面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法技术

本发明专利技术公开了面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法：1)获取装配体CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合；2)根据目标零件到机架零件的顺序，自动构建装配体零件之间几何要素误差传递关系图GAsm＝(V，E)；3)获取装配体中零件三维CAD模型和公差标注信息；4)将获取到的公差标注信息转化为基准‑‑目标关联形式的数据；5)从装配体零件之间几何要素误差传递关系图中获取零件内部几何误差传递关系图建立所需的装配定位要素信息；6)利用装配定位要素信息和零件内部基准‑‑目标关联数据，自动构建属于装配体零件之间几何误差传递关系图对应顶点的零件内部几何要素误差传递图GPart＝(V’，E’)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机辅助公差设计(CAT)
，尤其涉及一种机械产品公差自动分析和设计软件中的误差传递路径图的生成方法。
技术介绍
装配公差分析的目的是确定机器中目标要素的位置变动范围以及机器中各零件上的关联要素的几何误差对目标要素位置变动影响的敏感程度和贡献程度。确定这一变动范围需要涉及机器装配模型上全部关联零件和关联要素，因此需要找出机器上全部关联零件和关联要素，确定零件上各关联要素的几何误差对目标要素的位置影响的作用路径，分析关联要素之间的误差作用方式，获得关联要素之间的相对位置变动规律，最终获得目标要素的位置变动范围和变动规律。全部关联要素的误差作用路径的综合就是机器中几何要素误差传递关系图。因此，几何要素误差传递关系图的自动构建，是实现装配公差自动分析的核心工作。目前，国内外相关研究机构和研究人员在三维装配尺寸链的建立方面已有较多研究，多数方法基于数据结构中的图结构、树结构或者线性表对尺寸链进行表示，但都还存在一些问题。这些问题包括：1)只能描述链式尺寸，或者将空间尺寸关系分解到三个坐标方向上单独进行计算。2)装配关系简化为线性串连装配关系，而非多个零件空间装配定位。3)装配关系表示模型不适用于表示误差传递关系，导致尺寸传递关系生成算法复杂，不利于直接用于装配公差分析。4)各类三维设计分析软件对于装配模型几乎都采用了装配结构树的形式，而装配关系树仅能表示零部件的所属关系，尤其是描述装配零件由多个定位零件共同定位时，树结构就无法描述，等等。因此，现有方法还不能正确表示机器中零件之间、零件内部几何要素之间的几何误差传递和影响的真实情况，实际装配关系以及参与装配的几何要素及其在零件内部的误差传递关系较为复杂。因此，基于图结构的表示是基本的方法，通过建立装配体中零件之间、零件内部几何要素之间的几何要素误差传递关系图，可以得到空间尺寸传递路径。通过利用现有的CAD系统及其三维公差标注系统所提供的几何及其公差信息，再建立适用于后续公差分析的计算算法，并且将计算分析过程集成于CAD软件中，从而方便设计人员在产品模型设计阶段进行有效的公差分析。这是实现装配公差分析的自动化的主要目的。由于计算机辅助公差技术的复杂性，使对公差设计技术特别是三维公差设计技术的研究远远落后于对CAD、CAPP和CAM的研究，使其难以与目前的CAD/CAPP/CAM集成。随着三维CAD软件逐渐成为产品设计的方向和主流，如何在三维CAD模型上进行公差分析与综合已成为一个必须解决的问题。开发更具实用性的计算机辅助三维公差分析软件，必须建立准确描述装配关系及几何要素定位关系的计算机表示模型，而几何要素在机器中和零件内部的误差传递关系的自动建立是其中的核心内容。
技术实现思路
基于上述现有技术的现状，本专利技术采用数据结构中的双向图来描述几何误差的传递关系，根据装配CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合，从目标零件到机架零件的顺序自动构建装配体零件之间几何误差传递关系图GAsm＝(V，E)，根据装配配合关系涉及的装配定位要素对，细化装配体零件之间几何误差传递关系图中边的数据域信息。然后利用装配体零件之间几何误差传递关系图中边的装配定位要素数据，同时根据零件内部由三维公差标注信息转化为基准要素定位目标要素形式的数据，自动构建属于装配体零件之间几何误差传递关系图对应顶点的零件内部几何要素误差传递图GPart＝(V’，E’)。从而建立了全部关联几何要素在机器中的误差传递关系图，为机器内几何要素之间实际相对位置的计算和影响其相对位置变化的关联要素的搜索建立基础。本专利技术所涉的基本概念：定位零件和装配零件：机器由零件逐个装配而成，当前正在装配的零件称为装配零件，而已装到机器上、对装配零件进行定位的零件称为定位零件。定位基准和装配基准：装配零件与定位零件的装配接触副中，位于定位零件上的基准表面为定位基准，位于装配零件上的基准表面为装配基准。机器上的一个中间零件既有定位基准又有装配基准，定位基准用于定位其它零件，装配基准是本中间零件被定位的基准。机器上的机架零件的装配基准是机器的基础基准，机器中目标零件的定位基准是机器公差分析的目标要素。从机架零件开始到目标零件结束，机器由一系列装配基准-定位基准组成的基准对所构成。本专利技术采取如下技术方案：一种面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法，其按如下步骤进行：(1)获取装配CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合。装配模型主要有两方面的数据组成，一方面是装配体中所有用到的零件模型，另一方面是装配配合信息，包括装配体中各个零件作为组件参与装配的唯一组件名称、各个组件之间的装配配合关系。通过CAD系统提供的二次开发API函数，可以方便获取当前装配模型中的所有组件集合Components_Set和装配配合关系集合Mates_Set，将装配体组件集合和装配配合信息集合分别作为两个单独的临时集合，采用普通的链式存储数据结构存放即可，需要注意的是，保证节点的先后顺序与装配模型中的一致。Components_Set装配体组件集合的节点数据包括组件及其映射的零件模型，Mates_Set装配配合关系集合的节点数据包括装配关系类型、装配组件指针、定位组件指针、装配零件上的定位要素、定位零件上的装配要素。(2)从目标零件向机架零件自动构建装配体零件之间几何误差传递关系图GAsm＝(V，E)，图中V代表零件的集合，E代表装配定位关系的集合。根据装配接触副的配合关系，细化装配体零件之间几何误差传递关系图中边的数据域信息。机器由零部件相继装配而成，零件在机器中的位置由定位基准和装配基准通过装配接触进行定位。装配接触关系中的全部装配基准必然属于同一个装配零件上，装配接触关系中的全部定位基准要素既可能位于同一定位零件上、也可能分别位于不同定位零件上，即一个装配零件存在一个或多个定位零件。装配体零件之间几何误差传递关系图是描述机器中起定位作用的全部零件和目标零件的关联关系的数据结构，装配体零件之间几何误差传递关系图是一张双向图，不仅能够表达装配定位中零件的组成信息，而且能够表达零件之间的装配定位约束关系、装配顺序和接触关系几何类型。因此，装配关系图中每个顶点存储的数据为：1)零件文件对象指针；2)对应的零件内部几何要素关系图GPart；3)装配零件的全局坐标系相对于第一定位零件的全局坐标系的齐次坐标变换矩阵。...

【技术保护点】
一种面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法，其特征是按如下步骤进行：(1)获取装配体CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合；(2)根据目标零件到机架零件的顺序，自动构建装配体零件之间几何要素误差传递关系图GAsm＝(V，E)，并根据装配接触副的装配配合关系，细化装配体零件之间几何要素误差传递关系图中边的数据域信息；(3)获取装配体中零件三维CAD模型和公差标注信息；(4)将获取到的公差标注信息转化为基准‑‑目标关联形式的数据；(5)从装配体零件之间几何要素误差传递关系图中获取零件内部几何误差传递关系图建立所需的装配定位要素信息；(6)利用装配定位要素信息和零件内部基准‑‑目标关联数据，自动构建属于装配体零件之间几何误差传递关系图对应顶点的零件内部几何要素误差传递图GPart＝(V’，E’)，完成装配体几何误差传递关系图的建立。

【技术特征摘要】
1.一种面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法，其
特征是按如下步骤进行：
(1)获取装配体CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合；
(2)根据目标零件到机架零件的顺序，自动构建装配体零件之间几何要素
误差传递关系图GAsm＝(V，E)，并根据装配接触副的装配配合关系，细化装配
体零件之间几何要素误差传递关系图中边的数据域信息；
(3)获取装配体中零件三维CAD模型和公差标注信息；
(4)将获取到的公差标注信息转化为基准--目标关联形式的数据；
(5)从装配体零件之间几何要素误差传递关系图中获取零件内部几何误差
传递关系图建立所需的装配定位要素信息；
(6)利用装配定位要素信息和零件内部基准--目标关联数据，自动构建属于
装配体零件之间几何误差传递关系图对应顶点的零件内部几何要素误差传递图
GPart＝(V’，E’)，完成装配体几何误差传递关系图的建立。
2.如权利要求1所述面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和
构建方法，其特征在于：步骤(2)，装配体零件之间几何误差传递关系图是一
张双向图，其顶点存储的数据为：1)零件文件对象指针；2)对应的零件内部
几何要素误差传递关系图GPart；3)零件全局坐标系相对于第一定位零件的全局
坐标系的变换矩阵；该装配体零件之间几何误差传递关系图的边采用两个单链
表的方式表示，分别称之为正邻接表和逆邻接表；规定从定位零件出发，指向
装配零件的边为正向边，用当前顶点的正邻接表记录，同时该搜索方向称为正
向搜索；从装配零件出发，指向定位零件的边为逆向边，用当前顶点的逆邻接
表记录，同时该搜索方向称为逆向搜索。
3.如权利要求2所述面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和

\t构建方法，其特征在于：装配体零件之间几何误差关系图的边的数据为：1)当
前顶点所指向的顶点；2)当前顶点和所指向顶点之间的装配关系类型；3)当
前顶点与所指向顶点之间的所有装配接触关系中的装配基准面及其定位基准
面、以及这些装配定位基准面对的顺序。
4.如权利要求1-3任一项所述面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系
图表示和构建方法，其特征在于：步骤(2)，根据获取到的当前装配模型中的
所有组件集合Components_Set和装配配合关系集合Mates_Set，以及装配关系图
顶点、边的定义，自动建立算法按如下步骤：
1)从目标组...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉光，顾齐齐，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33