[发明专利]一种面向低损伤需求的环框组件虚拟装配与修配分析方法

说明书

一种面向低损伤需求的环框组件虚拟装配与修配分析方法，系统通过扫描获得环框组件的实测模型，并通过四个步骤实现环框组件的虚拟装配和可视化装配指导。首先，利用模型数据管理模块导入或者建立满足虚拟装配以及装配可视化需求的多种类型数据，为整个虚拟装配过程提供必要的数据来源；其次，基于几何模型与实物扫描模型匹配的装配特征分割方法，准确地提取所需的装配特征；再次，进行零件的配准，获得与几何模型位姿接近的反求模型，将扫描模型定位到理论装配位置上，为后续的装配位姿调整提供参考依据；最后，结合壁厚约束求解和模型间碰撞干涉检测的方法对所有初始安装后的环框组件进行装配位姿优化求解，获得满足装配要求的最优装配位姿。

技术领域

本发明涉及一种面向低损伤需求的环框组件虚拟装配与修配分析方法，属于产品的虚拟装配技术领域。

背景技术

环框组件是由一系列成型误差较大的零件装配而成的部件，其特点是装配后仍需进一步加工，以满足其形状结构的要求。此类组件广泛应用于航空、航天等产品当中，本发明涉及的环框组件是航天飞行器中典型的环框组件，该环框组件由若干个盒型零件组装而成，整体呈环状结构，在组件装配后需要对外轮廓进行加工以保证外轮廓形状精度。因而组件的装配需要保证足够的加工余量，使得加工后的每个盒型零件外围壁厚尺寸满足设计要求。

目前，环框组件大多采用人工手动装配的方式，零件初始安装定位后，根据装配要求进行零件位姿的反复调整，依赖装配人员的经验，并且装配过程十分繁琐，严重影响产品的装配效率。因此，通过数字化手段扫描获得环框组件的实际模型，利用智能算法分析寻找最优的装配位姿，并提供可视化的装配与修配指导，对于环框组件的高效装配具有重要的意义。然而，由于环框组件的成型误差较大，如何利用实际模型通过可视化手段快速给出装配指导方案，既保证环框组件的装配间隙误差要求又满足加工壁厚要求，是目前还没有解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向低损伤需求的环框组件虚拟装配与修配分析方法，实现基于实测环框组件模型的虚拟装配，有效保证组件间的装配间隙和加工壁厚要求，并提供可视化的装配指导。

本发明的技术解决方案是：一种面向低损伤需求的环框组件虚拟装配与修配分析方法，包括：

通过光学三维扫描设备获得环框装配组件实物模型，以及用于定位的装配孔数据；

利用环框装配组件实物模型与经过坐标点采样的几何模型进行配准，使环框装配组件实物模型与几何模型的位姿一致；

对环框装配组件实物模型逐步分割，得到分割后的装配特征基础；

根据零件的定位孔和定位面的约束情况，对环框装配组件实物模型进行定位约束的优化求解，为组件的装配位姿优化计算提供准确基准；

基于分割后的装配特征基础，结合环框组件外轮廓切削后的壁厚约束条件以及各个环框组件中零件的侧壁干涉约束，构建装配位姿优化模型，并求解最优装配位姿，以及计算环框组件的相邻零件侧壁接触面的修配指导量和零件优化定位基准，基于优化定位基准设计辅助装配工装，优化装配效率。

进一步地，所述利用环框装配组件实物模型与经过坐标点采样的几何模型进行配准，包括：在同一个坐标系下寻找对于一组待配准的环框装配组件实物模型与几何模型之间最合适的空间坐标变换矩阵，实现几何模型与环框装配组件实物模型的配准。

进一步地，所述配准的方法为：

C_target＝RC_source+t

其中，C_target为配准的目标几何模型，C_source为待配准的环框装配组件实物模型，R和t分别为旋转和平移矩阵。

进一步地，所述对环框装配组件实物模型逐步分割，包括：