虚拟装配中基于精确模型的碰撞检测算法

针对目前虚拟装配中由多边形模型引起的碰撞检测准确性低的问题,提出一种考虑公差信息的精确碰撞检测算法.首先进行分层的多边形碰撞检测,获得发生碰撞的多边形;然后基于层次图像数据将发生碰撞的多边形映射到零件相应的几何上;再依据几何的公差信息计算碰撞阈值;最后根据碰撞阈值进行精确碰撞判定.实例验证结果表明,文中算法在保证虚拟装配系统实时性的同时,提高了碰撞检测的准确性.     

基于混合模型的虚拟装配关键技术研究

针对虚拟装配中采用多边形网格模型引起的组件定位困难和碰撞检测精度低等问题,提出一种采用精确几何模型及其对应的多边形网格模型的混合模型作为底层数据,支持精确装配的虚拟装配系统构造方法,并基于Parasolid和Vir-tools平台进行了实现。基于混合模型的碰撞检测能根据计算精度和时间要求自适应求解,在速度快的同时,满足高精度碰撞检测要求;基于混合模型的组件装配,采用离散采样点定义装配路径,通过装配几何约束交互式定义限制组件的运动范围,通过自由度规约、装配约束求解实现了零部件精确定位,通过四元数插值实现装配路径中零部件位姿的平滑过渡,能满足高精度的装配要求。该方法已经在开发的多个系统中得到验证和应用。     

基于语义的虚拟装配仿真模型研究及应用

针对虚拟装配中装配模型的信息完备性与虚拟仿真系统的交互效率之间的矛盾,提出一种轻量化的基于树-图分离结构的虚拟装配模型,该模型包括装配树模型和语义关系图模型。装配树模型以二叉树的形式表达虚拟产品的层次结构以及零部件间的装配顺序,语义关系图以二分图的形式表达零件之间的装配关系。将该模型应用于水轮机组虚拟装配仿真系统中,不仅满足了虚拟仿真过程对装配模型信息表达的要求,而且减少了系统存储负担,提高了交互效率。     

基于STEP和OSG的虚拟装配系统

针对传统虚拟装配系统中装配灵活性不足以及模型格式的局限造成的问题,对工业CAD设计中STEP标准进行了研究,并结合开源虚拟现实引擎OSG (OpenSceneGraph)的技术特点,设计出一个虚拟装配系统,并解决了其中关键技术问题,仿真出一个原型系统.系统采用OSG组织STEP产品模型的拓扑结构,并采用NURBS曲线曲面方法表达STEP模型的几何形状信息,将STEP模型读入系统,根据模型特征面、线之间的配合关系实现装配.系统的实现不仅增强了装配的灵活性,还使工业CAD与虚拟现实系统无缝结合、数据双向通信,同时也扩展了OSG的应用范围,从单纯的图形渲染走向虚拟装配制造领域.为虚拟装配设计、教学培训提供了方便有效地支持.     

面向虚拟装配的产品层次信息表达研究

提出了将虚拟装配中的产品属性与行为信息分为产品层、特征层、几何拓扑层以及显示层。通过产品层次信息模型中的数据映射与约束映射,实现产品信息的层次间关联。面向虚拟装配的产品层次信息模型在满足虚拟现实实时性要求的同时,不仅保持了CAD静态设计信息的完整性,还表达了零件在虚拟环境中的动态行为信息。     

基于信息单元的装配尺寸链自动生成技术

针对装配尺寸链自动生成的难题,提出一种基于信息单元的装配尺寸链自动生成方法.通过建立层次化的装配模型,提出并建立了尺寸及公差信息单元、装配约束信息单元,同时对公差信息进行了规范化处理;在此基础上,基于信息单元间几何特征的关系构建了装配关系传递图,在考虑搜索优先级的基础上实现了装配尺寸链的自动生成.最后基于CATIA V5平台开发了原型系统并进行实例验证,证明了该方法可以有效地提高装配尺寸链自动生成的准确性和成功率.     

虚拟装配系统中几何精度三维标注技术与方法

虚拟装配系统中几何精度三维标注用于实现几何精度在虚拟装配系统中的直观显示及装配尺寸链的交互生成.基于ACIS几何模型得到零件几何精度三维标注所需的精确几何信息和标注点位信息,并根据国家标准和国际规范构建几何精度三维标注模型;在此基础上,进一步建立了几何精度标注相对零件的随动变换和线性尺寸标注的辅助角度尺寸模型.相关模型和算法已在原型系统中得到实现,并通过实例验证了系统的规范性和实用性.     

面向装配工序交叉的虚拟装配工艺信息模型

虚拟装配工艺规划中目前大都采用装配顺序描述装配过程,但尚无法表达装配工序交叉和设计中的安装布置'捌整等问题.考虑设计阶段和制造阶段的装配要求,建立了基于装配任务的装配工艺信息模型.该模型以多层次的装配进程表达产品装配工艺过程,通过任务对象的交叉安装表达工序交叉和安装布置凋整,并给出了装配调整策略;针对冗余装配任务提出了装配任务合并方法.最后通过实例验证了文中模型的正确性和有效性.     

虚拟装配环境支持下的产品可装配性评估

为了解决传统的产品可装配性评估研究需要结合实物模型或样机进行反复试验造成的评估周期长且成本高的问题,提出虚拟装配环境(VA)下的产品可装配性评估方法.从CAD模型及产品虚拟装配操作过程中分别得到产品装配中各零件的基本属性信息及主观属型信息,建立零件属性信息模型,通过Boothroyd-Dewhurst方法中的装配操作时间表计算得到产品装配效率,对产品可装配性进行评估.以减速箱产品装配为研究实例在虚拟环境下对产品可装配性进行了评估,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于OpenFlight的虚拟装配信息表达技术

为实现模型从CAD系统到虚拟装配系统的转换,提出基于OpenFligth的装配信息表达方法。将虚拟装配所需要的模型信息分为装配信息和零件信息两个层次,通过CAD二次开发技术,提取装配信息及零件信息,分别写入扩展后的OpenFlight层次化模型数据库。基于OpenFlight的信息表达方法解决了模型重构技术中繁杂的映射问题,避免了装配信息向中性文件的写入过程,具有可扩展性,较好地解决了CAD系统与虚拟装配系统之间的数据集成问题。建立基于Vega的虚拟装配系统,验证了转换方法的可行性。     

面向虚拟装配的装配建模及其重构

装配建模是进行虚拟装配的前提和基础，决定着虚拟装配实施的质量和效率。针对虚拟装配中装配建模问题，介绍一种多视图层次化的装配模型，给出了模型的信息组成和信息来源，并很好地解决了在此模型基础上的重构问题。     

A digital twin-based approach for the management of geometrical deviations during assembly processes

The recent transformation in the aeronautical industry gives new prospects in the field of product geometry assurance. These include, in particular the creation of sophisticated virtual models, or digital twins, which can reflect the as-built geometry of physical products and optimize the assembly operations consequently. One of the current obstacles to the implementation of such digital twins is linked to the difficult transition from a conceptual model to a usable virtual representation. In this article, we present the hybrid representation of a product which is capable of integrating the different states of the components at each step of the assembly process. We propose a method to update the virtual representation of already assembled components, in order to include the position and orientation deviations of their surfaces. The B-Rep model of each component is updated from data acquired during the assembly of the product. The various steps of this update, and its associated tools are discussed in the article. Based on the knowledge of the as-built component geometry, the geometry of the yet-to-be-assembled components is adapted so that the final product complies with the functional requirements. To this end, we also discuss a formalism to model the product's functional information and to translate it at a geometrical level thanks to an assembly skeleton.     

虚拟原型建模语言VPML

现有的模型描述语言难以满足基于虚拟原型的概念设计中产品模型描述的需求,基于扩充连接图思想,以基于虚拟原型的概念设计产品描述模型V－desModel为核心,提出了一种虚拟原型建模语言VPML,VPML是一种独立于领域与过程的面向机电产品概念设计的虚拟原型模型描述语言,具有较强的几何和行为建模能力,为多领域系统在概念设计阶段的协同设计、并行设计及联合仿真过程提供了一致的模型描述,VPML模型内嵌的虚拟特征生成算法,使得在概念设计阶段建立真实感很强的产品虚拟原型时设计信息不完备问题得到有效解决。     

基于分布式虚拟环境的装配约束语义模型

装配约束是用来支持分布式虚拟环境中装配交互操作的关键信息．装配约束信息的抽象性关系到对装配单元行为的支持力度，装配约束信息的组织机制决定了分布式虚拟装配计算机实现的效率．针对目前装配约束的抽象和使用方面存在的问题，首先研究装配约束的语义抽象与表达，从产品装配应用域中捕获知识，提取共性，归纳装配约束基本语义并形式化表达；然后提出一种扩展对象语义建模方法，通过该方法对装配约束语义进行组织，赋予其功能行为特性，构建装配约束语义模型．通过VEADAM系统实例，装配约束语义模型能够有效地支持分布式虚拟装配的实现，并能很好地适应应用的变化和扩展．     

面向虚拟环境的装配体模型研究

人机交互是虚拟装配的本质特性和技术瓶颈，能反映交互过程的装配体模型构造，是虚拟装配领域的一个关键问题，给出一种时序的装配体模型，对时序的聚合关系、时序的约束关系以及时序的行为结构给出定义和分析，为实现该模型，还给出了零件的中间模型和对象复杂行为构造，同时对虚拟装配直接操作的交互过程、交互模式及装配工艺知识给出了时序的形式描述，这是连接人机交互与装配体模型以及模型与工艺生成的桥梁．一致的表示模型减少了交互装配信息的冗余性，有利于提高交互信息的复用，为交互生成工艺提出了新方法。     

虚拟环境中装配设计语义的表达、传递与转化研究

研究了虚拟环境产品装配建模过程中装配语义的表达、装配语义与装配约束的转化技术,提出了采用语义－约束图对装配设计语义与约束进行维护。通过语义－约束图可以从语义层次和约束层次对产品装配模型进行编辑和维护。提出了采用模糊参量表达和处理产品装配设计中的模糊语义。基于模糊参量的语义表达不仅为设计信息输入提供了更大的自由度,而且扩展了计算机对模糊信息的处理能力,有利于产品设计意图的维护。通过产品装配信息从抽象到具体、从模糊到精确的转化,实现了虚拟装配设计系统对抽象、模糊设计信息的表达、传递与处理。     

面向虚拟装配的VRML模型优化重构

对基于Web的虚拟装配中VRML模型优化重构进行了研究.提出了虚拟装配环境中的五层结构信息模型;在此基础上,分析VRML模型的语法结构和语法解析过程,建立了节点重构算法和优化处理算法;实现了VRML模型组织结构和信息描述的优化重构,很好地满足了虚拟装配快速设计与分析的需求.开发了基于Web的交互式虚拟装配原型系统,验证了模型优化重构算法的可行性.