汽車零部件檢具智能設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、汽車零部件檢具作為評判汽車零部件乃至整車質(zhì)量的專用檢驗設(shè)備，在準確、快速檢測汽車零部件成形質(zhì)量、尺寸精度，確保整車質(zhì)量中發(fā)揮著重要作用。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，新車型開發(fā)周期縮短，對汽車檢具的需求將越來越大。檢具的特點是專用性強，檢具的結(jié)構(gòu)因被檢測零件的不同而各異。當(dāng)前檢具設(shè)計面臨許多實際問題：如何快速地確定檢具整體空間方案，如何合理、精確和穩(wěn)定地定位具有復(fù)雜曲面的被檢測零件，如何使檢具零部件設(shè)計完全匹配被檢制品的結(jié)構(gòu)形狀等等。為了解決

2、這些關(guān)鍵技術(shù)問題，需要涉及多個理論學(xué)科知識，主要包括：計算幾何學(xué)、計算機圖形學(xué)、動力學(xué)、最優(yōu)化理論等。因此，研究檢具智能設(shè)計系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)問題是一個兼具理論意義及使用價值的研究課題。
　　根據(jù)檢具組成和功能特點，本文以定位、檢測、夾持三個關(guān)鍵功能為核心，建立起檢具智能設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和總體設(shè)計流程，圍繞其中的關(guān)鍵技術(shù)問題，展開深入研究，提出了相應(yīng)的理論和算法，并最終以CAD軟件插件的形式實現(xiàn)了該系統(tǒng)。本文所研究的具體內(nèi)容如下：

3、
　　研究了檢具設(shè)計中被檢測工件模型最小體積包圍盒求解算法。最小體積包圍盒除作為檢具整體空間方案設(shè)計參考，還被用于毛坯體積計算、求交算法、零件位姿確定等問題中，有著廣泛的應(yīng)用意義。本文提出一種最小體積包圍盒求解算法——PCA‐迭代算法。該算法采用主成分分析(PCA)方法獲取物體模型表面法向量統(tǒng)計主成分，并以此快速構(gòu)造包圍盒初始解，之后迭代求解模型的高精度最小包圍盒。相對于傳統(tǒng)算法，該算法避免了求解的盲目性，提高了算法的計算效率與實

4、用性。
　　研究了適合檢具的被檢測工件定位方案設(shè)計自動化方法。作為一種檢驗工具，除了要滿足被測零部件定位位置準確、唯一性要求外，還要滿足對定位元件加工偏差的穩(wěn)健性、抵抗檢測擾動的穩(wěn)定性以及便于被測零部件反復(fù)取放的易于分離性三個要求。但傳統(tǒng)單一的定位精度評估方法一般只考慮定位接觸的位置和方向，忽視了與定位穩(wěn)定性有關(guān)的整體布局因素。本文建立了一個定位布局多目標(biāo)優(yōu)化模型，以定位準確性指標(biāo)和定位穩(wěn)定性指標(biāo)為兩個目標(biāo)，采用第二代非支配排序遺

5、傳算法(NSGA‐II)對定位點布局進行優(yōu)化，以獲得準確、穩(wěn)定的定位方案。同時，算法結(jié)合多屬性決策理論，采用逼近理想解的排序法(TOPSIS)及信息熵權(quán)重法對Pareto解集進行擇優(yōu)，避免了定位布局的盲目性。另外，該算法基于參數(shù)曲面技術(shù)和3‐2‐1定位約束，采用在被檢測工件模型表面移動定位點的方式連續(xù)搜索定位布局方案，保證了被檢測零件與檢具之間的易于分離性，同時也避免了傳統(tǒng)算法因離散化幾何模型所引起的精度損失。
　　研究了檢具檢測

6、元件配合面生成的三維曲線偏置方法。為了完全匹配被檢制品的表面結(jié)構(gòu)形狀，檢具檢測元件的設(shè)計往往根據(jù)被檢測零件邊緣曲面的趨勢，采用零件邊界曲線與其在形面外延方向的三維偏置曲線線性插值而成的直紋面來設(shè)計配合面。直紋面在工程設(shè)計（如注塑模具中分型面設(shè)計）中被廣泛應(yīng)用。然而，由于三維曲線偏置的復(fù)雜性，目前商用CAD軟件大多未提供有效的操作工具。本文提出一種三維曲線近似偏置方法，采用“細分‐偏置‐插值”的方式完成曲線偏置，解決了工程設(shè)計中高質(zhì)量的直

7、紋面自動生成問題。首先提出一種新的曲線細分方法，通過在算法中引入偏置距離，大幅度減少了傳統(tǒng)細分算法由于不同偏置距離和曲率導(dǎo)致的偏置誤差。隨后通過本文提出的偏置曲線重疊檢測算法，消除曲線重疊這一三維曲線偏置不同于二維曲線偏置特有的情況。最后將偏置后的原生曲線進行插值，生成最終的偏置曲線。為了提高偏置曲線的質(zhì)量，本文分別對曲線一階不連續(xù)處的凸延伸情況和凹延伸偏置情況分治處理：1）本文提出了一種新的正權(quán)值球面有理Bézier曲線生成算法，解決

8、了目前球面有理Bézier曲線求解常常含有負權(quán)值而不能通過CAD軟件繪制的問題，從而可以利用球面有理Bézier曲線連接凸延伸中分裂的偏置曲線；2）通過對相交/重疊偏置區(qū)域的修剪光順，解決了在凹延伸中偏置曲線斷裂或連續(xù)性差的問題。該算法基于CAD軟件的曲線標(biāo)準——NURBS曲線實現(xiàn)，能夠廣泛的應(yīng)用于各類CAD軟件之中，具有很強的通用性與工程實用意義。
　　研究了檢具標(biāo)準件庫系統(tǒng)智能、柔性化方法。目前的標(biāo)準件庫系統(tǒng)局限于零件幾何模型

9、存取功能，難以滿足智能設(shè)計發(fā)展的需要。本文重新定義了零件信息模型，增強了零件模型的擴展性、多樣性與智能性。并提出了帶約束表達式的參數(shù)控件方法，結(jié)合一種支持數(shù)學(xué)函數(shù)和標(biāo)準件參數(shù)變量的算術(shù)表達式求解算法，實現(xiàn)了相應(yīng)的參數(shù)選擇界面自動化方法，可根據(jù)各型零件參數(shù)的類型與數(shù)量實現(xiàn)選型界面的自動布局，解決了個性化界面的動態(tài)擴充問題，使系統(tǒng)界面更友好、操作更便捷。同時通過腳本技術(shù)，融合知識，使得零件具有了自動裝配定位等智能行為。在此基礎(chǔ)之上，采用客戶