基于特征映射的车身检具设计方法
第39卷，第1期，2005年1月上海交通大学学报V01.39第1期上海儿童奥通大学学报Jan. 2005 文章编号：1006-2467（200５）０１—0542-04车身基于特征映射检具设计方法胡彩旗●林新勤，陈杰2，金猎鹰2，陈冠龙2（1.工学院, 莱阳农学院，莱阳 265200; 2. 上海交通大学机械与动力工程学院，上海 2003０） 摘要：通过对特征映射机制和映射过程的分析，建立了基于提出了车身板件特征模型和组合检具智能设计特征映射系统。 cover，讨论了从车身覆盖模型到检具模型的特征映射关系，给出了特征信息。进化的映射函数在c的概念设计阶段实现了检具设计的思想ar 车身面板。文章通过分析面板的表面特征，映射相应的夹具功能和组合检测夹具的结构，完成了零件设计特征到相应检测工具的模型特征的映射，实现了信息的转换在特征层，完善了并发工程环境下产品信息的集成与共享，并已通过实例验证。关键词：车身面板；检具模型；特征图；图并发工程DOI：TG386 文档代码：AAn Auto-Body Checker Design Method and Its Application Based onFeature Mapping JI NHU Cai-qil, LI N Zhong-qin2, CHEN jie2, Sun2, CHENGguan-lon92 (1 .莱阳农学院，莱阳265200,中国；2.机械工程学院，上海交通大学，上海 20003０）摘要：基于分析映射机制，描述了基于特征模型和面向模块化检查器智能设计的特征映射系统。讨论了从车身覆盖模型到检查模型的标准、保持特征、检查特征和检查标记，提出了信息进化过程的映射函数，并实现了覆盖概念设计阶段的检查器设计。覆盖面特征分析、checkerfunction-form mapping和模块化checker结构构建过程实现mappi从覆盖设计特征到相应的检查器特征模型。因此，实现了特征层级的特征信息转换，并给出了一个实例来验证系统。探索了一种模块化检查器智能设计的新方法。关键词：车身覆盖；检查器模型；特征映射；并发件按功能可分为汽车车身盖件和盖件。 ：2004-02-24 基金项目：国家高技术研究发展计划（86３）Project (8163-5-11-1-03-30２）) 作者简介：胡才奇（1974一）） ，女，山东郯城人，副教授，主要从事汽车车身制造质量控制技术及检具设计及应用研究。电话（Tel.）：0535-73331976；E-mail：胡才奇[@ . 万方数据1号胡才奇等：基于车身检具设计特征映射方法筛选出对形成量具模型特征集空间有用的特征信息；R.
是进一步获取其他特征属性的提取函数，包括夹具的特征； Ri是实现fixture特征集空间结构重构的聚合函数。以上三个函数反映了特征映射过程。它有一个复杂的空间表面。车身盖板的制造质量对整个车身的密封性影响很大。在零件的制造过程中，为了检查零件是否正确，需要使用根据零件主模型和产品工艺配合图制造的量具进行检验。这类工具称为车身盖检具口3（简称检具），用于控制工序间的产品质量，不断改进产品和工艺。车身板件的显着特点是柔性大（通常称为柔性件），形状复杂不规则，定位、支撑、夹紧困难，受力后变形形状的不确定性和变形方向的不确定性。如果考虑不当，就会在检测过程中造成不应有的错误。车身面板结构和形状的复杂多样性决定了仪表结构I_3|的复杂多样性。在分析特征映射机制和映射过程的基础上，提出了一种基于车身覆盖件特征模型、面向检具智能化设计的特征映射系统。通过特征映射，实现了盖子的设计特征到相应的检具特征模型的转换。 在概念设计阶段，同步设计相应的校验治具，以便检具设计系统可以检测到所需的特征信息（通过特征映射）。根据自身的组织结构，获取CAD系统特征映射后形成的零件信息，建立自动化车身覆盖检具设计系统。 2 特征映射系统的基本结构和功能实现 2.1 基本结构 特征映射系统从车身零件的CAD模型到量具模型的结构如图1所示，主要由特征映射子功能组成如筛选、提取和聚合。零件设计特征信息首先被预处理器分为简单特征和复合特征。简单的特征可以通过夹具的设计规则直接转换为夹具特征，形成夹具结构模型的组成部分。例如，一些不用于定位和夹紧的平面区域不是质量检查的重点，可以用作简单的特征。对其进行处理，直接将其转换为检查工具的简单特征；对于具有复合特征的零件，通过图1所示的流程进行特征转换。特征转换的关键在于实现过滤、提取和聚合功能。车身板CAD模型I1的特征映射和特征映射函数。 1.1 特征映射 Let Fa, F.
分别是车身面板设计特征集和对应的检测工具特征集； ＾和龚分别是车身面板设计特征和检具结构特征。如果对于每个＾∈Fa，都有一个唯一的工作∈F。 ，所以从集合Fd到集合F。如果R存在一定的关系，则称R是从Fd到F的映射。记为：R：Fd-F。 车身板件的设计特征集包括形状特征（如曲面、平面、斜面、孔、凸台、凹槽等）、参考特征（包括定位参考和测量参考）、精度特征和检测特征（如几何形状的大小、位置坐标、相对距离、绝对距离等）；检测工具的特征集包括仿形表面检测特征、截面模板检测特征、定位特征、夹紧特征、精度特征、参考特征、几何形状、尺寸、位置和其他特征。从工程角度看，车身零件的设计特征集与对应的检具模型特征集的映射关系，本质上揭示了特征分析、分解、转换和重构之间的关系。 1.2 特征映射函数映射关系可以描述为函数关系，因此映射R也可以称为特征映射函数。特征映射函数一般是复合函数。因此，零件设计特征集与对应夹具特征集的映射关系可表示为：F.一R.(Ruler.(R.(Fd))) 图10 l Composite features l特征映射函数筛选功能部分表面积分解功能区。非功能区。 —■山地l简单特征l提取函数检测特征映射定位特征映射夹紧特征映射过程特征映射-'聚合函数对应检具结构重构l功能结构ll模块化l组装。 ——÷牌匾页j圜？任毅，● 图1 特征映射系统结构图 特征映射系统框架 车身盖板装配检测工具智能设计是基于3D CAD轮廓[4]的盖板设计，建立了3D CAD。型材与量具结构中所有零部件的直接或间接映射关系，进而实现面向装配的覆盖量具结构模型。如果更换了三维零件的CAD轮廓，CAD系统会在检具设计人员的适当干预下自动更新原有的量具结构，设计出符合要求的新量具结构。为了模拟加载状态，检具的设计是基于零件在车身坐标系中的位置和姿态，即检具在车身上的坐标和零件在车身坐标系中的坐标。身体坐标系是一样的。公式中：标尺。
是筛选函数，从零件设计特征集空间万方数据中实现。上海交通大学学报卷。 39 2.2 进行筛选功能检具设计时，根据零件表面积的作用对零件表面积进行划分。它是一个功能区和一个非功能区。功能区是指工件的特征元素所在的区域，对产生相应的夹具模型特征起重要作用，如检测面、定位面、夹持面、配合面非功能区是指除上述区域以外的区域，如零件的过渡面等，既没有定位面的精度要求，也没有配合面的精度要求，只起到定位面的作用。特征和表面之间的连接。过渡角色。以典型被检盖为组合式检具结构设计的原始要求。被检件表面根据检验过程的需要可分为三组：被检表面积{M)、非被检表面积{IV)和从被检表面抽取的检验和探针轨迹表面积{7１）. 检具设计 总的原则是：不需要检测待检测表面的每一个点。 {M) 存在筛选问题。选定的需要检测的特征组成一个集合，称为零件检测特征集合。 F)、检测元素的确定是为{M)选择关键特征和控制特征。根据整车的结构设计、装配关系和制造工艺，某些检测要素的布置应反映白车身零部件、分总成、总成和整车关键特征的变化。此类特征元素被定义为关键特征元素。关键特性要素的变化将极大地影响产品是否符合安全或制造标准，以及客户对产品的满意度；控制特征要素不仅是关键特征要素的必要保证，也是一个过程控制参数，控制该级装配体的尺寸和质量，用于识别和诊断该级体装配体的制造偏差过程。图2中２、４、６、8对应的区域为待检测特征，其中：２、4检测特征必须控制其所在配合面的z方向高度； 6 检测特征必须控制其所在区域的Y方向偏差； 8 检测特征必须保证其所在区域在理论公差范围内，以免干扰下一级装配。针对被测表面的特定特征，或设计相应的仿形表面检测结构进行相对测量，或使用三坐标测量机进行绝对测量。根据检测过程的要求，综合考虑效率、经济性、准确度和精密度的要求，选择其中一种方法单独使用或几种方法组合使用。零件的定位和夹紧过程是在零件的非检测{N)区域上完成的。每个定位元件和夹紧元件必须避免在空间中出现{M)区和{T)区。在考虑定位和夹紧时，有些表面不适合定位和夹紧要求，例如零件上的复杂自由曲面，加强筋侧面和焊接表面。因此，存在过滤{IV) 区域的问题。用于定位和夹紧身体部位的特征分为两类：表面和孔。根据夹持面特征在车身坐标系中的朝向不同，可分为z方向特征、Y方向特征、z方向特征、斜面特征；根据孔特征朝向的不同，还可以分为z向特征、Y向特征、2向特征。 {Ⅳ) 在该区域中选择用于定位和夹紧的表面形成一个称为零件夹紧特征集{P)的集合。夹紧特性分析是分析{P)区域内各面的安装情况，对于夹紧特性智能检具，根据定位和夹紧要求，将{P)区域分为2个子集，即零件定位特征集{L)和零件夹紧特征集{C)。图2中１、３、５、7对应的外表面区域为夹持特征区域，内表面为定位特征区域。基于以上分析，设计特征域集{D}可以简化为具有不同功能的表面区域的集合，描述为：{D)-{F}U{T}U{L)U{C) 2.3提取函数和提取函数解的过程是根据上一步得到的零件检测需求的功能特征集映射到检测工具的结构特征集的过程，即检具的结构设计。检具是根据零件的检测工艺要求，在一定的检测设备条件下，根据被检表面的具体特点，设计相应的检测结构。根据柔性零件“N-2-1”定位原理，对被检零件进行定位夹紧，限制工件必要的自由度，保证定位的可靠性。 “N 2-1”定位的原理是除了第一个主定位面上的3个主定位点外，还必须设置N-3个辅助支撑点，以消除因柔性件变形引起的检测。自己的体重。确定误差的方法，“N”是利用有限元法分析仅受重力影响的柔性零件的变形，并确定使零件总变形最小的支撑定位点数，即即N的取值和N的排列。 具体需要根据待检测零件的特征区域{F}，根据检测特性要求和映射原理，完成检具的检测结构设计。检查。根据零件的夹紧特性要求，选择合适的组合夹具元件。在{工)和{c)区完成定位和装夹过程，这是量具结构最基本的“功能”要求。同时，设计的检具的“结构”不仅要实现上述功能，还要满足由零件形状特征、检测技术、精度特性、检测设备和量具决定的零件检测特性的需要。 ，如图2 车身面板的表面积分解图2 在分析a的表面时，还需要考虑满足量具部件的装拆要求。这样，结构体作为功能的实现形式，就有拍万方数据胡才奇等第一期：车身检具设计基于特征映射的方法（１）输入零件特征信息和零件模型（２）件表面区域分析与分解。根据零件的检测特性、装夹特性和工艺特性提取{F）、{T）、{L）和{C）。存在从“功能”到“结构”的映射关系，从而实现检测单元、定位单元和夹紧单元的映射。在检具的结构设计中，最重要的三个功能结构模块是零件的检测、定位和装夹。检测工具的结构表示为：定位工件、夹紧工件、检测工件，每个功能模块由多个子功能模块组成，其他功能需求可视为属于这些子功能项。例如，过程特征中的精度特征和尺寸特征与检测特征、定位特征和夹紧特征一起生成。因此，量具结构的功能到结构的映射表示为每个子功能的映射，并综合考虑子功能的其他子功能项。 2.4 聚合函数 聚合函数的求解过程是上次求解的结果，即工作结构映射得到的功能单元模块按照检测的空间姿态关系排列在空间结构中、定位和夹紧面，以及最终检具的结构。 3（３）检具功一结构映射。在UG环境下，基于德国WITTE公司生产的ALUFIX柔性夹具组件构建柔性夹具组件库和夹具组件装配规则库。（４）检具具结构组装，采用参数驱动、模块化组装、检具结构自动布局，完成检具结构的自动化设计 4 结论 基于车身板件特征及检具模型分析工具，本文讨论了车身面板到检具的设计领域。结构模型的特征映射机制。在基于零件特征的相应检具模型的智能设计研究中，特征映射技术被应用于确定直接或零件的 CAD 轮廓与检测工具的结构零件/组件之间的间接关系。通过零件表面积分析的步骤，零件插入检测工具功能结构映射，检测工具结构模块化设计，进一步完善了特征映射流程，丰富了特征映射功能的内容。在此基础上，开发完成了检具设计原型系统智能检具，完成了从封面设计域到检具模型的特征映射，并通过实例对系统进行了验证。参考文献： [1] WuY, Ron Y, Chu T C. UG/OPEN API和VC++应用实例的自动化通用 [6] 是主要的编程方法，采用面向对象技术开发组合检测工具结构设计系统。零件特征信息的输入如图3所示。专用焦点[J]. InternationalofComporter@2 9point1@2。 , 10 (3 / [2] Amy JdesignC, Liu C RA 文献surveryof fixtureautomation [J].TheInternationalJournal ofAdvancedManufacturing Technology,1990,2(５）:3 零件检测信息输入图3输入零件检查特征240 -255。 3] AsadaningH, Kitagawa M. 机器人手的运动学分析和平面闭合抓取[J] .和这里，以选择车身作为示例来验证覆盖件，.RoboticsComputer-Integrated Manufacturing，如图 4 所示，1989 年， 5 (３）: 293-325. [4] WangY. Atime 有限元方法用于链接坐标中弹性机构的动力学分析[J]. Computers223-230. and Structures, 2001,79 (２）: [ 5] RongY, Bai Y.Automatedgenerationofffixtureconfigurationdesign [J].Transactionof theASME, 1999,119 (５）:.208-219 4 Design Example Fig.4 [6] Liu W J.Astudyonmodular fixture design with in- element and interactive装配-检验器设计实例智能选型[J].哈尔滨工业大学学报,设计科学ps 和结果是：1996, E a 3 (４）:. 45-48万方数据
