CAA的复杂产品装配干涉矩阵自动生成方法研究.pdf

3 6 机械 设 计与 制造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n u f a c t ur e 第 1 期 2 0 1 6年 1月 基于 C A T I A C A A的复杂产品装配 干涉矩阵 自动生成方法研 究 李伊 刘恩福 刘晓阳 刘博 河北科技大学 机械工程学院 河北 石家庄0 5 0 0 1 8 摘要 为了实现 C A T I A环境下复杂产品装配干涉矩阵的快速自动生成 首先 阐述了干涉检测理论 研究了包围盒预 检测法的实现机理 并采用包围盒预检测的干涉判断方法 通过比较零件轴向包围盒在全局坐标系下的相对位置 初步 快速进行零件间的干涉判断 获得部分零件间的装配干涉信息 然后 对剩余零件间的干涉情况做进一步判断 给出基于 C A T I MC A A进行产品装配干涉检查的实现方案 通过比较 C A T I A C A A不同接口的干涉检查效率 确定选用 C A T I A C A A 自带接口进行产品的装配干涉检查 最后 开发了原型系统 通过实例展示了装配干涉矩阵的自动生成 并借助实验数据 比较 了不 同干 涉检测方法的效率 关键词 干涉矩阵 C A T I A c A A 复杂产品 干涉检查 包围盒 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 6 0 1 0 0 3 6 0 4 Re s e a r c h o n Au t o ma t i c Ge n e r a t i o n Me t h o d o f As s e mb l y I n t e r f e r e n c e Ma t r i x f o r Co mp l e x Pr o d u c t B a s e d o n CATI N CAA L I Yi LI U En f u LI U Xi a o y a n g LI U Bo S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g He b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y H e b e i S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 1 8 C h i n a Ab s t r a c t T o r e a l iz e t h e a u t o m a t i c g e n e r a t i o n o f o s s e m b l y i n t e 矿 e F e n c e mat r i x f o r c o m p l e x p r o d u c t i n t he e n v i r o n m e n t of C A T I A fi r s t l y t h e t heo r y of i n t e 毋F e n c e d e t e c t io n i s e x p o u n ded R e a l iz atio n me c h a n is m of i n t e d e r e nce j u d g m e n t m e t h o d of b o u n d i n g b o x p r e d e t e c t i o n is s t u d ie d T h is m e t h o d is a d o p t e d f o r p r i m a r y q u i c k j udg m e n t o fi n t e 咖F e nce b e t w e e n e a c h p a r t t h r o u g h t he c o m p a r i s o n o fr e l a t i v e p o s i t i o n s oft he b o u n d i n g b o x e s i n g l o b al c o o r d i n a t e s y s t e m S O t h at a s s e mb l y i n t e 矿 e r e nce i n f o r m a t ion b e t w e e n p a r t i a l p a r t s is acq u i r e d Mo r e o v e r i n t e 矿 e r e n c e c o n d i t i o n b e t w e e n t h e r e m a n e n t p o r t s i s j u d g e d i n d e p t h R e aliz atio n s c h e m e ofass e m b l y i n t e 咖r e nce d e t e c t i o n b ase d o n C A T I A C A A v e l k B y c o m p a r i n g t h e i n t e 咖F e nce d e t e c t i o n e ff t c i e n c ie s o fd if f e r e n t i n t e rf ace s C A T I A C A A t h e i n t e C a c e b e l o n g t o C A T I A C A A is c h o s e n f o r ass e m b l y i n t e r e nce det e c t io lk F i n a l l y p r o t o t y p i n g s y s t e m is d e v e l o p e d a n d a c ase is g i v e n t o s h o w t h e aut o mat i c g e n e r at i o n of ass e m b l y i n t e 矿 e r e nce m a t r i x E f fi c ien c i e s o fd iffe r e n t i n t e 咖Fe nce det e c t io n met h o d s a r e c o m p are dt h r o u g h e x p e r i m e n t al d ata Ke y W o r d s I n t e r f e r e n c e M a t r i x CATI A CAA Co mp l e x P r o d u c t In t e r f e r e n c e De t e c t i o n Bo u n d i n g Bo x 1引言 在 工业 4 0 中 虚拟装配 V i r t u a l A s s e m b l y V A 技术作为 工业生产数字化的重要内容之一 可以克服传统装配主要依靠经 验的缺陷 提前发现产品装配设计的不足 缩短新产品的开发周 期 以及降低产品生产成本旧 C A T I A由于其曲面造型能力的突出 近些年被越来越多的 应用于飞机 船舶 汽车发动机等复杂产品的建模 目前 装配 干涉矩阵的自动提取技术主要应用于 U G P R O E等三维设计软 件 由于 C A T I A二次开发工具 C A A本身的复杂性 鲜有针对 C A T I A的干涉矩阵自动生成编程方法出现 且现有方法效率较 低 无法满足复杂产品装配干涉信息的快速生成 以下讨论在原有干涉矩阵自动生成算法的基础上 提出基 于包围盒预检测的干涉判断方法 并调用 C A A自带干涉检查接 口用于原型系统的开发 在准确判断干涉的同时 保证了复杂产 品装配干涉矩阵的生成效率 2干涉检测理论及干涉矩阵 干涉检测问题是确定不同的物体在同一空间是否占有相同 区域的问题 该问题可以描述为 给定 个物体 S 其 来稿 日期 2 0 1 5 0 7 1 1 基金项目 河北省应用基础研究计划重点基础研究项目 1 4 9 6 1 8 1 1 D 河北省高等学校技术研究项目 Q N 2 0 1 4 2 0 7 河北科技大学通用航空产业重点工程实验室开放基金 T Y 0 1 作者简介 李伊 1 9 8 9 一 男 河北邢台人 硕士研究生 主要研究方向 制造业信息化 刘恩福 1 9 6 0 一 男 河北唐山人 硕士研究生 硕士生导师 教授 主要研究方向 制造业信息化 3 8 机 械 设 计 与 制 造 No 1 J a n 2 0 1 6 则这两个零件在 方向不会干涉 不必再进行干涉检查 否则再驱动主动件步进移动 并在每一步进行静态干涉检查 4 2包围盒预检测信息的提取 零件的轴向包围盒 在全局坐标系下 可以通过包围盒上坐 标最小和最大的两个点加以表示 C A T I MC A A中自带提取轴向 包围盒的类 C A T Ma t h B o x 提取的思路是首先提取零件 P a r t 下 的每个零件几何体 B o d y 的包围盒 在这些包围盒中找到全局坐 标系下的最小点和最大点 即是整个零件的包 围盒 编程提取流 程 如图 4 所示 获得 引用文档指针 G e t D o e u m e n 1 获得 引用根容器 指针 G e t R o o t C o n t a i n e r 获得零件特 征指针 G e t P a n 获得零件几何体列表 G e t S o l i d B o d i e s 获 得 零 盔 针 列 表 获得 几何特征包 围盒 Sot L o w S e t Hi s h 获得局 部 坐 标 Ad 系 d l n 下 s i 的 d e 零 件包 获得零件位姿矩阵 G e t Ab s P o s i t i 0 n 爱 螽 图 4包围盒信息提取流程 Fi g 4 Ex t r a c t i o n P r o c e s s o f Bo u n d i ng B o x I n f o r ma t i o n 5干涉判断方法的研究 5 1布尔求交运算的干涉检查 这种方法使用的都是 C A A中的公开接口 因此被以往的开 发人员广泛使用 应用几何布尔求交对两零件进行干涉检查的核 心思路是对两零件进行布尔求交运算 如果交集为空 则两零件 不干涉 否则为干涉 在C A T I A C A A中 不能直接对两 P a r t 进行 布尔求交运算 只能进行两 B o d y的布尔运算 且两个 B o d y 必须 在同一个 P a rt文件中 为解决这个 问题 需要新建一个空的 P a rt 将两个零件中的所有 B o d y 都复制进来 并保证复制进来的B o d v 的空间位姿的正确性 在新的 P a r t 中进行 B o d y的布尔求交运 算 判断两零件在 方向是否干涉 流程如图 5 所示 图 5通过布尔求交检查干涉流程图 F i g 5 P r o c e s s o f I n t e r f e r e n c e De t e c t i o n T h r o u g h Bo o l e a n I n t e r s e c t i o n Op e r a t i o n 5 2 C A T l A A自带接 口的干涉检查 C A T I A C A A中有关干涉检查 的类 有 C A T I C l a s h F a c t o r y C A T I C 1 a s h C A T I C l a s h R e s u h和 C A T I C o n fl i c t 四个 全部为半公 开 在 C A T I MC A A的安装 目录中搜索这四个接口就可以找到这 四个类的头文件 打开后可以看到每个类下各个函数的定义 这四个类所在的文件夹名称 S p a c e A n a l y s i s I n t e r f a c e s 即为框 架 F r a m e 名称 c A T S a i s p a c e A n a 1 v s i s I t f 为这四个类所在的模块 同样以 方向为例 通过 自带干涉检查接 口判断干涉 流程 如图 6所示 图6通过自带接口检查干涉流程图 F i g 6 P r o c e s s o f I n t e rfe r e n c e De t e c t i o n Th r o u g h I n t e r f a c e Be l o n g t o CATI M CAA 5 3两种干涉检查方法的比较 通过布尔求交运算进行干涉检查的方法虽然用到的接口都 是公开接 口 但过程繁琐 每判断一次 就要将两零件的所有 B o d y 复制到新建的P a rt中 并在新的P a r t 中对每两个 B o d y 都要 进行一次布尔求交运算 判断结束后还要删除新建 P a rt中的所 有 B o d y以方便下一次的判断 计算机的运算量非常大 通过 C A T I MC A A自带接口进行干涉检查用到的接 口都为 半公开 函数的调用方法不好掌握 但这些接 口都是为干涉检查 专 门设计封装 的 C A T I A系统 内部 的干涉检查模块也是用这 些 接 口开发的 用这些接 口进行干涉检查 只需在产 品的