面向公差技術的裝配體幾何要素誤差傳遞關系圖表示和構建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機輔助公差設計(CAT)技術領域，尤其設及一種機械產(chǎn)品公差自 動分析和設計軟件中的誤差傳遞路徑圖的生成方法。
【背景技術】
[0002] 裝配公差分析的目的是確定機器中目標要素的位置變動范圍W及機器中各零件 上的關聯(lián)要素的幾何誤差對目標要素位置變動影響的敏感程度和貢獻程度。確定運一變動 范圍需要設及機器裝配模型上全部關聯(lián)零件和關聯(lián)要素，因此需要找出機器上全部關聯(lián)零 件和關聯(lián)要素，確定零件上各關聯(lián)要素的幾何誤差對目標要素的位置影響的作用路徑，分 析關聯(lián)要素之間的誤差作用方式，獲得關聯(lián)要素之間的相對位置變動規(guī)律，最終獲得目標 要素的位置變動范圍和變動規(guī)律。全部關聯(lián)要素的誤差作用路徑的綜合就是機器中幾何要 素誤差傳遞關系圖。因此，幾何要素誤差傳遞關系圖的自動構建，是實現(xiàn)裝配公差自動分析 的核屯、工作。
[0003] 目前，國內(nèi)外相關研究機構和研究人員在=維裝配尺寸鏈的建立方面已有較多研 究，多數(shù)方法基于數(shù)據(jù)結構中的圖結構、樹結構或者線性表對尺寸鏈進行表示，但都還存在 一些問題。運些問題包括：1)只能描述鏈式尺寸，或者將空間尺寸關系分解到=個坐標方向 上單獨進行計算。2)裝配關系簡化為線性串連裝配關系，而非多個零件空間裝配定位。3)裝 配關系表示模型不適用于表示誤差傳遞關系，導致尺寸傳遞關系生成算法復雜，不利于直 接用于裝配公差分析。4)各類=維設計分析軟件對于裝配模型幾乎都采用了裝配結構樹的 形式，而裝配關系樹僅能表示零部件的所屬關系，尤其是描述裝配零件由多個定位零件共 同定位時，樹結構就無法描述，等等。因此，現(xiàn)有方法還不能正確表示機器中零件之間、零件 內(nèi)部幾何要素之間的幾何誤差傳遞和影響的真實情況，實際裝配關系W及參與裝配的幾何 要素及其在零件內(nèi)部的誤差傳遞關系較為復雜。因此，基于圖結構的表示是基本的方法，通 過建立裝配體中零件之間、零件內(nèi)部幾何要素之間的幾何要素誤差傳遞關系圖，可W得到 空間尺寸傳遞路徑。通過利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)及其S維公差標注系統(tǒng)所提供的幾何及其公 差信息，再建立適用于后續(xù)公差分析的計算算法，并且將計算分析過程集成于CAD軟件中， 從而方便設計人員在產(chǎn)品模型設計階段進行有效的公差分析。運是實現(xiàn)裝配公差分析的自 動化的主要目的。
[0004] 由于計算機輔助公差技術的復雜性，使對公差設計技術特別是=維公差設計技術 的研究遠遠落后于對CAD、CAPP和CAM的研究，使其難W與目前的CAD/CAPP/CAM集成。隨著S 維CAD軟件逐漸成為產(chǎn)品設計的方向和主流，如何在=維CAD模型上進行公差分析與綜合已 成為一個必須解決的問題。開發(fā)更具實用性的計算機輔助=維公差分析軟件，必須建立準 確描述裝配關系及幾何要素定位關系的計算機表示模型，而幾何要素在機器中和零件內(nèi)部 的誤差傳遞關系的自動建立是其中的核屯、內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，本發(fā)明采用數(shù)據(jù)結構中的雙向圖來描述幾何誤差的傳 遞關系，根據(jù)裝配CAD模型中的裝配組件結構樹和裝配配合關系集合，從目標零件到機架零 件的順序自動構建裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖GAsm=(VtE)，根據(jù)裝配配合關系設 及的裝配定位要素對，細化裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖中邊的數(shù)據(jù)域信息。然后 利用裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖中邊的裝配定位要素數(shù)據(jù)，同時根據(jù)零件內(nèi)部由 =維公差標注信息轉(zhuǎn)化為基準要素定位目標要素形式的數(shù)據(jù)，自動構建屬于裝配體零件之 間幾何誤差傳遞關系圖對應頂點的零件內(nèi)部幾何要素誤差傳遞圖GPart= (V'，E'）。從而建立 了全部關聯(lián)幾何要素在機器中的誤差傳遞關系圖，為機器內(nèi)幾何要素之間實際相對位置的 計算和影響其相對位置變化的關聯(lián)要素的捜索建立基礎。
[0006] 本發(fā)明所設的基本概念：
[0007] 定位零件和裝配零件:機器由零件逐個裝配而成，當前正在裝配的零件稱為裝配 零件，而已裝到機器上、對裝配零件進行定位的零件稱為定位零件。
[0008] 定位基準和裝配基準:裝配零件與定位零件的裝配接觸副中，位于定位零件上的 基準表面為定位基準，位于裝配零件上的基準表面為裝配基準。機器上的一個中間零件既 有定位基準又有裝配基準，定位基準用于定位其它零件，裝配基準是本中間零件被定位的 基準。機器上的機架零件的裝配基準是機器的基礎基準，機器中目標零件的定位基準是機 器公差分析的目標要素。從機架零件開始到目標零件結束，機器由一系列裝配基準-定位基 準組成的基準對所構成。
[0009] 本發(fā)明采取如下技術方案：
[0010] -種面向公差技術的裝配體幾何要素誤差傳遞關系圖表示和構建方法，其按如下 步驟進行：
[0011] (1)獲取裝配CAD模型中的裝配組件結構樹和裝配配合關系集合。
[0012] 裝配模型主要有兩方面的數(shù)據(jù)組成，一方面是裝配體中所有用到的零件模型，另 一方面是裝配配合信息，包括裝配體中各個零件作為組件參與裝配的唯一組件名稱、各個 組件之間的裝配配合關系。通過CAD系統(tǒng)提供的二次開發(fā)API函數(shù)，可W方便獲取當前裝配 模型中的所有組件集合Components_Set和裝配配合關系集合Mates_Set，將裝配體組件集 合和裝配配合信息集合分別作為兩個單獨的臨時集合，采用普通的鏈式存儲數(shù)據(jù)結構存放 即可，需要注意的是，保證節(jié)點的先后順序與裝配模型中的一致。Components_Set裝配體組 件集合的節(jié)點數(shù)據(jù)包括組件及其映射的零件模型，Mates_Set裝配配合關系集合的節(jié)點數(shù) 據(jù)包括裝配關系類型、裝配組件指針、定位組件指針、裝配零件上的定位要素、定位零件上 的裝配要素。
[0013] (2)從目標零件向機架零件自動構建裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖GAsm = (V，E)，圖中V代表零件的集合，E代表裝配定位關系的集合。根據(jù)裝配接觸副的配合關系，細 化裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖中邊的數(shù)據(jù)域信息。
[0014] 機器由零部件相繼裝配而成，零件在機器中的位置由定位基準和裝配基準通過裝 配接觸進行定位。裝配接觸關系中的全部裝配基準必然屬于同一個裝配零件上，裝配接觸 關系中的全部定位基準要素既可能位于同一定位零件上、也可能分別位于不同定位零件 上，即一個裝配零件存在一個或多個定位零件。
[0015] 裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖是描述機器中起定位作用的全部零件和目 標零件的關聯(lián)關系的數(shù)據(jù)結構，裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖是一張雙向圖，不僅 能夠表達裝配定位中零件的組成信息，而且能夠表達零件之間的裝配定位約束關系、裝配 順序和接觸關系幾何類型。因此，裝配關系圖中每個頂點存儲的數(shù)據(jù)為：1)零件文件對象指 針;2)對應的零件內(nèi)部幾何要素關系圖Gpart;3)裝配零件的全局坐標系相對于第一定位零 件的全局坐標系的齊次坐標變換矩陣。
[0016] 為了便于裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖的建立和檢索，本發(fā)明的裝配體零 件之間幾何誤差傳遞關系圖是一個雙向圖。采用了兩個單鏈表描述圖中邊的信息，規(guī)定從 定位零件指向裝配零件的邊為正向邊，從裝配零件指向定位零件的邊為逆向邊，即每個節(jié) 點均保存一個正向鄰接表和一個逆向鄰接表。正向鄰接表用W記錄當前零件所定位的全部 零件集合，逆向鄰接表用W記錄對當前零件進行定位的全部零件W及定位順序。如圖2所 示，零件C3安裝在機架零件Cl上，然后對零件C2、C4進行定位，則其正鄰接表元素為C2、C4; 逆鄰接表元素為Cl。零件C2沒有裝配零件，其正向鄰接表為空，而逆向鄰接表按順序存放了 零件Cl和C3。雙向圖對機器中全部關聯(lián)零件的各種排序十分方便，例如對于從機架零件到 目標零件的正向排序，可W得到機器中零件的全部安裝順序序列（(：1八3^2八4和(：1^3、 C4、C2)，運一序列可用于計算零件在機架中位置;而從目標零件開始的逆向遍歷，就得到了 機器中確定任意零件位置的所有關聯(lián)零件(例如目標零件為C2,則所有關聯(lián)零件為C1、C3)。 換句話說，根據(jù)正向邊找出當前零件作為定位基準的全部裝配零件，根據(jù)逆向邊找出當前 零件作為裝配零件的全部定位零件及其定位基準的優(yōu)先次序。
[0017] 本發(fā)明所討論的裝配關系，其裝配零件的所有裝配基準對應的定位基準可能位于 同一個零件上，也可能位于不同零件上；當來自不同零件上時，就意味著該裝配零件的逆向 鄰接表中有多個元素，此時運些元素在逆向鄰接表中的排序就是定位順序，如圖2所示，零 件C2被零件Cl和零件C3共同定位，從其逆向鄰接表中看出，定位順序為Cl、C3。
[0018] 裝配關系圖中的邊E<Ci，Cj>僅僅是說明運兩個零件有裝配關系存在，比如圖2中 的邊<cl，c3>只描述零件C1、C3之間有裝配關系，具體裝配關系信息存儲在對應邊的數(shù)據(jù)域 中。
[0019] 裝配體零件之間幾何誤差傳遞關系圖的正向邊和逆向邊存儲的數(shù)據(jù)為：1)指向關 聯(lián)頂點的指針;2)指針對應的裝配關系類型；3)指針所包含的全部裝配基準面及其定位基 準面及