复杂装配体装配关系自动识别方法
                                                       徐〓静，董〓雁
                                         (绍兴文理学院元培学院，浙江 绍兴〓312000)
    提出了利用三维CAD装配模型低层几何信息提取装配关系的方法。通过装配结构树构造的层次包围盒、子装配体以及零件交包围盒、表面包围盒与多包围盒的联合相交检测等策略，减少包围盒相交检测次数。通过几何条件判断两表面是否贴合、对中和相切。通过验证构成相切装配关系的切点、切线(圆)是否在两表面的区域内，构成贴合装配关系的两表面区域是否重叠，构成对中装配关系的两表面平移对中间隙后区域是否重叠对装配关系进行验证。以Autodesk Inventor 2012为应用软件，以汽油钻孔机为例验证了方法的有效性。


    装配是将零件在空间有序安装，形成能够完成特定功能的零件集合。零件与零件、零件与子装配体之间的装配关系，是实现装配体检索、结构分析以及装配序列规划的基础［1］。因此有必要研究利用三维CAD装配模型自动提取装配关系的方法。
    装配关系自动识别方法主要有两类：一类是通过三维CAD装配模型的装配约束提取装配关系［2］。虽然这类方法计算量少，但由于现有的装配模型着眼于在分层式装配结构中确定零部件的几何位置，往往不直接通过联接面定义装配约束，而是采用如中心线、基准面、基准点(坐标)等几何元素来定义；机械结构中往往存在大量的虚约束，而三维CAD装配模型中一般只定义6个自由度，因此提取的装配关系往往不完备。另一类是利用三维CAD装配模型的低层几何信息提取装配关系。周江奇等［3］提出利用中性STEP文件构建零件包围盒，对包围盒相交的两零件，通过计算疑似连接区域控制点集间最小距离点对，判定两零件是否构成装配关系；蔡伟敏等［4］对包围盒相交的两零件提取平面判断集和柱面判断集，根据平面贴合、圆柱面插入约束的几何条件获取可能的配合面对，将面离散成三角形并求交，排除不重叠的配合面对；杨奇彪等［5］提出了两平面接触，圆柱面、圆锥面、球面间接触的条件，这类方法可以提取全部装配关系，但计算量大，如何提高计算效率是该方法实用化的关键。

    本文利用装配结构树构造的层次包围盒、子装配体以及零件交包围盒、表面包围盒与多包围盒的联合相交检测等策略，减少了包围盒相交检测的次数。首先通过表面包围盒是否相交、两平面外法线是否平行等对装配关系进行快速过滤，其次通过几何条件判断两表面是否贴合、对中和相切，最后通过判断构成相切装配关系的切点、切线(圆)是否在两表面的区域内，构成贴合装配关系的两表面区域是否重叠，构成对中装配关系的两表面平移对中间隙后区域是否重叠对装配关系进行验证。〖HT6〗

1〓装配关系的定义
    装配体中各零部件通过点、线和面与其他零部件相互联接，这种联接称为装配副，构成装配副的联接点、线和面称为装配副元素。这样零部件间的装配关系就可以通过装配副元素的类型以及之间的几何连接关系来定义。由于零部件大多都是通过面来联接的，所以本文仅讨论面面联接的情形，且表面类型限定为平面、圆柱面、圆锥面、球面和圆环面。对于形状复杂但已标准化、通用化的表面，如渐开齿轮面、螺纹面等，CAD模型一般通过修饰其特征表示，然后按简单表面进行装配约束识别。



基金项目：国家自然科学基金资助项目（51275311）
作者简介：徐静(1963—)，女，浙江绍兴人，绍兴文理学院副教授，主要研究方向为三维模型检索。




（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）