CN111339612A

CN111339612A - 三维数据模型快速装配方法、系统、装置和存储介质

Info

Publication number: CN111339612A
Application number: CN202010107893.5A
Authority: CN
Inventors: 周小稳; 苏雄; 李金海; 胡涌泉; 贾仰超; 严剑; 李国明; 吕林坤; 黄伟文
Original assignee: Guangzhou Mino Automotive Equipment Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Mino Automotive Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: CN111339612B

Abstract

本发明公开了三维数据模型快速装配方法、系统、装置和存储介质，其中方法步骤包括：选择需要插入的标准件的二次开发命令，以在CATIA软件界面上显示对应的参数窗口；在参数窗口上输入标准件的参数后，获取目标装配的几何特征；结合几何特征和输入的参数获取对象型号，根据对象型号获取标准件对应的文件所在路径，并将标准件的三维数据模型插入CATIA软件；根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置。本发明自动测量并判断了插入标准件的型号，并自动搜寻到对应零件型号文件所在路径，大大减少了人为测量、判断的步骤，极大地提高了装配的速度和准确率，可广泛应用于机械设计领域与计算机领域。

Description

三维数据模型快速装配方法、系统、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及机械设计领域与计算机领域，尤其涉及一种三维数据模型快速装配方法、系统、装置和存储介质。

背景技术

目前，达索旗下的三维设计软件CATIA已成为汽车装备、飞机制造、传统机械等领域的主流三维设计软件，且随着市场需求的扩大，设计人员运用CATIA设计的数据量日益增大。通常，设计人员在运用CATIA进行三维设计时，需要大量的为设备装配诸如螺钉、垫片、插销、托压块等标准件紧固件，以使三维数据模型尽可能接近真实设备状态且满足客户对三维数据模型的要求和标准。以非标设计领域工装夹具设计为例，一个夹具单元所需要装配的标准件紧固件数量平均为30个，而一台设备平均有12个单元，根据项目大小不同，平均一个项目有50套设备，所以对装配标准件紧固件而言，该工作的工作量巨大且重复性极高。

为了加快装配标准件与紧固件的速度，目前主流的方法有两种，第一种方法利用CATIA自带的捕捉命令来实现，这种方法的主要的不足为：如果待装配目标在三维空间中的位置比较特殊，或者待装配目标与装配零件之间的装配关系有特殊要求(比如装配特征成一定的夹角)，则使用此功能会使中间的逐步贴合步骤大大增加，甚至完全无法使用此功能来达到对应的装配关系。第二种方法利用CATIA自带的约束命令来实现，这种方法的主要的不足为：该方法建立的约束具有父子级层级关系的限制，即如果目标装配和调入的零件不是在同一个父级之下，那么其所建立的约束会对两个父级节点下同层级的所有零件生效。这通常不是设计人员想要的结果。综上，目前的技术方案难以有效对三维数据模型快速地装配。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种三维数据模型快速装配方法、系统、装置和存储介质，能够快速在CATIA软件对标准件与紧固件进行装配。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种三维数据模型快速装配方法，包括以下步骤：

选择需要插入的标准件的二次开发命令，以在CATIA软件界面上显示对应的参数窗口；

在参数窗口上输入标准件的参数后，获取目标装配的几何特征；

结合几何特征和输入的参数获取对象型号，根据对象型号获取标准件对应的文件所在路径，并将标准件的三维数据模型插入CATIA软件；

根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置。

进一步，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

基于目标装配的类型，调用组件应用架构获取目标装配的几何特征；

所述几何特征包括坐标信息、向量信息和尺寸信息中的至少一种。

进一步，当目标装配为螺钉孔时，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

调用组件应用架构的第一算法获取螺钉孔的中轴线的向量信息；

调用组件应用架构的第二算法获取螺钉孔的中心点在世界坐标系下的坐标信息；

调用组件应用架构的第三算法获取螺钉孔的半径的尺寸信息。

进一步，当目标装配为托压块时，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

调用组件应用架构的第四算法获取托压块在世界坐标系下的坐标信息；

调用组件应用架构的第五算法获取托压块的方向线的起点坐标和终点坐标，根据起点坐标和终点坐标获取向量信息。

进一步，所述根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置这一步骤，具体为：

根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系获取齐次线性变换矩阵；

根据齐次线性变换矩阵将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置，完成装配。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种三维数据模型快速装配系统，包括：

类型选择模块，用于选择需要插入的标准件的二次开发命令，以在CATIA软件界面上显示对应的参数窗口；

特征获取模块，用于在参数窗口上输入标准件的参数后，获取目标装配的几何特征；

路径获取模块，用于结合几何特征和输入的参数获取对象型号，根据对象型号获取对象型号对应的文件所在路径，并将标准件的三维数据模型插入CATIA软件；

目标装配模块，用于根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置。

本发明所采用的第三技术方案是：

一种三维数据模型快速装配装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。

本发明所采用的第四技术方案是：

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上所述方法。

本发明的有益效果是：本发明自动测量并判断了插入标准件的型号，并自动搜寻到对应零件型号文件所在路径，大大减少了人为测量、判断的步骤，极大地提高了装配的速度和准确率。

附图说明

图1是实施例中一种三维数据模型快速装配方法的步骤流程图；

图2是实施例中显示参数窗口的示意图；

图3是实施例中选择螺钉孔的示意图；

图4是实施例中螺钉孔自动装配完成的示意图；

图5是实施例中继续对螺钉孔进行装配的示意图；

图6是实施例中一种三维数据模型快速装配系统的结构框图。

具体实施方式

利用CATIA自带的捕捉命令来实现装配的方法，包括以下步骤：

S101、首先测量待装配目标的几何性质(如孔径、长度，孔深等)用以确定需要调入的标准件或紧固件的准确型号。

S102、点击CATIA的现有部件命令，在弹出的文件浏览器中，凭借设计人员经验找到前一步骤确定的零件型号文件所在路径，点击该零件文件再点击确定，将零件插入进CAITA当中。

S103、点击捕捉命令，在命令激活的情况下，通过点击前一步骤调入的零件三维模型与待装配目标三维模型的装配特征，通过逐步贴合的方式以达到装配的目的。以装配螺钉为例，首先点击螺钉模型的外圆柱面，再点击螺孔内表面，使螺钉的中轴线和螺钉的中轴线达到贴合的状态，然后，点击螺钉螺帽的下表面，再点击螺孔所在的打孔平面，使螺钉螺帽的下表面与打孔平面贴合，至此，螺钉达到预设的装配状态。

使用这种方法的好处是，让设计人员至少拥有一种能在调入零件后改变零件位置状态的方法，使零件在一定的规则步骤下达到设计人员预想的状态，但其有如下明显的三个弊端：

弊端1：设计人员在调入零件前需要对待装配特征进行测量而后根据经验判断其调入零件的型号和所在文件路径，此步骤有可能会存在测量错误，且对于经验尚浅、对客户标准不熟悉的设计人员而言，不仅选型速度慢还非常容易导致选型错误。

弊端2：如果待装配目标与调入零件的模型初始位置距离过远，则在CAITA中会需要多次进行缩放操作，来选择调入零件与待装配目标的三维装配特征，增加了装配用时间。

弊端3：这是一个重要弊端，如果待装配目标在三维空间中的位置比较特殊，或者待装配目标与装配零件之间的装配关系有特殊要求(比如装配特征成一定的夹角)，则使用此功能会使中间的逐步贴合步骤大大增加，甚至完全无法使用此功能来达到对应的装配关系。

利用CATIA自带的约束命令来实现装配的方法，包括以下步骤：

S201、首先测量待装配目标的几何性质(如孔径、长度，孔深等)用以确定需要调入的标准件或紧固件的准确型号。

S202、点击CATIA的现有部件命令，在弹出的文件浏览器中，凭借设计人员经验找到前一步骤确定的零件型号文件所在路径，点击该零件文件再点击确定，将零件插入进CAITA当中。

S203、根据目标装配与待装配零件特征之间的关系，选择不同的约束命令，如相合约束、角度约束、固联约束等，建立起目标特征与零件特征间的约束关系，单击刷新按钮，此时CATIA会自动解算约束关系，然后让零件按建立好的约束关系装配到一起。

使用这种方法的好处是可以应对复杂的装配需求，且目标装配与装配零件间建立了一种强约束，可以协同变化，但是其也具有明显的三个弊端，其中弊端1、弊端2与上述的弊端1、弊端2相同。

弊端3：也是最主要的弊端，该方法建立的约束具有父子级层级关系的限制，即如果目标装配和调入的零件不是在同一个父级之下，那么其所建立的约束会对两个父级节点下同层级的所有零件生效。以装配螺钉为例，假设螺孔所在零件的父级为单元1，螺孔所在零件同层级零件还有零件1、零件2，螺钉的父级为单元2，其同层级零件还有零件3、零件4，如果螺孔与螺钉建立同心约束，那么螺钉同层级的零件3与零件4将与螺钉“绑定”在一起与螺孔约束。这通常不是设计人员想要的结果。

鉴于上述现有技术方法的不足与技术需求，本实施例提供一种不同于传统装配标准件或紧固件的方法。如图1所示，一种三维数据模型快速装配方法，包括以下步骤：

S301、选择需要插入的标准件的二次开发命令，以在CATIA软件界面上显示对应的参数窗口；

所述标准件包括标准化的紧固件、连结件、传动件、密封件、液压元件、气动元件、轴承、弹簧等机械零件，如螺钉、销钉和托压块等。在CATIA软件上进行二次开发，先选择输入插入的标准件的按钮，在CATIA软件界面上弹出对应的参数窗口，参照图2，当需要插入螺钉时，点击插入螺钉命令按钮后，在CATIA软件上弹出对应的参数窗口。

S302、在参数窗口上输入标准件的参数后，获取目标装配的几何特征；

在参数窗口上输入必要的参数，参数的输入方式可以由多种，比如通过点选输入和/或键盘输入等。参照图2，此处输入了螺钉的长度参数。

所述目标装配为与标准件进行装配的目标，所述几何特征包括目标装配特的结构信息、坐标信息、向量信息和尺寸信息等。例如对于螺钉的自动装配，目标装配是螺钉要装配到的螺孔的孔，几何特征在此例可理解圆柱面特征(即孔的圆柱面拥有的一切几何属性的集合：圆柱半径、圆柱长度、圆柱端面中心点坐标等)。而对于托压块的自动装配，目标装配是托压块需要装配到的压紧点以及托压块所处单元，几何特征在此例理解为点的位置坐标，方向线的起点终点坐标以及方向线由起点指向终点的向量。在本实施例中，通过点击CATIA软件界面上对应目标装配的位置后，程序自动获取目标装配的几何特征。由于不同的标准件的几何特征不同，基于不同类型的标准件，调用组件应用架构(Componentapplication architecture，简写CAA)的程序对目标装配的几何特征进行测量。以下以插入螺钉和托压块作为具体实施例来说明。

在螺钉的自动装配中，目标装配为螺钉孔，几何特征为螺钉孔的结构特征、坐标特征及向量特征等。具体地，调用CAA的CATIMeasurableCylinder->GetAxis方法，得到孔的中轴线的向量信息，调用CATIMeasurableCylinder->GetPoint方法，得到孔在打孔面一侧的中心点在世界坐标系下的绝对坐标；调用CATIMeasurableCylinder->GetRadius方法，得到孔的半径。

在托压块的自动装配中，目标装配的几何特征为点和方向线，程序将调用CAA的CATIMeasurablePoint->GetPoint方法，得到点在世界坐标系下的坐标信息，调用CATIMeasurableLine->GetPoints方法，得到方向线的起点、终点的世界坐标系下的坐标信息，并由此算出起点指向终点的向量信息。

S303、结合几何特征和输入的参数获取对象型号，根据对象型号获取标准件对应的文件所在路径，并将标准件的三维数据模型插入CATIA软件；

获得几何特征后，根据几何特征自动确定待插入对象型号。对于螺钉的自动装配，已经有其目标装配的几何特征信息，即孔的半径，根据螺钉直径和孔的直径必须要相同的这一装配关系，程序可以其半径知道其型号，如测量得孔位直径为5mm，那么，对应的螺钉型号自动锁定为M5系列。对于销钉的自动装配，如测量得孔位直径为5mm，那么，对应的销钉型号自动锁定为φ5系列。再结合输入的参数，就可获得对应的文件所在路径，调取该路径下的文件后，即实现将所需的标准件插入CATIA软件。

在将标准件插入CATIA软件的过程中，还包括判断当前激活对象的步骤，所述激活对象为在CATIA产品环境下进行设计时，设计人员所选择的“激活对象”，比如，设计人员可以将设备a的产品定义为“当前激活对象”，又或者将单元1的产品定义为“当前激活对象”，程序通过调用CAA二次开发接口，CATFrmEditor->GetUIActiveObject方法获取到当前的激活对象，并将标准件的数据插入到当前激活对象的节点之下。如果无法获取当前激活对象，程序将给出提示，提示使用者选择当前激活对象。

S304、根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置。

具体地，根据目标装配与插入标准件之间得到的空间位置坐标关系，程序自动解算出一个用于移动零件的齐次线性变换矩阵，通过调用catia二次开发接口CATIMovable->SetAbsPosition(const CATMathTransformation&iPos)，将齐次线性矩阵传入，即可将零件移动到正确的装配位置，至此完成装配。

以装配螺钉为例，螺钉模型中轴线向量方向为Z轴负方向即(0,0,-1)，此向量为模型固有属性，要装配到的孔位中轴线方向已通过程序测量得到，这里假设为(0,1,0)，螺钉的模型的装配用原点为(0,0,0)，此原点坐标为模型固有属性，孔位端面中心点已测量得到，此处假设为(0,0,0)。螺钉和孔位的装配在该组空间位置关系的解读即是：将螺钉的原点(0,0,0)和孔位端面中心点(0,0,0)重合，将螺钉的中轴线向量方向(0,0,-1)和孔位中轴线方向(0,1,0)重合，用于产生这种变换的齐次线性变换矩阵可由线性代数中关于仿射变换的常用公式求得，此处不做详解。如图3所示，当需要将螺钉插入螺钉孔时，点击对应的螺钉孔后，程序自动地获取该螺钉孔的几何特征，并读取相应文件的数据后，插入螺钉，以及根据齐次线性变换矩阵将螺钉插入选定的螺钉孔内，如图4所示。整个过程由于是后台程序自动完成，配装速度快，只需工作人员点击对应的螺钉孔即可快速实现配装。另外，当工作人员仍需要在另一个螺钉孔插入同样参数的螺钉时，只需直接点击螺钉孔即可，无需再选择二次开发命令及输入参数，如图5所示。

综上所述，本实施例的方法相比于传统方法的优势在于，程序自动测量并判断了插入标准件的型号，并自动搜寻到对应零件型号文件所在路径，大大减少了人为测量、判断的步骤，并且零件型号与其文件路径的对应关系集成在程序中，由专业人员维护，提升了插入零件文件的正确性，并确保了零件文件路径的唯一性。程序通过用户选择特征的空间坐标自动解算出用于移动插入零件的齐次线性矩阵，相较于约束关系的自动解算，其解算速度提升明显，相较于捕捉命令，其操作步骤大量减少。

另外，本实施例方案相比于利用CATIA自带的约束命令来实现装配的方法，没有建立约束关系，故本方案实现的装配方式的解算速度是其的2倍及以上，可以更快速的将零件装配到位。这是因为约束关系在CATIA中是一种较强的限制，两个子类产品的约束会同时限制其父类，比如有两个子产品之间建立了一个距离为15mm的约束，那么其父类也会受到这个约束的限制，其中一个父类产品的移动会导致另一个父类产品受到影响。而本实现方案没有该限制。

如图6所示，本实施例还提供了一种三维数据模型快速装配系统，包括：

本实施例的一种三维数据模型快速装配系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种三维数据模型快速装配方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本实施例还提供了一种三维数据模型快速装配装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

本实施例的一种三维数据模型快速装配装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种三维数据模型快速装配方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上所述方法。

本实施例的一种存储介质，可执行本发明方法实施例所提供的一种三维数据模型快速装配方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种三维数据模型快速装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种三维数据模型快速装配方法，其特征在于，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

3.根据权利要求2所述的一种三维数据模型快速装配方法，其特征在于，当目标装配为螺钉孔时，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

4.根据权利要求2所述的一种三维数据模型快速装配方法，其特征在于，当目标装配为托压块时，所述获取目标装配的几何特征这一步骤，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种三维数据模型快速装配方法，其特征在于，所述根据目标装配和标准件的空间位置坐标关系，将标准件的三维数据模型移至目标装配的位置这一步骤，具体为：

6.一种三维数据模型快速装配系统，其特征在于，包括：

7.一种三维数据模型快速装配装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-5任一项所述的一种三维数据模型快速装配方法。

8.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如权利要求1-5任一项所述方法。