汽车零部件检测工具智能设计关键技术的研究与系统开发
摘要：
作为判断汽车零件乃至整车质量的专用检查设备，汽车零件检查工具在准确，快速地检测汽车零件的成形质量和尺寸精度，确保零件质量方面发挥着重要作用。整车。随着汽车工业的快速发展，新车型的开发周期缩短了，对汽车检查工具的需求也将不断增加。检验工具的特点是它的特异性强，并且检验工具的结构随要测试的零件而异。当前的检查工具设计面临许多实际问题：如何快速确定检查工具的总体空间计划，如何合理，准确和稳定地定位具有复杂曲面的被检查零件，以及如何使检查工具零件的设计完整与被检产品的结构形状相匹配等等。为了解决这些关键技术问题，有必要涉及多个理论学科，包括：计算几何学，计算机图形学，动力学，优化理论等。因此智能检具，研究夹具智能设计系统及其关键技术问题是一个需要解决的问题。具有理论意义和使用价值的研究课题。根据检测工具的组成和功能特点，以定位，检测和夹紧三个关键功能为核心，建立了检测工具智能设计系统的结构体系和总体设计过程，并进行了深入研究。围绕关键技术问题进行深入研究。开发了相应的理论和算法，最后以CAD软件插件的形式实现了该系统。本文的具体内容如下：研究了在检验工具设计中求解被检验工件模型最小体积边界框的算法。最小体积边界框不仅用作检查工具总体空间设计的参考，而且还用于计算空白体积，相交算法以及确定零件的位置和姿态。具有广泛的应用意义。
本文提出了最小体积边界框算法-PCA-迭代算法。该算法使用主成分分析（PCA）方法获得对象模型表面法线向量的统计主成分，并快速构造边界框的初始解，然后迭代求解高精度最小边界模型的框。与传统算法相比，该算法避免了解决方案的盲目性，提高了算法的计算效率和实用性。研究了适用于检查工具的被检工件定位方案的自动设计方法。作为检查工具，除了要满足被测零件的精确定位和唯一性的要求外，它还必须满足定位组件加工偏差的稳健性，抵抗检测干扰的稳定性以及易于反复拾取和放置的要求。的测试零件。易于分离的三个要求。然而，传统的单一定位精度评估方法通常只考虑定位触点的位置和方向，而忽略了与定位稳定性相关的总体布局因素。建立了以定位精度指标和定位稳定性指标为两个目标的定位布局多目标优化模型，并利用第二代非支配排序遗传算法（NSGA-II）对定位点布局进行优化，得到准确性。 ，稳定的定位程序。同时，该算法结合了多属性决策理论，采用TOPSIS逼近理想解和信息熵权法选择最佳的Pareto解集，避免了定位布局的盲目性。此外，该算法基于参数化曲面技术和3-2-1定位约束。它使用在被测工件模型的表面上移动定位点的方法来连续搜索定位布局方案，从而确保了被测零件与检查工具之间的轻松分离。同时避免了传统算法离散化几何模型造成的精度损失。
研究了生成检查元件配合面的三维曲线偏移的方法。为了完全匹配被检产品的表面结构和形状，检查元件的设计通常基于被检零件的边缘表面的趋势，直纹表面通过零件边界曲线和零件的直线进行内插。曲面延伸方向上的三维偏移曲线。设计配合面。直纹表面广泛用于工程设计（例如注塑模具中的分型表面设计）。但是智能检具，由于3D曲线偏移的复杂性，大多数当前的商用CAD软件无法提供有效的操作工具。本文提出了一种三维曲线近似偏移方法，该方法采用“细分-偏移-插值”方法完成曲线偏移，解决了工程设计中自动生成高质量直纹曲面的问题。首先，提出了一种新的曲线细分方法。通过将偏移距离引入算法，可以大大减少传统细分算法因偏移距离和曲率不同而引起的偏移误差。然后通过本文提出的偏移曲线重叠检测算法，消除了曲线重叠的三维曲线偏移不同于二维曲线偏移的独特情况。最后，对原始偏移曲线进行插值以生成最终偏移曲线。为了提高偏移曲线的质量，本文对曲线一阶不连续点的凸扩展和凹扩展偏移进行了分治：1)提出了一种新的正加权球面有理贝塞尔曲线生成方法该算法解决了当前球面有理贝塞尔曲线解通常包含负权重且无法通过CAD软件绘制的问题，从而可以将球面有理贝塞尔曲线用于连接凸扩展中分割的偏移曲线。2)通过偏移交点/重叠，区域的修整是平滑的，解决了凹形延伸中偏移曲线断断续续的问题。
该算法基于CAD软件的曲线标准-NURBS曲线的实现，可以广泛应用于各种CAD软件中，具有很强的通用性和工程实际意义。研究了夹具标准件库系统的智能灵活检查方法。当前的标准零件库系统仅限于零件几何模型的访问功能，难以满足智能设计开发的需求。本文重新定义了零件信息模型，并增强了零件模型的可扩展性，多样性和智能性。提出了具有约束表达式的参数控制方法，并结合支持数学函数和标准零件参数变量的算术表达式求解算法，实现了基于零件参数的种类和数量的相应的参数选择界面自动化方法。实现了选择界面的自动布局，解决了个性化界面动态扩展的问题，系统界面更加友好，操作更加便捷。同时，通过脚本技术和知识融合，零件具有智能行为，例如自动组装和定位。在此基础上，使用客户/服务器结构，结合本地缓存技术，面向接口的设计和COM技术，CAD插件技术等，可以在异构CAD软件和数据库系统已建立。 ，它集成了零件查询，基于知识的装配等功能，从而提高了零件库的智能性和网络化程度。在上述理论研究成果的基础上，以复杂检测工具的数字化设计与制造成果转换项目为背景，实现了汽车零部件检测工具的智能设计系统，并通过实例验证了该系统的可行性和有效性。
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