CN110489937A - 一种焊接工装夹具的夹持仿真方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种焊接工装夹具的夹持仿真方法、装置及设备，设计焊接数值模拟技术领域，方法包括以下步骤：读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。本发明提高了模拟精度和效率，可以更加科学、准确地再现焊接过程中工装夹具的动态变化过程。
Description
技术领域
本发明涉及焊接数值模拟技术领域，具体而言，涉及一种焊接工装夹具的夹持仿真方法、装置及设备。
背景技术
焊接数值模拟技术的发展随着焊接实践经验的积累，计算机技术的发展而不断进步。焊接工艺的仿真，可以优化改进焊接结构和工艺的设计，提高焊接产品服役性能。焊接数值模拟技术就是利用数值模拟方法和计算机可视化技术在工艺仿真软件中再现焊接工艺生产的物理过程，对其进行仿真和分析。
焊接工艺全流程的夹具动态变化的物理过程再现，就是焊接数值模拟仿真技术中很重要的一方面。以往的考虑夹具的焊接数值模拟技术将夹具简化为一定区域的固定约束边界，或者简化为固定夹具，与实际的焊接生产线的夹具群变化过程有非常大的区别。这种简化难以被实际工程人员理解且不能满足焊接工艺全流程仿真对于夹具这一重要因素的需求。因此，对于焊接生产线的制造过程，在焊接数值模拟中亟待进行虚拟数字夹具设计，完整而简洁的再现焊接工装夹具的动态变化过程，进而实现焊接工艺全流程的高精高效数值模拟。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种焊接工装夹具的夹持仿真方法、装置及设备，以改善现有技术中夹具简化设置无法满足实际仿真需求的问题。
本发明实施例提供了一种焊接工装夹具的夹持仿真方法，包括以下步骤：
读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；
计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；
根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
优选的，所述动态夹具文件的来源包括：
本地导入或经用户自定义设置后生成，其中，所述动态夹具文件支持“.stl”、“.inp”或“.stp”格式。
优选的，计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别，具体包括：
读取所述夹具模型的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别；
获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向；
计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
优选的，所述边界条件包括以下至少之一：
对称边界条件、反对称边界条件、铰接或完全固定。
优选的，所述必要节点包括：
夹具的外部轮廓形状、夹具位置、连接件或定位块。
优选的，所述夹持参数包括以下至少之一：
夹具形式、夹具个数、夹持力大小、夹具的释放或夹具的切换。
优选的，还包括：
通过甘特图对所述焊接工装夹具的设计过程进行整体直观的分析。
本发明实施例还提供了一种焊接工装夹具的设计装置，包括：
夹具模型生成单元，用于读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；
定位识别单元，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；
仿真单元，用于根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
优选的，所述定位识别单元，具体包括：
识别模块，用于读取所述夹具模型的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别；
参数获取模块，用于获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向；
定位模块，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
本发明实施例还提供了一种焊接工装夹具的夹持仿真设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的焊接工装夹具的夹持仿真设备。
本发明通过支持读取多种形式的动态夹具文件，扩大了夹具文件的可适用范围，简化了中间操作。通过计算夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离进行夹具模型的定位识别，减少了中间的计算时间，体现了焊接数值模拟方法的科学性。通过设定多种夹持参数进行仿真提高了算法精度，可以更加科学、准确地再现焊接过程中工装夹具的动态变化过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的焊接工装夹具的夹持仿真方法的流程示意图。
图2为本发明第一实施例中边界识别结果的可视化示意图。
图3为图2中A处的放大示意图。
图4为图2中B处的放大示意图。
图5为图2中C处的放大示意图。
图6为本发明第一实施例中夹具模型夹持焊件模型的示意图。
图7为本发明第一实施例中定位原理示意图。
图8为本发明第一实施例中的甘特图。
图9为本发明第二实施例提供的焊接工装夹具的夹持仿真装置的结构示意图。
图标：01/02/03-接触点；1-焊件模型；2-导轨；3-夹具模型；4-接触边界单元；5-最小距离；6-节点坐标；201-夹具模型生成单元；202-定位识别单元；203-仿真单元；204-可视化分析单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
如图1所示，本发明第一实施例提供了一种焊接工装夹具的夹持仿真方法，可由焊接工装夹具的夹持仿真设备来执行，具体的，可由该设备内一个或多个处理器来执行，至少包括以下步骤：
S101，读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分。
在本实施例中，焊件一般处于夹持状态下焊接，在焊接数值模拟时，夹具的夹持作用会对焊件的应力应变仿真结果产生重要的影响，因此，除了需要获取焊件模型中的焊件或焊缝的结构尺寸、接头形式、焊接工艺参数外，还需要获取夹具模型，以提高模拟精度。
其中，所述动态夹具文件支持“.stl”、“.inp”或“.stp”格式，从而扩大了可识别用范围。所述动态夹具文件的来源包括：本地导入或经用户自定义设置后生成。其中，所述自定义设置可以在焊接模拟软件的前处理界面定义简单夹具，例如输入夹具形状、边长等进行自定义。也可采用实体建模方式，如根据焊接接头的实测尺寸，利用三维绘图软件如UG、Pro/E等建立焊件的实体几何模型。然后，根据仿真精度要求、计算效率和实体模型的尺寸特别是最小型面的尺寸确定合适的网格密度，利用网格划分软件对所述实体几何模型进行网格划分。
S102，计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别。
在本实施例中，在对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真之前，需要对夹具模型进行识别和计算，包括识别夹具模型当前所处的位置以及计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离。其中，通过计算夹具模型与焊件模型之间的最小距离可判断夹具模型是否定位到焊件模型。
S103，根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
在本实施例中，当所述夹具模型定位到焊件模型时，基于预设的夹持参数对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
其中，所述夹持参数包括以下至少之一：夹具形式、夹具个数、夹持力大小、夹具的平移、旋转、释放或夹具的切换。其中，可以通过夹具材料的属性如夹具刚度来设定夹持力的大小或设置固定力和可变力；通过设置多种夹具形式、每个夹具的具体参数以及在不同的计算时间加载不同的夹具模型来实现夹具的释放、切换等。当然，也可根据仿真需要设定其他的夹持参数，本发明不做具体限定。
综上，本发明通过支持读取多种形式的动态夹具文件，扩大了夹具文件的可适用范围。通过计算夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离进行夹具模型的定位识别，减少了中间的计算时间，体现了焊接数值模拟方法的科学性。通过设定多种夹持参数进行仿真提高了算法精度，可以更加科学、准确地再现焊接过程中工装夹具的动态变化过程。
在上述实施例的基础上，在一个优选的实施例中，计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别，具体包括：
S1021，获取读取所述夹具模型夹具的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别。
其中，所述边界条件包括以下至少之一：对称边界条件、反对称边界条件、铰接或完全固定，可根据焊件模型的结构和焊接仿真需要进行适应性设置，进一步提高了算法的精度。所述必要节点包括：夹具的外部轮廓形状、夹具位置、连接件或定位块，内部结构对夹具模型的识别没有影响。其中，所述连接件包括固定销、固定块、插销、挡铁等，所述定位块根据焊件模型的实际形状确定，本发明不做具体限定。通过识别夹具位置，如图2-5中所示夹具模型的水平方向与竖直方向调节的夹紧装置，大大减少了计算时间，优化了整体算法，体现焊接数值模拟方法的科学性。
S1022，获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向。
在本实施例中，所述夹具模型的接触点通过孔/销、形面、拐角或边定位所述焊件模型，其中所述接触点可以是定位块、销、托点或夹紧块等。所述接触点中心坐标为接触点中心的网格坐标，接触方向为所述接触点的夹持方向。
如图6所示，在一种具体的实施方式中，在已经划分好网格的夹具模型上识别必要节点坐标，界面会显示夹具模型的接触点中心坐标和接触方向，其中包括导轨2、导轨上的焊件模型1以及焊件模型1与夹具模型3的接触边界单元4，其中，所述焊件由接触点01、02和03夹紧。
S1023，计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
在本实施例中，所述最小距离为夹具模型接触点中心坐标与焊件上的边界单元的最小坐标差值。距离的获取可以通过采集夹具模型和焊件模型表面的基准面、基准槽等进行测量。如图7所示为定位原理示意图，通过计算夹具模型3与划分好网格的焊件模型1的最小距离5来进行定位，其中6为焊件上的节点坐标，4为识别到的接触边界单元。
在上述实施例的基础上，在一个优选的实施例中，还包括：通过甘特图对所述焊接工装夹具的设计过程进行整体直观的分析。
请参阅图8，在本实施例中，所述夹具设计过程采用甘特图进行数据分析，对整个夹具模型的夹持行为程进行信息呈现，以将每一个夹具的夹具编号、夹持起止时间、对应的焊接阶段、夹具的夹持力信息等显示在软件界面内的甘特图上。可以更加直观评估实际进展与流程分析预测之间的差异，直观观察生产过程中动态夹具群的状态信息，体现了焊接数值模拟的科学性。
请参阅图9，本发明第二实施例提供了一种焊接工装夹具的设计装置，包括：
夹具模型生成单元201，用于读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；
定位识别单元202，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；
仿真单元203，用于根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
优选的，所述动态夹具文件的来源包括：
本地导入或经用户自定义设置后生成，其中，所述动态夹具文件支持“.stl”、“.inp”或“.stp”格式。
优选的，所述定位识别单元202，具体包括：
识别模块，用于读取所述夹具模型的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别；
参数获取模块，用于获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向；
定位模块，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离坐标差值小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
优选的，所述边界条件包括以下至少之一：
对称边界条件、反对称边界条件、铰接或完全固定。
优选的，所述必要节点包括：
夹具的外部轮廓形状、夹具位置、连接件或定位块。
优选的，所述夹持参数包括以下至少之一：
夹具形式、夹具个数、夹持力大小、夹具的释放或夹具的切换。
优选的，所述焊接工装夹具的夹持仿真装置还包括：
可视化分析单元204，用于通过甘特图对所述焊接工装夹具的设计过程进行整体直观的分析。
本发明第三实施例提供了一种焊接工装夹具的夹持仿真设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的焊接工装夹具的夹持仿真设备。
示例性地，本发明所述的计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述实现设备中的执行过程。例如，本发明第二实施例中所述的装置。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(APPlication Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述打印方法的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述实现文档打印方法的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现打印方法的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、文字转换功能等)等；存储数据区可存储根据用户终端的使用所创建的数据(比如音频数据、文字消息数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、安全数字(Secure Digital,SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述实现用户终端的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；
计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；
根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
2.根据权利要求1所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，所述动态夹具文件的来源包括：
本地导入或经用户自定义设置后生成，其中，所述动态夹具文件支持“.stl”、“.inp”或“.stp”格式。
3.根据权利要求1所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别，具体包括：
读取所述夹具模型的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别；
获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向；
计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
4.根据权利要求3所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，所述边界条件包括以下至少之一：
对称边界条件、反对称边界条件、铰接或完全固定。
5.根据权利要求3所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，所述必要节点包括：
夹具的外部轮廓形状、夹具位置、连接件或定位块。
6.根据权利要求1所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，所述夹持参数包括以下至少之一：
夹具形式、夹具个数、夹持力大小、夹具的释放或夹具的切换。
7.根据权利要求1所述的焊接工装夹具的夹持仿真方法，其特征在于，还包括：
通过甘特图对所述焊接工装夹具的设计过程进行整体直观的分析。
8.一种焊接工装夹具的设计装置，其特征在于，包括：
夹具模型生成单元，用于读取动态夹具文件，以在界面上生成夹具模型；其中，所述夹具模型已进行了网格划分；
定位识别单元，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以实现所述夹具模型的定位识别；
仿真单元，用于根据定位识别的结果以及设定的夹持参数，对所述夹具模型与所述焊件模型之间的夹持行为进行仿真。
9.根据权利要求8所述的焊接工装夹具的设计装置，其特征在于，所述定位识别单元，具体包括：
识别模块，用于读取所述夹具模型的边界条件和必要节点坐标，以对夹具模型进行识别；
参数获取模块，用于获取所述夹具模型的接触点中心坐标和接触方向；
定位模块，用于计算所述夹具模型与划分好网格的焊件模型的最小距离，以当所述最小距离小于预设的距离阈值时，夹具定位到焊件。
10.一种焊接工装夹具的夹持仿真设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的焊接工装夹具的夹持仿真设备。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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