[发明专利]虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种虚拟制造技术，尤其是一种虚拟装配技术在电缆装配设计中的实现方法，具体地说是一种虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法。

背景技术

机电产品通常包括机械系统部分和电气系统部分，而电缆是电气系统中传输电流和信号的重要元器件，广泛使用在武器设备、飞行器、汽车、计算机和家用电器等从军用到民用的机电产品中，而且随着机电一体化技术的发展以及人们对电子产品需求的增强，电缆的应用更加广泛。在这些机电产品的制造过程中，电缆的设计与装配质量已成为影响整个产品质量的重要因素之一。由于电缆种类繁多，形态复杂，并且具有装配空间小、装配类型多样的特性，因此在实际装配过程中极易造成错装、漏装和发生干涉现象，而且给系统的检测和故障排查带来诸多不便。此外，电缆布局的不合理常常会导致产品的重新设计，从而造成极大的浪费。工程上，电缆装配布线一般采用柔性电缆代替真实电缆，对产品实物进行模装试验，进而确定电缆路径长度和电缆网的捆扎方式等，这种制造方式效率低下，产品开发成本高，因此如何在虚拟环境下快速有效地进行电缆装配过程仿真，从而提高实际装配效率和质量，已经成为当前迫切需要解决的问题。

虚拟制造技术的提出为上述问题提供了一个良好的解决办法。虚拟制造技术是在一个统一模型之下对产品制造过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。它从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。而虚拟装配技术是在虚拟现实环境下，而不需要对产品或者支持过程进行物理实现，通过分析、建模、可视化、数据表示等进行或者辅助进行装配相关的工程决策，是虚拟制造技术的重要支撑技术之一。利用虚拟制造技术，在产品进入加工装配环节之前，首先在虚拟制造环境中生成数字化模型代替传统的物理模型进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高企业快速响应市场变化的能力。

作为虚拟制造的支撑技术，CAD技术越来越广泛地应用到产品设计中，而且很多商用CAD软件如Pro/E、UG、CATIA等都提供了电缆的三维造型功能，使得产品设计周期和成本在产品制造过程中所占的比例越来越小。而产品装配作为机械制造过程中的一个重要环节，由于在虚拟装配技术相对于虚拟制造的其他技术而言发展滞后，很难在实际的生产中展开应用，因此造成装配环节的成本和周期在产品制造过程中所占比例越来越大。目前的研究主要集中在针对机电产品机械系统部分的虚拟装配技术的实现上，研究对象基本上为刚体零件，而对于电气系统的虚拟装配技术，尤其是对电缆等柔性体的虚拟装配技术开展的研究并不多，已有的研究是将电缆用离散的圆柱体表示，并使用球体连接各段的圆柱体形成电缆，电缆的形态变化通过控制球体的位置来实现，这种方法无法准确地描述电缆的物理属性，因此难以准确模拟装配过程和对可装配性进行评价和预测。据申请人所知，目前尚无一个系统的，针对电缆在虚拟环境下实时展示其物理属性的，用于虚拟装配技术的技术方法可供人们借鉴使用。

发明内容

本发明的目的是针对目前作为柔性体的电缆装配主要采用圆柱体离散和球体控制难以准确描述电缆的物理属性，因此无法实现虚拟环境下的装配仿真和预测导致生产成本难以下降的问题，发明一种在虚拟环境下根据设计方案建立可柔性变形，但是不改变电缆长度的电缆装配模型，以便于对电缆布线设计进行验证、结合CAD技术、虚拟现实技术和计算机图形学对电缆模型进行信息读取、重构和物理特性的运动仿真的虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法。

本发明的技术方案是：

一种虚拟装配环境下柔性电缆装配模型的实现方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在三维CAD软件中对电缆布线设计出电缆装配模型，通过CAD软件二次开发接口程序读取电缆装配模型的设计信息并同步将电缆装配模型进行三角网格化，生成WRL格式的中性文件；所述的电缆装配模型包括电缆分支模型和电连接器模型，WRL格式下的电缆分支模型由一系列三角面片分割的圆柱面连接组成，圆柱面之间的连接面为圆截面，圆周上分布一系列组成圆柱面的三角面片顶点；

其次，在虚拟现实环境下进行以下电缆装配模型数据的预处理：通过数据转换接口程序读取WRL格式的电缆分支模型文件，建立三角面片和圆柱面的映射关系，并生成各圆截面的中心点集合，同时建立各中心点与分布在圆截面上的点集的映射关系，然后通过数据转换接口程序读取所述的WRL格式的电连接器模型文件，建立三角面片和约束几何面之间的映射关系；