[发明专利]基于CAD与实测数据共融模型的虚拟装配系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于CAD与实测数据共融模型的虚拟装配系统及方法，将装配体理论集成信息树模型和装配体本质化点云模型通过实例化整合到同一空间域后进一步共融集成，得到装配要素信息共融模型。装配体理论集成信息树模型为理想CAD模型中的零部件级信息集、装配级信息集，以及相应零部件的理想装配关系信息集，三者集成的集成信息树模型；装配体本质化点云模型为对三维测量获取的产品点云数据处理后得到的本质化点云模型。本发明通过对理想CAD模型与实测模型的共融优化，得到集成了两模型有效信息的共融模型，在此模型基础上进行的虚拟装配操作，可获取直接指导实际装配工作的信息，装配精度和可靠性均得到提升，适于大范围推广使用。

技术领域

本发明涉及一种大型复杂结构件产品的虚拟装配系统，尤其涉及一种基于理想CAD模型与实测数据模型的信息共融模型的高精度虚拟装配系统。

背景技术

虚拟制造技术是智能制造技术的重要组成模块之一，而在虚拟制造过程中的虚拟装配技术同样是关键部分。虚拟装配主要指：在没有建立结构件物理模型、或在进行产品实际物理模型装配工作之前，利用计算机及相关人机交互设备(操作设备、可视化装备等)，在纯虚拟CAD环境中构建各装配要素、模拟零部件等进行装配操作，并借此模拟装配经验、知识为物理模型的装配进行辅助指导。

然而，就目前国外内研究整体进展看，虚拟装配相对于其余虚拟制造的环节而言，较为薄弱，尤其在针对大型、复杂结构件装配时，虚拟装配辅助效果并不理想，主要原因有：

(1)产品的实际物理模型，在其生产制造过程各个环节中，都极易产生不可避免的制造精度误差，包括尺寸精度误差、形状误差、位置误差等等，难以与理想CAD模型保持一致，这使得虚拟装配工作的经验等指导信息价值缩减。

(2)装配体各装配要素大概率由不同制造工艺组成，然而在装配时，几乎不考虑工艺特点导致的在装配环节可能出现的变化，以及所述变化带来的影响(如表面形变)。

随着三维测量、反求工程及大数据处理技术的进步，一定程度上弥补了上述传统虚拟装配技术的不足：通过对实际物理模型的三维测量，获取实测模型点云数据，经数据处理等操作后获取近似实物模型。这种基于实物数据模型的虚拟装配，对于实际装配过程有着更好的指导作用。然而其在几何关联、拓扑关系、工艺信息等方面的缺失，同样是制约着虚拟装配精度和可靠性的重要影响因素。

本发明提出一种基于理想CAD模型和物理模型实测数据的信息共融模型，通过结合CAD模型的几何拓扑、工艺属性信息和实测的数据模型近实物性的数字化点云数据，建立集成了两模型有效信息的产品装配要素共融模型，形成面向实际应用的高精度虚拟装配系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提高现有大型结构件产品虚拟装配技术的精度，以满足实际装配应用要求。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于CAD与实测数据共融模型的虚拟装配系统，其特征在于：包括装配体理论集成信息树模型M₁和装配体本质化点云模型M₂，将装配体理论集成信息树模型M₁和装配体本质化点云模型M₂通过实例化整合到同一空间域后，进一步共融集成，得到装配要素信息共融模型M₀；

所述装配体理论集成信息树模型M₁为：理想CAD模型中的零部件级信息集、装配级信息集，以及相应零部件的理想装配关系信息集，三者集成的集成信息树模型，由产品制造信息PMI框架描述；

所述装配体本质化点云模型M₂为：对三维测量获取的产品点云数据，采用点云数据处理技术后得到的本质化点云模型。

优选地，所述装配体理论集成信息树模型M₁中的理想装配关系，包括装配要素间的几何属性装配关系以及非几何属性装配关系。