基于特征映射的車身檢具設計方法

第39卷，第1期，2005年1月上海交通大學學報V01.39第1期上海兒童奧通大學學報Jan. 2005 文章編號：1006-2467（200５）０１—0542-04車身基于特征映射檢具設計方法胡彩旗●林新勤，陳杰2，金獵鷹2，陳冠龍2（1.工學院, 萊陽農(nóng)學院，萊陽 265200; 2. 上海交通大學機械與動力工程學院，上海 2003０） 摘要：通過對特征映射機制和映射過程的分析，建立了基于提出了車身板件特征模型和組合檢具智能設計特征映射系統(tǒng)。 cover，討論了從車身覆蓋模型到檢具模型的特征映射關(guān)系，給出了特征信息。進化的映射函數(shù)在c的概念設計階段實現(xiàn)了檢具設計的思想ar 車身面板。文章通過分析面板的表面特征，映射相應的夾具功能和組合檢測夾具的結(jié)構(gòu)，完成了零件設計特征到相應檢測工具的模型特征的映射，實現(xiàn)了信息的轉(zhuǎn)換在特征層，完善了并發(fā)工程環(huán)境下產(chǎn)品信息的集成與共享，并已通過實例驗證。關(guān)鍵詞：車身面板；檢具模型；特征圖；圖并發(fā)工程DOI：TG386 文檔代碼：AAn Auto-Body Checker Design Method and Its Application Based onFeature Mapping JI NHU Cai-qil, LI N Zhong-qin2, CHEN jie2, Sun2, CHENGguan-lon92 (1 .萊陽農(nóng)學院，萊陽265200,中國；2.機械工程學院，上海交通大學，上海 20003０）摘要：基于分析映射機制，描述了基于特征模型和面向模塊化檢查器智能設計的特征映射系統(tǒng)。討論了從車身覆蓋模型到檢查模型的標準、保持特征、檢查特征和檢查標記，提出了信息進化過程的映射函數(shù)，并實現(xiàn)了覆蓋概念設計階段的檢查器設計。覆蓋面特征分析、checkerfunction-form mapping和模塊化checker結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程實現(xiàn)mappi從覆蓋設計特征到相應的檢查器特征模型。因此，實現(xiàn)了特征層級的特征信息轉(zhuǎn)換，并給出了一個實例來驗證系統(tǒng)。探索了一種模塊化檢查器智能設計的新方法。關(guān)鍵詞：車身覆蓋；檢查器模型；特征映射；并發(fā)件按功能可分為汽車車身蓋件和蓋件。 ：2004-02-24 基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（86３）Project (8163-5-11-1-03-30２）) 作者簡介：胡才奇（1974一）） ，女，山東郯城人，副教授，主要從事汽車車身制造質(zhì)量控制技術(shù)及檢具設計及應用研究。電話（Tel.）：0535-73331976；E-mail：胡才奇[@ . 萬方數(shù)據(jù)1號胡才奇等：基于車身檢具設計特征映射方法篩選出對形成量具模型特征集空間有用的特征信息；R.

是進一步獲取其他特征屬性的提取函數(shù)，包括夾具的特征； Ri是實現(xiàn)fixture特征集空間結(jié)構(gòu)重構(gòu)的聚合函數(shù)。以上三個函數(shù)反映了特征映射過程。它有一個復雜的空間表面。車身蓋板的制造質(zhì)量對整個車身的密封性影響很大。在零件的制造過程中，為了檢查零件是否正確，需要使用根據(jù)零件主模型和產(chǎn)品工藝配合圖制造的量具進行檢驗。這類工具稱為車身蓋檢具口3（簡稱檢具），用于控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量，不斷改進產(chǎn)品和工藝。車身板件的顯著特點是柔性大（通常稱為柔性件），形狀復雜不規(guī)則，定位、支撐、夾緊困難，受力后變形形狀的不確定性和變形方向的不確定性。如果考慮不當，就會在檢測過程中造成不應有的錯誤。車身面板結(jié)構(gòu)和形狀的復雜多樣性決定了儀表結(jié)構(gòu)I_3|的復雜多樣性。在分析特征映射機制和映射過程的基礎(chǔ)上，提出了一種基于車身覆蓋件特征模型、面向檢具智能化設計的特征映射系統(tǒng)。通過特征映射，實現(xiàn)了蓋子的設計特征到相應的檢具特征模型的轉(zhuǎn)換。 在概念設計階段，同步設計相應的校驗治具，以便檢具設計系統(tǒng)可以檢測到所需的特征信息（通過特征映射）。根據(jù)自身的組織結(jié)構(gòu)，獲取CAD系統(tǒng)特征映射后形成的零件信息，建立自動化車身覆蓋檢具設計系統(tǒng)。 2 特征映射系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能實現(xiàn) 2.1 基本結(jié)構(gòu) 特征映射系統(tǒng)從車身零件的CAD模型到量具模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由特征映射子功能組成如篩選、提取和聚合。零件設計特征信息首先被預處理器分為簡單特征和復合特征。簡單的特征可以通過夾具的設計規(guī)則直接轉(zhuǎn)換為夾具特征，形成夾具結(jié)構(gòu)模型的組成部分。例如，一些不用于定位和夾緊的平面區(qū)域不是質(zhì)量檢查的重點，可以用作簡單的特征。對其進行處理，直接將其轉(zhuǎn)換為檢查工具的簡單特征；對于具有復合特征的零件，通過圖1所示的流程進行特征轉(zhuǎn)換。特征轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于實現(xiàn)過濾、提取和聚合功能。車身板CAD模型I1的特征映射和特征映射函數(shù)。 1.1 特征映射 Let Fa, F.

分別是車身面板設計特征集和對應的檢測工具特征集； ＾和龔分別是車身面板設計特征和檢具結(jié)構(gòu)特征。如果對于每個＾∈Fa，都有一個唯一的工作∈F。 ，所以從集合Fd到集合F。如果R存在一定的關(guān)系，則稱R是從Fd到F的映射。記為：R：Fd-F。 車身板件的設計特征集包括形狀特征（如曲面、平面、斜面、孔、凸臺、凹槽等）、參考特征（包括定位參考和測量參考）、精度特征和檢測特征（如幾何形狀的大小、位置坐標、相對距離、絕對距離等）；檢測工具的特??征集包括仿形表面檢測特征、截面模板檢測特征、定位特征、夾緊特征、精度特征、參考特征、幾何形狀、尺寸、位置和其他特征。從工程角度看，車身零件的設計特征集與對應的檢具模型特征集的映射關(guān)系，本質(zhì)上揭示了特征分析、分解、轉(zhuǎn)換和重構(gòu)之間的關(guān)系。 1.2 特征映射函數(shù)映射關(guān)系可以描述為函數(shù)關(guān)系，因此映射R也可以稱為特征映射函數(shù)。特征映射函數(shù)一般是復合函數(shù)。因此，零件設計特征集與對應夾具特征集的映射關(guān)系可表示為：F.一R.(Ruler.(R.(Fd))) 圖10 l Composite features l特征映射函數(shù)篩選功能部分表面積分解功能區(qū)。非功能區(qū)。 —■山地l簡單特征l提取函數(shù)檢測特征映射定位特征映射夾緊特征映射過程特征映射-'聚合函數(shù)對應檢具結(jié)構(gòu)重構(gòu)l功能結(jié)構(gòu)ll模塊化l組裝。 ——÷牌匾頁j圜？任毅，● 圖1 特征映射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 特征映射系統(tǒng)框架 車身蓋板裝配檢測工具智能設計是基于3D CAD輪廓[4]的蓋板設計，建立了3D CAD。型材與量具結(jié)構(gòu)中所有零部件的直接或間接映射關(guān)系，進而實現(xiàn)面向裝配的覆蓋量具結(jié)構(gòu)模型。如果更換了三維零件的CAD輪廓，CAD系統(tǒng)會在檢具設計人員的適當干預下自動更新原有的量具結(jié)構(gòu)，設計出符合要求的新量具結(jié)構(gòu)。為了模擬加載狀態(tài)，檢具的設計是基于零件在車身坐標系中的位置和姿態(tài)，即檢具在車身上的坐標和零件在車身坐標系中的坐標。身體坐標系是一樣的。公式中：標尺。

是篩選函數(shù)，從零件設計特征集空間萬方數(shù)據(jù)中實現(xiàn)。上海交通大學學報卷。 39 2.2 進行篩選功能檢具設計時，根據(jù)零件表面積的作用對零件表面積進行劃分。它是一個功能區(qū)和一個非功能區(qū)。功能區(qū)是指工件的特征元素所在的區(qū)域，對產(chǎn)生相應的夾具模型特征起重要作用，如檢測面、定位面、夾持面、配合面非功能區(qū)是指除上述區(qū)域以外的區(qū)域，如零件的過渡面等，既沒有定位面的精度要求，也沒有配合面的精度要求，只起到定位面的作用。特征和表面之間的連接。過渡角色。以典型被檢蓋為組合式檢具結(jié)構(gòu)設計的原始要求。被檢件表面根據(jù)檢驗過程的需要可分為三組：被檢表面積{M)、非被檢表面積{IV)和從被檢表面抽取的檢驗和探針軌跡表面積{7１）. 檢具設計 總的原則是：不需要檢測待檢測表面的每一個點。 {M) 存在篩選問題。選定的需要檢測的特征組成一個集合，稱為零件檢測特征集合。 F)、檢測元素的確定是為{M)選擇關(guān)鍵特征和控制特征。根據(jù)整車的結(jié)構(gòu)設計、裝配關(guān)系和制造工藝，某些檢測要素的布置應反映白車身零部件、分總成、總成和整車關(guān)鍵特征的變化。此類特征元素被定義為關(guān)鍵特征元素。關(guān)鍵特性要素的變化將極大地影響產(chǎn)品是否符合安全或制造標準，以及客戶對產(chǎn)品的滿意度；控制特征要素不僅是關(guān)鍵特征要素的必要保證，也是一個過程控制參數(shù)，控制該級裝配體的尺寸和質(zhì)量，用于識別和診斷該級體裝配體的制造偏差過程。圖2中２、４、６、8對應的區(qū)域為待檢測特征，其中：２、4檢測特征必須控制其所在配合面的z方向高度； 6 檢測特征必須控制其所在區(qū)域的Y方向偏差； 8 檢測特征必須保證其所在區(qū)域在理論公差范圍內(nèi)，以免干擾下一級裝配。針對被測表面的特定特征，或設計相應的仿形表面檢測結(jié)構(gòu)進行相對測量，或使用三坐標測量機進行絕對測量。根據(jù)檢測過程的要求，綜合考慮效率、經(jīng)濟性、準確度和精密度的要求，選擇其中一種方法單獨使用或幾種方法組合使用。零件的定位和夾緊過程是在零件的非檢測{N)區(qū)域上完成的。每個定位元件和夾緊元件必須避免在空間中出現(xiàn){M)區(qū)和{T)區(qū)。在考慮定位和夾緊時，有些表面不適合定位和夾緊要求，例如零件上的復雜自由曲面，加強筋側(cè)面和焊接表面。因此，存在過濾{IV) 區(qū)域的問題。用于定位和夾緊身體部位的特征分為兩類：表面和孔。根據(jù)夾持面特征在車身坐標系中的朝向不同，可分為z方向特征、Y方向特征、z方向特征、斜面特征；根據(jù)孔特征朝向的不同，還可以分為z向特征、Y向特征、2向特征。 {Ⅳ) 在該區(qū)域中選擇用于定位和夾緊的表面形成一個稱為零件夾緊特征集{P)的集合。夾緊特性分析是分析{P)區(qū)域內(nèi)各面的安裝情況，對于夾緊特性智能檢具，根據(jù)定位和夾緊要求，將{P)區(qū)域分為2個子集，即零件定位特征集{L)和零件夾緊特征集{C)。圖2中１、３、５、7對應的外表面區(qū)域為夾持特征區(qū)域，內(nèi)表面為定位特征區(qū)域?；谝陨戏治?，設計特征域集{D}可以簡化為具有不同功能的表面區(qū)域的集合，描述為：{D)-{F}U{T}U{L)U{C) 2.3提取函數(shù)和提取函數(shù)解的過程是根據(jù)上一步得到的零件檢測需求的功能特征集映射到檢測工具的結(jié)構(gòu)特征集的過程，即檢具的結(jié)構(gòu)設計。檢具是根據(jù)零件的檢測工藝要求，在一定的檢測設備條件下，根據(jù)被檢表面的具體特點，設計相應的檢測結(jié)構(gòu)。根據(jù)柔性零件“N-2-1”定位原理，對被檢零件進行定位夾緊，限制工件必要的自由度，保證定位的可靠性。 “N 2-1”定位的原理是除了第一個主定位面上的3個主定位點外，還必須設置N-3個輔助支撐點，以消除因柔性件變形引起的檢測。自己的體重。確定誤差的方法，“N”是利用有限元法分析僅受重力影響的柔性零件的變形，并確定使零件總變形最小的支撐定位點數(shù)，即即N的取值和N的排列。 具體需要根據(jù)待檢測零件的特征區(qū)域{F}，根據(jù)檢測特性要求和映射原理，完成檢具的檢測結(jié)構(gòu)設計。檢查。根據(jù)零件的夾緊特性要求，選擇合適的組合夾具元件。在{工)和{c)區(qū)完成定位和裝夾過程，這是量具結(jié)構(gòu)最基本的“功能”要求。同時，設計的檢具的“結(jié)構(gòu)”不僅要實現(xiàn)上述功能，還要滿足由零件形狀特征、檢測技術(shù)、精度特性、檢測設備和量具決定的零件檢測特性的需要。 ，如圖2 車身面板的表面積分解圖2 在分析a的表面時，還需要考慮滿足量具部件的裝拆要求。這樣，結(jié)構(gòu)體作為功能的實現(xiàn)形式，就有拍萬方數(shù)據(jù)胡才奇等第一期：車身檢具設計基于特征映射的方法（１）輸入零件特征信息和零件模型（２）件表面區(qū)域分析與分解。根據(jù)零件的檢測特性、裝夾特性和工藝特性提取{F）、{T）、{L）和{C）。存在從“功能”到“結(jié)構(gòu)”的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)檢測單元、定位單元和夾緊單元的映射。在檢具的結(jié)構(gòu)設計中，最重要的三個功能結(jié)構(gòu)模塊是零件的檢測、定位和裝夾。檢測工具的結(jié)構(gòu)表示為：定位工件、夾緊工件、檢測工件，每個功能模塊由多個子功能模塊組成，其他功能需求可視為屬于這些子功能項。例如，過程特征中的精度特征和尺寸特征與檢測特征、定位特征和夾緊特征一起生成。因此，量具結(jié)構(gòu)的功能到結(jié)構(gòu)的映射表??示為每個子功能的映射，并綜合考慮子功能的其他子功能項。 2.4 聚合函數(shù) 聚合函數(shù)的求解過程是上次求解的結(jié)果，即工作結(jié)構(gòu)映射得到的功能單元模塊按照檢測的空間姿態(tài)關(guān)系排列在空間結(jié)構(gòu)中、定位和夾緊面，以及最終檢具的結(jié)構(gòu)。 3（３）檢具功一結(jié)構(gòu)映射。在UG環(huán)境下，基于德國WITTE公司生產(chǎn)的ALUFIX柔性夾具組件構(gòu)建柔性夾具組件庫和夾具組件裝配規(guī)則庫。（４）檢具具結(jié)構(gòu)組裝，采用參數(shù)驅(qū)動、模塊化組裝、檢具結(jié)構(gòu)自動布局，完成檢具結(jié)構(gòu)的自動化設計 4 結(jié)論 基于車身板件特征及檢具模型分析工具，本文討論了車身面板到檢具的設計領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)模型的特征映射機制。在基于零件特征的相應檢具模型的智能設計研究中，特征映射技術(shù)被應用于確定直接或零件的 CAD 輪廓與檢測工具的結(jié)構(gòu)零件/組件之間的間接關(guān)系。通過零件表面積分析的步驟，零件插入檢測工具功能結(jié)構(gòu)映射，檢測工具結(jié)構(gòu)模塊化設計，進一步完善了特征映射流程，豐富了特征映射功能的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)完成了檢具設計原型系統(tǒng)智能檢具，完成了從封面設計域到檢具模型的特征映射，并通過實例對系統(tǒng)進行了驗證。參考文獻： [1] WuY, Ron Y, Chu T C. UG/OPEN API和VC++應用實例的自動化通用 [6] 是主要的編程方法，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)組合檢測工具結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)。零件特征信息的輸入如圖3所示。專用焦點[J]. InternationalofComporter@2 9point1@2。 , 10 (3 / [2] Amy JdesignC, Liu C RA 文獻surveryof fixtureautomation [J].TheInternationalJournal ofAdvancedManufacturing Technology,1990,2(５）:3 零件檢測信息輸入圖3輸入零件檢查特征240 -255。 3] AsadaningH, Kitagawa M. 機器人手的運動學分析和平面閉合抓取[J] .和這里，以選擇車身作為示例來驗證覆蓋件，.RoboticsComputer-Integrated Manufacturing，如圖 4 所示，1989 年， 5 (３）: 293-325. [4] WangY. Atime 有限元方法用于鏈接坐標中彈性機構(gòu)的動力學分析[J]. Computers223-230. and Structures, 2001,79 (２）: [ 5] RongY, Bai Y.Automatedgenerationofffixtureconfigurationdesign [J].Transactionof theASME, 1999,119 (５）:.208-219 4 Design Example Fig.4 [6] Liu W J.Astudyonmodular fixture design with in- element and interactive裝配-檢驗器設計實例智能選型[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,設計科學ps 和結(jié)果是：1996, E a 3 (４）:. 45-48萬方數(shù)據(jù)