3-42  基于VR的装配工艺设计

汪代勇  吴昌盛

为了在虚拟的环境中进行产品的装配工艺规划，必须建立一个虚拟装配系统，这就涉及到虚拟装配的建模问题。虚拟装配系统的建模应当包括从模型的数据源——CAD系统提取数据以及数据在虚拟装配(VR)系统中的组织两个方面的问题。下面分别从CAD与VR系统模型的异同、信息转换、虚拟装配系统的模型描述、装配特征等几个方面来描述。

一般的CAD系统均提供有用于二次开发的接口API，可以利用此API将CAD零件中的几何信息与拓扑信息提取出来供虚拟装配系统使用。在虚拟装配系统中使用Unigraphics V16作为CAD建模工具。根据UGII零件模型的内部表示方式，以零件的拓扑结构为骨架，将拓扑信息、零件的形状参数、定位参数等信息写入自定义格式的文本文件中；以零件的几何面为单位，对零件的每一个几何面进行离散，将图形信息经过转换后写入到WTK的中性格式文件NFF文件中。

由于目前的虚拟装配系统的开发环境是桌面虚拟现实系统，因此使用空间轨迹球来模拟位置传感器检测零部件在虚拟空间的位置，使用5DT数据手套来检测用户的装配意图。

在装配仿真的过程中用户选择了零件以后，零件(待装配件)模型在用户传感器输入的引导下在虚拟空间中运动。系统同时检测待装配件是否与环境中的其它的零件发生了碰撞。如果发生了碰撞，系统首先检查被碰撞的零件是否可以作装配的基准件，然后查看待装配件与基准件各自定义的装配特征是否可以匹配，如果不存在可以装配的特征对则待装配件复位，否则系统继续检测用户是否有装配意图(用户确认)，如果用户有装配意图就自动调整待装配件的位姿、增加零件的约束，计算零件的等效自由度等。

在虚拟装配系统中，根据已经建立的产品装配树以及零部件装配过程记录的仿真结果，工艺设计师来完成工艺规程的设计。本系统中使用工艺规程树进行工艺规程的动态导航，以便于对规程内容的定位。工艺规程树将装配任务、子任务、工序、工步、工序图、工艺辅助设备以及表现装配过程的零件运动路径等有机的结合在一起形成一份可视化的工艺规程。

根据以上的设计思路并且结合产品装配工作的需要，在实践中车轮装配模型是在UGII V16中建立的，系统首先利用接口从UGII中提取模型的CAD数据，在VAS中进行重建，建立产品的装配树；接着进行零件装配的过程仿真(虚拟装配)，最后以此为基础进行装配工艺过程的初步设计。

通过在VAS系统中对从CAD系统中提取的零件模型进行重构，建立产品的装配树，在VAS系统中对产品的装配过程进行仿真，工艺设计师可以对设想的装配规划进行验证和调整，通过对零部件在装配仿真过程中所记录的运动轨迹进行编辑、对零部件在装配的路径上可能发生的碰撞进行检查，从而选择一个最优的装配方案，设计出一份可视化的工艺规程。利用所设计的可视化工艺规程还可以对操作者进行教育培训。

实际系统中存在的主要问题是碰撞检测的速度问题。特别地当零件是比较复杂的凹体零件，由于使用包围盒法难以快速有效地排除非碰撞面，导致碰撞检测成为系统性能的瓶颈，今后的工作应当着重于碰撞检测的算法问题。