[发明专利]一种装配体的自动拆卸方法

说明书

技术领域

本发明属于装配体的拆卸和计算机图形处理的交叉技术领域，具体涉及基于计算机图形处理对装配体的各部件的分解次序和分解运动方向进行计算来自动拆卸装配体的方法。本发明利用三维形状的几何特征进行形状分析和理解，特别是对三维形状进行高层结构提取和对单个部件运动分析。

背景技术

在制造业领域，拆卸是实现产品升级维护和更新换代的必要手段，它可以使产品的零部件材料得到充分有效的利用，可以回收，减少对材料资源和能源的需求。目前的拆卸过程都是由人工手动完成的，而复杂的装配体往往由很多零部件组成，如何理解零部件之间的空间连接关系，从而得到正确的拆卸步骤和拆卸方向是一个非常耗时的过程。因此，对装配体的三维模型进行层次结构信息提取和运动分析，并运用分析的结果对装配体进行自动拆卸的方法，具有很大的理论价值和实际应用价值。

另一方面，随着图形硬件速度的加快和3D扫描设备的普及，三维模型的数量和质量的不断提高，人们认为第四代数字多媒体，即数字几何的时代已经到来。如何分析和理解三维模型中蕴含的语义信息，以便更加有效地处理和使用三维模型，以及利用语义信息合成新的三维模型，逐渐成为几何处理领域所关注的最新热点。

Agrawala(M.Agrawala，D.Phan，J.Heiser，J.Haymaker，J.Klingner，P.Hanrahan，B.Tversky，Designing effective step-by-step assembly instructions，ACM TOG(Proc.SIGGRAPH)22(3)(2003)828-837.)提出了一种自动生成装配序列的方法。该方法结合了规划技术和展示技术，通过计算部件之间的遮挡关系来计算部件分解方向和距离，生成单步装配操作示意图，但是该方法中的部件只能沿3个主轴方向运动。

Li(W.Li，M.Agrawala，B.Curless，D.Salesin，Automated generation ofinteractive3D exploded view diagrams，in：ACM TOG(Proc.SIGGRAPH)，Vol.27，2008，pp.101：1-101：7.)提出了一种生成爆炸图来展示装配体部件空间关系的方法。该方法构造一个遮挡关系图，根据部件的遮挡关系推断部件的运动方向，并且提供了一种交互的手段允许用户观察感兴趣的部件。但是在该方法中，模型的层次结构是事先通过手动分割构造的，同时部件也只能沿3个主轴方向运动。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种装配体的自动拆卸方法，以解决现有的装配体的拆卸方法不能够计算非主轴的拆卸方向，无法用于复杂的装配体的拆卸的缺点。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供的一种装配体自动拆卸方法，包括如下步骤：S1、根据装配体的实际结构和形状生成与该装配体相应的数字化三维模型；S2、对所述模型进行形状分析以将其分割成多个部件，建立各部件的有向接触关系，并计算各部件之间的遮挡关系；S3、利用所述各部件的几何特征计算模型的层次结构，将模型划分为若干子装配体模型，并计算各子装配体模型的分解方向；S4、根据所述遮挡关系和模型层次结构计算模型的分解序列，该分解序列包括部件的分解次序和分解运动方向；S5、根据所述分解序列获得所述装配体的各部件的拆卸次序和拆卸方向，完成对所述装配体的物理拆卸。

根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S1通过三维建模软件进行几何建模得到的三维模型。

根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S2包括：S2.1、利用顶点扩展的方法将三维模型分割成多个不同的部件；S2.2、提取每个部件的尖锐边，利用尖锐边将每个部件分割成多个面片，然后对面片进行曲面拟合，并对面片按照其法向量进行聚类，获得每个部件的初始可分离方向集；S2.3、检测各部件之间的接触关系，得到各部件的接触面；S2.4、对各部件之间的接触面进行拟合，得到三维模型的有向接触关系；S2.5、根据各部件之间的有向接触关系，计算各部件之间的遮挡关系。

根据本发明的一种具体实施方式，所述有向接触关系表示为有向接触关系图，该有向接触关系用节点代表一个部件，用边代表对应的两个部件之间存在接触关系，每条边由两条有向半边组成，所述接触面的拟合面的法向量存储在对应的有向半边中。

根据本发明的一种具体实施方式，在步骤S2.3中，通过计算每两个部件之间的最小距离来判断两个部件是否接触。