汽車零部件檢測(cè)儀智能設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
概括：
汽車零部件檢測(cè)儀作為判斷汽車零部件乃至整車質(zhì)量的專用檢測(cè)設(shè)備，在準(zhǔn)確、快速檢測(cè)汽車零部件的成型質(zhì)量和尺寸精度，保證整車質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展和新車型開(kāi)發(fā)周期的縮短，對(duì)汽車檢具的需求將會(huì)增加。檢具的特點(diǎn)是專用性強(qiáng)，檢具的結(jié)構(gòu)因被檢零件而異。目前檢具設(shè)計(jì)面臨很多實(shí)際問(wèn)題：如何快速確定檢測(cè)工具的整體空間規(guī)劃，如何合理、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地定位復(fù)雜曲面的被檢測(cè)部件，以及如何使檢測(cè)工具零件的設(shè)計(jì)與檢測(cè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀完全匹配等。解決這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，需要涉及多個(gè)理論學(xué)科，包括：計(jì)算幾何、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化理論等。因此，研究檢具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是一個(gè)重要的課題。具有理論意義和使用價(jià)值的研究課題。本文根據(jù)檢具的組成和功能特點(diǎn)，以定位、檢測(cè)、夾持三大關(guān)鍵功能為核心，建立檢具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和總體設(shè)計(jì)流程，并進(jìn)行圍繞關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。介紹了相應(yīng)的理論和算法，最終以CAD軟件插件的形式實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)。本文具體研究的內(nèi)容如下： 研究了檢具設(shè)計(jì)中求解被檢測(cè)工件模型的最小體積邊界框的算法。最小體積包圍盒不僅可以作為檢具整體空間設(shè)計(jì)的參考，還可以用于空白體積的計(jì)算、相交算法以及零件位置姿態(tài)的確定. 它具有廣泛的應(yīng)用意義。研究了檢具設(shè)計(jì)中求解被檢測(cè)工件模型的最小體積邊界框的算法。最小體積包圍盒不僅可以作為檢具整體空間設(shè)計(jì)的參考，還可以用于空白體積的計(jì)算、相交算法以及零件位置姿態(tài)的確定. 它具有廣泛的應(yīng)用意義。研究了檢具設(shè)計(jì)中求解被檢測(cè)工件模型的最小體積邊界框的算法。最小體積包圍盒不僅可以作為檢具整體空間設(shè)計(jì)的參考，還可以用于空白體積的計(jì)算、相交算法以及零件位置姿態(tài)的確定. 它具有廣泛的應(yīng)用意義。
本文提出了一種最小體積包圍盒算法——PCA迭代算法。該算法采用主成分分析(PCA)方法獲取物體模型表面法向量的統(tǒng)計(jì)主成分，快速構(gòu)造邊界框的初始解，然后迭代求解高精度最小邊界模型的盒子。與傳統(tǒng)算法相比，該算法避免了解的盲目性，提高了算法的計(jì)算效率和實(shí)用性。研究了適合于檢測(cè)工具的被檢測(cè)工件定位方案的自動(dòng)設(shè)計(jì)方法。作為檢測(cè)工具，除了滿足被測(cè)件定位準(zhǔn)確、唯一性的要求外，還必須滿足定位元件加工偏差的魯棒性汽車檢具，抗檢測(cè)干擾的穩(wěn)定性汽車檢具，以及被測(cè)件重復(fù)取放的方便性。便于分離的三個(gè)要求。然而，傳統(tǒng)的單一定位精度評(píng)價(jià)方法一般只考慮定位接觸的位置和方向，而忽略了與定位穩(wěn)定性相關(guān)的整體布局因素。本文建立了定位布局多目標(biāo)優(yōu)化模型，以定位精度指標(biāo)和定位穩(wěn)定性指標(biāo)為兩個(gè)目標(biāo)，利用第二代非支配排序遺傳算法（NSGA-II）對(duì)定位點(diǎn)布局進(jìn)行優(yōu)化，得到準(zhǔn)確性。，穩(wěn)定的定位方案。同時(shí)，該算法結(jié)合多屬性決策理論，采用TOPSIS逼近理想解和信息熵加權(quán)的方法選擇最佳Pareto解集，避免了定位和布局的盲目性。此外，該算法基于參數(shù)化曲面技術(shù)和 3-2-1 定位約束。它采用在被檢工件模型表面移動(dòng)定位點(diǎn)的方法，不斷尋找定位布局方案，保證被檢零件與檢具的輕松分離。同時(shí)避免了傳統(tǒng)算法離散化幾何模型造成的精度損失。采用TOPSIS逼近理想解和信息熵加權(quán)的方法來(lái)選擇最優(yōu)的Pareto解集，避免定位和布局的盲目性。此外，該算法基于參數(shù)化曲面技術(shù)和 3-2-1 定位約束。它采用在被檢工件模型表面移動(dòng)定位點(diǎn)的方法，不斷尋找定位布局方案，保證被檢零件與檢具的輕松分離。同時(shí)避免了傳統(tǒng)算法離散化幾何模型造成的精度損失。采用TOPSIS逼近理想解和信息熵加權(quán)的方法來(lái)選擇最優(yōu)的Pareto解集，避免定位和布局的盲目性。此外，該算法基于參數(shù)化曲面技術(shù)和 3-2-1 定位約束。它采用在被檢工件模型表面移動(dòng)定位點(diǎn)的方法，不斷尋找定位布局方案，保證被檢零件與檢具的輕松分離。同時(shí)避免了傳統(tǒng)算法離散化幾何模型造成的精度損失。它采用在被檢工件模型表面移動(dòng)定位點(diǎn)的方法，不斷尋找定位布局方案，保證被檢零件與檢具的輕松分離。同時(shí)避免了傳統(tǒng)算法離散化幾何模型造成的精度損失。它采用在被檢工件模型表面移動(dòng)定位點(diǎn)的方法，不斷尋找定位布局方案，保證被檢零件與檢具的輕松分離。同時(shí)避免了傳統(tǒng)算法離散化幾何模型造成的精度損失。
研究了檢測(cè)元件配合面產(chǎn)生的三維曲線偏移方法。為了與被檢產(chǎn)品的表面結(jié)構(gòu)和形狀完全匹配，檢測(cè)元件的設(shè)計(jì)往往是根據(jù)被檢零件邊緣面的趨勢(shì)，通過(guò)零件邊界曲線和直紋面進(jìn)行線性插值。曲面延伸方向的三維偏移曲線。設(shè)計(jì)配合面。直紋面在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛（如注塑模具分型面設(shè)計(jì)）。但是，由于3D曲線偏移的復(fù)雜性，目前大部分商用CAD軟件都沒(méi)有提供有效的操作工具。本文提出了一種三維曲線近似偏移方法，該方法使用“ 本文分別對(duì)待曲線一階不連續(xù)點(diǎn)的凸擴(kuò)展和凹擴(kuò)展偏移：1) 本文提出了一種新的正權(quán)重球面有理Bézier曲線生成算法，解決了當(dāng)前球面有理數(shù)的問(wèn)題Bézier曲線解常包含負(fù)權(quán)重，無(wú)法用CAD軟件繪制，因此可以用球面有理Bézier曲線連接凸延伸中分裂的偏移曲線；2) /重疊偏移區(qū)域的修剪和平滑，解決了凹延伸中偏移曲線的斷線或連續(xù)性差的問(wèn)題。本文提出了一種新的正權(quán)重球面有理貝塞爾曲線生成算法，解決了目前球面有理貝塞爾曲線解往往含有負(fù)權(quán)重且無(wú)法用CAD軟件繪制的問(wèn)題，從而可以使用球面有理貝塞爾曲線來(lái)連接在凸延伸中分裂的偏移曲線；2) /重疊偏移區(qū)域的修剪和平滑，解決了凹延伸中偏移曲線的斷線或連續(xù)性差的問(wèn)題。本文提出了一種新的正權(quán)重球面有理貝塞爾曲線生成算法，解決了目前球面有理貝塞爾曲線解往往含有負(fù)權(quán)重且無(wú)法用CAD軟件繪制的問(wèn)題，從而可以使用球面有理貝塞爾曲線來(lái)連接在凸延伸中分裂的偏移曲線；2) /重疊偏移區(qū)域的修剪和平滑，解決了凹延伸中偏移曲線的斷線或連續(xù)性差的問(wèn)題。
該算法基于CAD軟件的曲線標(biāo)準(zhǔn)——NURBS曲線實(shí)現(xiàn)，可廣泛應(yīng)用于各類CAD軟件，具有很強(qiáng)的通用性和工程實(shí)際意義。研究了智能靈活的夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)檢查方法。目前的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)系統(tǒng)僅限于零件幾何模型的訪問(wèn)功能，難以滿足智能化設(shè)計(jì)發(fā)展的需要。本文重新定義了零件信息模型，增強(qiáng)了零件模型的可擴(kuò)展性、多樣性和智能化。并提出了一種帶約束表達(dá)式的參數(shù)控制方法，結(jié)合支持?jǐn)?shù)學(xué)函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)變量的算術(shù)表達(dá)式求解算法，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的參數(shù)選擇界面自動(dòng)化方法，可根據(jù)各類型零件參數(shù)的類型和數(shù)量。實(shí)現(xiàn)選擇界面的自動(dòng)布局，解決個(gè)性化界面的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展問(wèn)題，使系統(tǒng)界面更加友好，更易于操作。同時(shí)，通過(guò)腳本技術(shù)和知識(shí)融合，使零件具有自動(dòng)裝配、定位等智能行為。在此基礎(chǔ)上，采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，結(jié)合本地緩存技術(shù)、面向界面設(shè)計(jì)和COM技術(shù)、CAD插件技術(shù)等，構(gòu)建了一個(gè)靈活的智能零件庫(kù)系統(tǒng)，可以在異構(gòu)CAD軟件上傳遞值，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立。，它集成了零件查詢，知識(shí)化裝配等功能，提高了零件庫(kù)使用的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度。在上述理論研究成果的基礎(chǔ)上，本文以復(fù)雜檢具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造結(jié)果轉(zhuǎn)換項(xiàng)目為背景，實(shí)現(xiàn)了汽車零部件檢具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性和有效性。
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