汽車零部件檢測(cè)工具智能設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
摘要：
作為判斷汽車零件乃至整車質(zhì)量的專用檢查設(shè)備，汽車零件檢查工具在準(zhǔn)確，快速地檢測(cè)汽車零件的成形質(zhì)量和尺寸精度，確保零件質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。整車。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，新車型的開(kāi)發(fā)周期縮短了，對(duì)汽車檢查工具的需求也將不斷增加。檢驗(yàn)工具的特點(diǎn)是它的特異性強(qiáng)，并且檢驗(yàn)工具的結(jié)構(gòu)隨要測(cè)試的零件而異。當(dāng)前的檢查工具設(shè)計(jì)面臨許多實(shí)際問(wèn)題：如何快速確定檢查工具的總體空間計(jì)劃，如何合理，準(zhǔn)確和穩(wěn)定地定位具有復(fù)雜曲面的被檢查零件，以及如何使檢查工具零件的設(shè)計(jì)完整與被檢產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀相匹配等等。為了解決這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，有必要涉及多個(gè)理論學(xué)科，包括：計(jì)算幾何學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，動(dòng)力學(xué)，優(yōu)化理論等。因此智能檢具，研究夾具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。具有理論意義和使用價(jià)值的研究課題。根據(jù)檢測(cè)工具的組成和功能特點(diǎn)，以定位，檢測(cè)和夾緊三個(gè)關(guān)鍵功能為核心，建立了檢測(cè)工具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和總體設(shè)計(jì)過(guò)程，并進(jìn)行了深入研究。圍繞關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的理論和算法，最后以CAD軟件插件的形式實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。本文的具體內(nèi)容如下：研究了在檢驗(yàn)工具設(shè)計(jì)中求解被檢驗(yàn)工件模型最小體積邊界框的算法。最小體積邊界框不僅用作檢查工具總體空間設(shè)計(jì)的參考，而且還用于計(jì)算空白體積，相交算法以及確定零件的位置和姿態(tài)。具有廣泛的應(yīng)用意義。
本文提出了最小體積邊界框算法-PCA-迭代算法。該算法使用主成分分析（PCA）方法獲得對(duì)象模型表面法線向量的統(tǒng)計(jì)主成分，并快速構(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框。與傳統(tǒng)算法相比，該算法避免了解決方案的盲目性，提高了算法的計(jì)算效率和實(shí)用性。研究了適用于檢查工具的被檢工件定位方案的自動(dòng)設(shè)計(jì)方法。作為檢查工具，除了要滿足被測(cè)零件的精確定位和唯一性的要求外，它還必須滿足定位組件加工偏差的穩(wěn)健性，抵抗檢測(cè)干擾的穩(wěn)定性以及易于反復(fù)拾取和放置的要求。的測(cè)試零件。易于分離的三個(gè)要求。然而，傳統(tǒng)的單一定位精度評(píng)估方法通常只考慮定位觸點(diǎn)的位置和方向，而忽略了與定位穩(wěn)定性相關(guān)的總體布局因素。建立了以定位精度指標(biāo)和定位穩(wěn)定性指標(biāo)為兩個(gè)目標(biāo)的定位布局多目標(biāo)優(yōu)化模型，并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)定的定位程序。同時(shí)，該算法結(jié)合了多屬性決策理論，采用TOPSIS逼近理想解和信息熵權(quán)法選擇最佳的Pareto解集，避免了定位布局的盲目性。此外，該算法基于參數(shù)化曲面技術(shù)和3-2-1定位約束。它使用在被測(cè)工件模型的表面上移動(dòng)定位點(diǎn)的方法來(lái)連續(xù)搜索定位布局方案，從而確保了被測(cè)零件與檢查工具之間的輕松分離。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。
研究了生成檢查元件配合面的三維曲線偏移的方法。為了完全匹配被檢產(chǎn)品的表面結(jié)構(gòu)和形狀，檢查元件的設(shè)計(jì)通?；诒粰z零件的邊緣表面的趨勢(shì)，直紋表面通過(guò)零件邊界曲線和零件的直線進(jìn)行內(nèi)插。曲面延伸方向上的三維偏移曲線。設(shè)計(jì)配合面。直紋表面廣泛用于工程設(shè)計(jì)（例如注塑模具中的分型表面設(shè)計(jì)）。但是智能檢具，由于3D曲線偏移的復(fù)雜性，大多數(shù)當(dāng)前的商用CAD軟件無(wú)法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，該方法采用“細(xì)分-偏移-插值”方法完成曲線偏移，解決了工程設(shè)計(jì)中自動(dòng)生成高質(zhì)量直紋曲面的問(wèn)題。首先，提出了一種新的曲線細(xì)分方法。通過(guò)將偏移距離引入算法，可以大大減少傳統(tǒng)細(xì)分算法因偏移距離和曲率不同而引起的偏移誤差。然后通過(guò)本文提出的偏移曲線重疊檢測(cè)算法，消除了曲線重疊的三維曲線偏移不同于二維曲線偏移的獨(dú)特情況。最后，對(duì)原始偏移曲線進(jìn)行插值以生成最終偏移曲線。為了提高偏移曲線的質(zhì)量，本文對(duì)曲線一階不連續(xù)點(diǎn)的凸擴(kuò)展和凹擴(kuò)展偏移進(jìn)行了分治：1)提出了一種新的正加權(quán)球面有理貝塞爾曲線生成方法該算法解決了當(dāng)前球面有理貝塞爾曲線解通常包含負(fù)權(quán)重且無(wú)法通過(guò)CAD軟件繪制的問(wèn)題，從而可以將球面有理貝塞爾曲線用于連接凸擴(kuò)展中分割的偏移曲線。2)通過(guò)偏移交點(diǎn)/重疊，區(qū)域的修整是平滑的，解決了凹形延伸中偏移曲線斷斷續(xù)續(xù)的問(wèn)題。
該算法基于CAD軟件的曲線標(biāo)準(zhǔn)-NURBS曲線的實(shí)現(xiàn)，可以廣泛應(yīng)用于各種CAD軟件中，具有很強(qiáng)的通用性和工程實(shí)際意義。研究了夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)的智能靈活檢查方法。當(dāng)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，難以滿足智能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的需求。本文重新定義了零件信息模型，并增強(qiáng)了零件模型的可擴(kuò)展性，多樣性和智能性。提出了具有約束表達(dá)式的參數(shù)控制方法，并結(jié)合支持?jǐn)?shù)學(xué)函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)零件參數(shù)變量的算術(shù)表達(dá)式求解算法，實(shí)現(xiàn)了基于零件參數(shù)的種類和數(shù)量的相應(yīng)的參數(shù)選擇界面自動(dòng)化方法。實(shí)現(xiàn)了選擇界面的自動(dòng)布局，解決了個(gè)性化界面動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的問(wèn)題，系統(tǒng)界面更加友好，操作更加便捷。同時(shí)，通過(guò)腳本技術(shù)和知識(shí)融合，零件具有智能行為，例如自動(dòng)組裝和定位。在此基礎(chǔ)上，使用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，結(jié)合本地緩存技術(shù)，面向接口的設(shè)計(jì)和COM技術(shù)，CAD插件技術(shù)等，可以在異構(gòu)CAD軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)已建立。 ，它集成了零件查詢，基于知識(shí)的裝配等功能，從而提高了零件庫(kù)的智能性和網(wǎng)絡(luò)化程度。在上述理論研究成果的基礎(chǔ)上，以復(fù)雜檢測(cè)工具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造成果轉(zhuǎn)換項(xiàng)目為背景，實(shí)現(xiàn)了汽車零部件檢測(cè)工具的智能設(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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