，该方向不干涉为螺钉的可爆炸方向，将螺钉沿着Z-微移，产生干涉，该方向不可爆炸。若试爆炸零部件存在可爆炸的试爆炸方向，则将所有试爆炸方向保存，若试爆炸零部件当前不存在可行的试爆炸方向，那么说明该零部件在当前状态下不可爆炸，待该层所有零部件试爆炸完成后，继续试爆炸上一轮试爆炸时不存在可行试爆炸方向的零部件。
每层试爆炸零部件爆炸顺序的确定方法如下：由试爆炸的轮数决定，第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于不存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，即第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于第二轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，以此类推。在每层每一轮试爆炸完成后，为了防止对该层下一轮零部件试爆炸结果产生影响，将该轮存在可行试爆炸方向的零部件沿着其可行爆炸方向移动一定的爆炸距离。为了防止新爆炸的模型与之前爆炸的模型发生接触，如果在某个方向上产生了新的可以爆炸的模型，将该方向上之前已经爆炸的模型全部再移动一定的爆炸距离，这样模型就可以按照一定的层次产生爆炸。如图6所示为第一层试爆炸零件的爆炸顺序确定，第一轮先爆炸螺钉和油塞，第二轮爆炸垫圈，第三轮爆炸端盖。
零部件爆炸方向的确定方法如下：如果存在一个可行爆炸方向，则以该爆炸方向爆炸；如果某一零部件存在多个可爆炸方向，则选取该层多数零部件遵循的爆炸方向为该零部件的爆炸方向。
零部件的爆炸距离确定方法如下：爆炸距离根据产品或零部件装配体包围盒尺寸计算得出，计算公式如下：
Figure BDA0001945018730000051
其中，L、W、H分别为产品或零部件装配体包围盒尺寸的长、宽、高，Ldir为爆炸方向上产品或零部件装配体包围盒尺寸的最大值，若爆炸方向为X向，则Ldir＝L，若爆炸方向为Y向，则Ldir＝W，若爆炸方向为Z向，则Ldir＝H，explDis为计算得出的爆炸距离。
如图7所示为本实施例爆炸结果示意图。
(4)球标标注及明细栏生成
待所有零部件爆炸完成后，生成零部件的球标及明细栏。生成的球标及明细表具有双向关联功能，当选中球标时对应明细栏某行及零部件三维模型高亮显示，当选中某一行明细栏时，对应的球标及零部件三维模型高亮显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)零部件爆炸顺序分层
对需要爆炸的产品或部组件进行分层，确定每层所要爆炸的零部件；
(2)每层爆炸零部件分组
将每层所要爆炸的零部件进行分组，每组的零部件相同或同类型，且拆卸方向一致；
(3)每层零部件试爆炸
对于每层分组后的零部件进行试爆炸，确定零部件的可行试爆炸方向，从而确定该层零部件的爆炸顺序和爆炸方向，并按一定的距离进行分层爆炸；
所述试爆炸的方法为：构建装配约束特征库，根据该零部件的装配约束特征确定试爆炸方向，并将该零部件沿着试爆炸方向移动微小距离，然后检查移动后的模型与其他模型是否发生干涉，如果没有发生干涉，说明在当前状态下该零部件在该方向上是能够爆炸的，将该方向记录为模型的可爆炸方向，否则当前状态下该零部件在该方向上不可爆炸；
(4)球标标注及明细栏生成
所有的零部件完成爆炸后，生成零部件的球栏及明细栏；
所述步骤(3)中，每层试爆炸零部件爆炸顺序的确定方法如下：由试爆炸的轮数决定，第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于不存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，即第一轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件先于第二轮试爆炸中存在可行试爆炸方向的零部件爆炸，以此类推；在每层每一轮试爆炸完成后，将该轮存在可行试爆炸方向的零部件沿着其可行爆炸方向移动一定的爆炸距离以防止对该层下一轮零部件试爆炸结果产生影响。
2.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，爆炸分层的确定方法如下：从三维装配工艺设计系统当中获取所要爆炸的产品或部组件的装配工艺信息，获取每道装配工序所要装配的零部件，每道工序为爆炸分层的一层，该道工序的配套零部件即为该爆炸层所要爆炸的零部件。
3.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，零部件的装配约束特征库的构建方法如下：通过分析机械产品零部件的装配约束，并对装配约束进行分类，定义每种装配约束的试爆炸方向，形成装配约束特征库。
4.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，若试爆炸零部件存在可爆炸的试爆炸方向，则将所有试爆炸方向保存，若试爆炸零部件当前不存在可行的试爆炸方向，那么说明该零部件在当前状态下不可爆炸，待该层所有零部件试爆炸完成后，继续试爆炸上一轮试爆炸时不存在可行试爆炸方向的零部件。
5.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，在某个方向上产生了新的可以爆炸的模型，将该方向上之前已经爆炸的模型全部再移动一定的爆炸距离，从而使得爆炸零部件具有层次性。
6.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，零部件爆炸方向的确定方法如下：如果存在一个可行爆炸方向，则以该爆炸方向爆炸；如果某一零部件存在多个可爆炸方向，则选取该层多数零部件遵循的爆炸方向为该零部件的爆炸方向。
7.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，爆炸距离explDis根据产品或零部件装配体包围盒尺寸计算得出：
Figure FDA0002776291510000021
其中，L、W、H分别为产品或零部件装配体包围盒尺寸的长、宽、高，Ldir为爆炸方向上产品或零部件装配体包围盒尺寸的最大值，若爆炸方向为X向，则Ldir＝L，若爆炸方向为Y向，则Ldir＝W，若爆炸方向为Z向，则Ldir＝H。
8.根据权利要求1所述的一种基于装配约束和碰撞检测的分层爆炸图自动生成方法，其特征在于，所述步骤(4)中，生成的球标及明细表具有双向关联功能，当选中球标时对应明细栏某行及零部件三维模型高亮显示，当选中某一行明细栏时，对应的球标及零部件三维模型高亮显示。
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