外文翻譯--從 cad 輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)到虛擬裝配 中文版

1、<p>　　從 CAD 輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)到虛擬裝配</p><p>　　應(yīng)用的一個(gè)新穎的數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　虛擬裝配是虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。至今，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）</p><p>　　統(tǒng)仍是虛擬裝配系統(tǒng)的主要建模工具。至今沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的

2、直接從 CAD 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到虛擬</p><p>　　裝配應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),因而一個(gè)原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法(DDITM) 及時(shí)的提出</p><p>　　從而實(shí)現(xiàn)分解和轉(zhuǎn)換。裝配體的信息在 CAD 系統(tǒng)分為幾何信息、拓?fù)湫畔?、和裝配信息</p><p>　　等等,它們被分別轉(zhuǎn)移到虛擬裝配應(yīng)用中。幾何信息包括被數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面轉(zhuǎn)換的表面信</p><

3、;p>　　息，拓?fù)湫畔⒂晌鍌€(gè)層次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成，裝配信息是轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。在幾何信息和</p><p>　　拓?fù)湫畔⒁约把b配信息和拓?fù)湫畔⒅g形成了交互作用的系統(tǒng)構(gòu)架。最后，一個(gè)用于驗(yàn)</p><p>　　證數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的實(shí)驗(yàn)性虛擬制造系統(tǒng)建立了，接著裝配仿真的應(yīng)用進(jìn)一步</p><p>　　證實(shí)了裝配信息，它們都證明了轉(zhuǎn)換信息是精確且恰當(dāng)?shù)摹?lt

4、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：CAD、數(shù)據(jù)分解、信息翻譯、虛擬裝配</p><p><b>　　1.簡(jiǎn)介</b></p><p>　　虛擬環(huán)境通過(guò)特殊的工藝和非視覺(jué)工具使得交互式虛擬圖像圖形顯示增強(qiáng)。例如聽(tīng)</p><p>　　覺(jué)和觸覺(jué)刻錄軟件，實(shí)現(xiàn)浸沒(méi)影響作為一種自然延伸到三維圖形技術(shù)與先進(jìn)的輸入和輸</p>

5、<p>　　出的設(shè)備。有四個(gè)關(guān)鍵特征：浸入、存在、導(dǎo)航和互動(dòng)，它們通常被用于測(cè)量和分類不</p><p>　　同的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和應(yīng)用程序[1]，它已經(jīng)大大影響和改變了人們的思維方式和行為習(xí)</p><p>　　慣。虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)成為一種最先進(jìn)、最強(qiáng)大的技術(shù)之一，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：</p><p>　　軍事、醫(yī)療、娛樂(lè)、建筑和機(jī)械制造等等行業(yè)。<

6、;/p><p>　　虛擬裝配是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)具體應(yīng)用。裝配技術(shù)在制造業(yè)中扮演著很重要的角色，</p><p>　　它不僅是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵步驟，而且也是增加整體性能的最后一步。一些分析表</p><p>　　明相關(guān)裝配作業(yè)在工業(yè)制成品中占了50%以上的生產(chǎn)時(shí)間，花費(fèi)了20%-40%的單元生產(chǎn)成</p><p>　　本。虛擬裝配的發(fā)展是基于虛擬

7、現(xiàn)實(shí)技術(shù)為我們提供了一個(gè)廉價(jià)且迅速的裝配方法。虛</p><p>　　擬裝配運(yùn)用了視覺(jué)化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論等等。零件設(shè)計(jì)完成后，這些零件CAD</p><p>　　模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成虛擬裝配來(lái)實(shí)現(xiàn)裝配評(píng)估、裝配仿真和裝配規(guī)劃。因此，產(chǎn)品的生產(chǎn)</p><p>　　周期就縮短了，花費(fèi)也減少了，裝配效率也提高了。</p><p>　　虛擬建模

8、是建立虛擬裝配系統(tǒng)的第一步，雖然虛擬現(xiàn)實(shí)軟件有一定的建立簡(jiǎn)單幾何</p><p>　　模型的能力，但是若想要依靠虛擬現(xiàn)實(shí)這樣的建模軟件建立復(fù)雜模型或者很多個(gè)零件是</p><p>　　行不通的。目前，三維CAD軟件例如SolidWorks, Pro/Engineer和Unigraphics等等仍然</p><p>　　是虛擬裝配的主要建模方式。在這篇文章中，我們運(yùn)用

9、SolidWorks建立CAD模型。</p><p>　　在CAD系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之間沒(méi)有一個(gè)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，所以CAD模型的信息不能直</p><p>　　接轉(zhuǎn)入虛擬環(huán)境中，盡管CAD系統(tǒng)能用別的格式將CAD的圖像模型輸入到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)并</p><p>　　顯示出來(lái)，但是這樣的格式只能保留部分幾何信息。例如，我們能選中整個(gè)裝配體或者</p><

10、;p>　　單個(gè)零件，但是卻不能選中它的表面，所以這種格式下的模型只是主體的一個(gè)概念，而</p><p>　　不是虛擬環(huán)境的表面。然而，表面在裝配中是很重要的部分，它有以下功能：1.定位零</p><p>　　件或裝配主體 2.定義約束</p><p><b>　　3.定義連接處</b></p><p>　　4.定義

11、幾何公差和尺寸公差</p><p><b>　　5.定義精</b></p><p>　　度和粗糙度 6.定義物理特性（例如顏色和材料等） 沒(méi)有表面的概念，裝配的概念變</p><p>　　得模糊不清。虛擬裝配系統(tǒng)也只能起到簡(jiǎn)單模擬的作用。此外，虛擬裝配系統(tǒng)不僅需要</p><p>　　幾何信息而且還需要拓?fù)湫畔⒑脱b配信息

12、等等。所以，把這些CAD模型的信息轉(zhuǎn)換成虛</p><p>　　擬裝配信息不僅僅是構(gòu)造虛擬裝配系統(tǒng)的第一步而且也是影響虛擬系統(tǒng)的展示效果、裝</p><p>　　配效果、精度要求的關(guān)鍵性的一步。</p><p>　　下一部分將要介紹一些與虛擬裝配相關(guān)的數(shù)據(jù)翻譯方法。第三部分介紹數(shù)據(jù)分解和</p><p>　　信息轉(zhuǎn)換方法結(jié)構(gòu)。第四部分提出一個(gè)

13、具體的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法。第</p><p>　　五部分試驗(yàn)性的虛擬裝配系統(tǒng)和裝配仿真系統(tǒng)設(shè)置驗(yàn)證了轉(zhuǎn)換的信息。第六部分總結(jié)全</p><p><b>　　文。</b></p><p><b>　　2.相關(guān)工作</b></p><p>　　以往研究的把 CAD 模型轉(zhuǎn)換成虛擬環(huán)境下裝配

14、相關(guān)的信息的方法可以分為幾類。第</p><p>　　一個(gè)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言文件作為一個(gè)轉(zhuǎn)換文件,它用于大部分的虛擬裝配系統(tǒng)。</p><p>　　一個(gè)這一范疇代表性的作品是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提出的，他們研發(fā)了一種基于虛擬</p><p>　　現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的制造可視化界面系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)提供視覺(jué)訪問(wèn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言</p><p>

15、　　把包含的生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。</p><p>　　Antonishek [4]也使用了虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言作為在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和真正工作</p><p>　　凳之間的一座橋梁。一個(gè)圖解數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，第二個(gè)類別形式，被使用轉(zhuǎn)換復(fù)雜裝配</p><p>　　數(shù)據(jù)。Mok [5]發(fā)展了一個(gè)根據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品編碼系統(tǒng)的 CAD/CAM/CAE 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具。</p

16、><p>　　數(shù)據(jù)管理工具系統(tǒng)通過(guò)輸入信息分析了產(chǎn)品從它的 CAD 數(shù)據(jù)信息。Lee [6]提出了集中</p><p>　　于形狀產(chǎn)品模型的表示法和互用性的一個(gè)系統(tǒng)分布的真正原型使用作為轉(zhuǎn)換和共享產(chǎn)</p><p>　　品模型的方法。 Ikonomov [7]等提出了一致工程學(xué)的一個(gè)真正裝配模型使用數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　第三個(gè)類把虛擬裝

17、配系統(tǒng)和的建模系統(tǒng)結(jié)合，它們共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。Wan et al. 把</p><p>　　VDVAS 描述為一個(gè)集合的多模式的虛擬設(shè)計(jì)和虛擬裝配環(huán)境。VDVAS 的一個(gè)重要特征是</p><p>　　它允許設(shè)計(jì)師在裝配建模與仿真過(guò)程中修改裝配零件而不用在虛擬環(huán)境和其他 CAD 應(yīng)用</p><p>　　數(shù)據(jù)交換之間花費(fèi)時(shí)間。</p><p>

18、　　第四類側(cè)重于運(yùn)用界面軟件。這里將要介紹兩種典型的虛擬裝配實(shí)例。這兩個(gè)系統(tǒng)</p><p>　　是設(shè)計(jì)和制造業(yè)的虛擬環(huán)境(VEDAM) [9]和虛擬裝配開(kāi)發(fā)環(huán)境(VADE) [10]。 設(shè)計(jì)和制</p><p>　　造業(yè)的虛擬環(huán)境在設(shè)計(jì)和制造業(yè)中是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的一個(gè)一般框架，而虛擬裝配開(kāi)發(fā)環(huán)</p><p>　　境為裝配計(jì)劃提出明確的設(shè)計(jì)。這兩個(gè)系統(tǒng)都選擇 Pro

19、/Engineering 做為它們的建模系</p><p>　　統(tǒng)并且運(yùn)用 Pro/DEVELOP 從 CAD 自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中獲取信息，開(kāi)發(fā)人員的工具欄可以直接</p><p>　　訪問(wèn) Pro/Engineer 的數(shù)據(jù)庫(kù)。</p><p>　　許多其他格式也用于將 CAD 模型的信息轉(zhuǎn)換到其它虛擬環(huán)境中，例如 OpenFlight”，</p><

20、;p>　　“DXF”、 “3DS”、 “SLP”等等。Weyrich et al. [11]等提出了“虛擬工作臺(tái)”和它</p><p>　　到虛擬裝配的應(yīng)用的方法。系統(tǒng)使用了專業(yè)的建模工具 Multigen II 和“OpenFlight”</p><p>　　格式做為虛擬環(huán)境與它的數(shù)據(jù)界面</p><p>　　3. 原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法的結(jié)構(gòu)</

21、p><p>　　第二部分介紹的方法有利有弊。第一種方法更容易實(shí)現(xiàn)，但是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言在</p><p>　　這種方式下不能提供裝配信息且表面概念也會(huì)丟失，因此在虛擬裝配中很難完成復(fù)雜裝</p><p>　　配。STEP 包括幾乎從設(shè)計(jì)到匯編期間 CAD 模型的所有信息，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求信</p><p>　　息太難以至于不能提取。第三類在

22、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和虛擬裝配系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　上花費(fèi)較少時(shí)間，但是它需要自身創(chuàng)建一個(gè)模型，所以會(huì)花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間在開(kāi)發(fā)一個(gè)建</p><p>　　模系統(tǒng)上。此外，它的系統(tǒng)和如今的 CAD 系統(tǒng)兩者之間的綜合性還不夠好。其他格式也</p><p>　　存在和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言一樣的問(wèn)題。在本文中，根據(jù)對(duì)上述技術(shù)的研究，原始數(shù)據(jù)分</p>

23、<p>　　解和信息轉(zhuǎn)化方法(DDITM)提出了將 CAD 模型信息轉(zhuǎn)化為虛擬裝配系統(tǒng)信息的方法。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法(DDITM)將數(shù)據(jù)劃分成幾個(gè)部分： 幾何信息、拓?fù)浣Y(jié)</p><p>　　構(gòu)信息和裝配信息，它們通過(guò)不同的方法被轉(zhuǎn)換。圖1顯示了原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)化</p><p><b>　　方法流程圖。<

24、;/b></p><p>　　1.關(guān)于幾何信息。通過(guò) CAD 先前的發(fā)展方法將 CAD 模型的表面分成微小的三角形的</p><p>　　曲面。然后這些細(xì)分曲面的信息通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面寫入對(duì)應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)文件中。在虛擬</p><p>　　裝配中，當(dāng)所有這些三角形細(xì)分曲面信息展示出來(lái)時(shí)，連續(xù)的幾何個(gè)體被重建。此外，</p><p>　　在這

25、些虛擬現(xiàn)實(shí)文件中，CAD 模型的表面被認(rèn)為是分開(kāi)的對(duì)象。通過(guò)創(chuàng)建表面和細(xì)分曲</p><p>　　面之間的聯(lián)系，表面概念在虛擬環(huán)境中被重建。</p><p>　　2.關(guān)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。本文使用名為五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ) CAD 模型的拓</p><p>　　撲結(jié)構(gòu)信息。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括五個(gè)階層，即裝配、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面和細(xì)分曲</p>&l

26、t;p>　　面。首先，建立三個(gè)表用于實(shí)現(xiàn)五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由一個(gè)機(jī)構(gòu)組件表、一個(gè)零件表和</p><p>　　一個(gè)表面表組成。然后，通過(guò)使用 CAD 擴(kuò)展法將每一個(gè)階層的信息從 CAD 系統(tǒng)中提取出</p><p><b>　　來(lái)存入相應(yīng)階層中。</b></p><p>　　3. 關(guān)于裝配信息，這里將采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。建立包括配合表和公差表

27、在內(nèi)的兩類</p><p>　　表。裝配信息（包括配合信息和公差信息）通過(guò)采用 CAD 擴(kuò)展法提取出 CAD 系統(tǒng)信息，</p><p><b>　　然后存入相應(yīng)表中。</b></p><p>　　4.裝配信息、幾何信息和拓?fù)湫畔⒉皇仟?dú)立存在的，相反，它們之間相互關(guān)聯(lián)相互</p><p>　　作用。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是原始數(shù)

28、據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的關(guān)鍵部分，它起到連接幾何信</p><p>　　息和裝配信息的橋梁作用，幾何信息和裝配信息都與五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，并且共享信</p><p>　　息。構(gòu)造表面概念后，一個(gè)表面將會(huì)被當(dāng)做一個(gè)執(zhí)行虛擬裝配操作的基本單元。</p><p>　　4．對(duì)原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法的認(rèn)識(shí)</p><p><b>　　4.1

29、 軟件平臺(tái)</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)化，SolidWorks 被選為裝配模型的平臺(tái)，WTK 被選</p><p>　　為構(gòu)造虛擬裝配系統(tǒng)的平臺(tái)，SQL 服務(wù)器被選為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，Visual C++被選為</p><p>　　theapplication 開(kāi)發(fā)的平臺(tái)。SolidWorks 向前擴(kuò)展法和 WTK 都選用 Vis

30、ual C++做為一</p><p>　　個(gè)支持平臺(tái)，Visual C++可以消除它們之間的兼容性問(wèn)題。</p><p>　　4.2 基于表面階層的幾何信息轉(zhuǎn)換</p><p>　　4.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)文件格式的選擇</p><p>　　原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面將 SolidWorks 模型的幾何信息寫</p>

31、<p>　　入對(duì)應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)文件并被輸入虛擬裝配系統(tǒng)中作為幾何結(jié)點(diǎn)。接著幾何實(shí)體在 WTK 顯</p><p>　　示機(jī)制的虛擬裝配中呈現(xiàn)出來(lái)。虛擬現(xiàn)實(shí)文件界面（例如：中性, 3DS, WRL, DXF, 和</p><p>　　SLP 等等）用于從任何其他種類的 CAD 模型軟件中將幾何信息轉(zhuǎn)換成虛擬裝配。雖然 WTK</p><p>　　支持很多虛擬

32、現(xiàn)實(shí)格式，但只有 WRL 格式能將幾何信息從 SolidWorks 轉(zhuǎn)到虛擬裝配中，</p><p>　　但在實(shí)際運(yùn)用中，WRL 文件僅局限于 WTK 中。</p><p>　　1.在 WRL 文件中，雖然將 CAD 模型根據(jù)表面層次結(jié)構(gòu)分解成三角形的細(xì)分曲面，但</p><p>　　是那些表面并沒(méi)有定義，所以，WRL 文件沒(méi)有表面這一概念，導(dǎo)致 WTK 不能修改表

33、面的</p><p>　　顏色和材料。因此，在虛擬裝配中，不能選中表面從而基于表面的裝配不能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.WTK 在變換結(jié)點(diǎn)的變革內(nèi)忽略比例系數(shù)（若有）。WTK 在虛擬對(duì)象中不能執(zhí)行縮放</p><p>　　操作，所以在虛擬物體中不能根據(jù)虛擬裝配中的物體改變或做出 更多的不同大小的實(shí)</p><p><b>　　例

34、。</b></p><p>　　3.WRL 文件中的虛擬對(duì)象僅有主體和細(xì)分曲面的概念，所以如果在每個(gè)細(xì)分曲面的</p><p>　　交叉點(diǎn)都進(jìn)行精確的碰撞檢測(cè)效率會(huì)很低。</p><p>　　WTK 的中性文件格式（NFF），另一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)文件格式是將整體分散成三角形的細(xì)</p><p>　　分曲面。中性文件格式用 ASCII 碼

35、寫成，是一個(gè)由 WTK 組成的中性文件格式。與 WRL 文</p><p>　　件相比，中性文件包括 WRL 文件的所有幾何信息。此外，在中性文件中如果每一個(gè)表面</p><p>　　都被視為一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象且由一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)，那么表面信息就建立了。表面信息</p><p>　　是非常重要的，因?yàn)檠b配信息是基于表面信息的，裝配信息、拓?fù)湫畔?、和幾何信息?lt;/

36、p><p>　　互關(guān)聯(lián)且都基于表面階層信息。此外，中性文件信息與 WTK 信息密切相關(guān)，所以它們?cè)?lt;/p><p>　　虛擬裝配中沒(méi)有任何限制?？傊行晕募怯脕?lái)儲(chǔ)存包括表面信息在內(nèi)的幾何信息的</p><p><b>　　最佳虛擬現(xiàn)實(shí)格式。</b></p><p>　　4.2.2 創(chuàng)建中性文件</p>&l

37、t;p>　　雖然中性文件被選為存儲(chǔ)幾何信息的文件，SolidWorks 不能提供中性文件的輸出端</p><p>　　口，因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面在這里被開(kāi)發(fā)。它提取由 SolidWorks 創(chuàng)建的 WRL 文件的信息，</p><p>　　并且將這些信息輸入相應(yīng)的中性文件中。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面運(yùn)用 CAD 向前擴(kuò)展法</p><p>　　輸入包括表面信息在內(nèi)的其

38、它幾何信息到相應(yīng)中性文件中。圖 2 為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面的流程</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　第一步，預(yù)處理是記錄離散點(diǎn)，即在兩個(gè)變量中存儲(chǔ)每個(gè)表面的三角形細(xì)分曲面交</p><p>　　點(diǎn)。第二步，文件起始，其中包括一些中性文件的識(shí)別信息（例如：中性的標(biāo)簽，中性</p><p>　　的版本號(hào)，位

39、置角度，方向的觀點(diǎn)等等）。這些文件頭用來(lái)標(biāo)記中性文件。第三步，表</p><p>　　面的信息從 WRL 文件中提取并寫入相應(yīng)的中性文件。在這個(gè)階段，每一個(gè) CAD 模型的表</p><p>　　面被視為一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象被連續(xù)編號(hào)。我們還需要把預(yù)處理階段獲得的信息寫入到一個(gè)</p><p>　　相應(yīng)的中性文件中。然后，通過(guò)逐行閱讀從 WRL 文件中提取的信息將具體信息

40、寫入到相</p><p>　　應(yīng)的中性文件中。這些信息包括一些離散點(diǎn)、坐標(biāo)值、標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)表面細(xì)分自動(dòng)符號(hào)“N”、</p><p>　　材料信息和表面細(xì)分信息等。每一個(gè)三角形細(xì)分表面都有一個(gè)獨(dú)立的身份和連續(xù)的編</p><p>　　號(hào)。最后，判斷是否是最后表面，如果不是，重復(fù)之前的過(guò)程，否則讀完這些 WRL 文件，</p><p>　　最后創(chuàng)建

41、的中性文件。</p><p>　　在虛擬裝配中，包括細(xì)分曲面在內(nèi)的每個(gè)表面，中性文件加載到 WTK 的一個(gè)幾何節(jié)</p><p>　　點(diǎn)并且文檔中的所有對(duì)象都分別顯示在獨(dú)立的虛擬裝配中。在構(gòu)造五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，</p><p>　　表面和細(xì)分曲面之間的聯(lián)系將會(huì)被最終確定。例如，改變表面的材料其相應(yīng)的細(xì)分曲面</p><p>　　材料也會(huì)隨之變

42、化，同樣，改變表面的顏色其相應(yīng)的細(xì)分曲面顏色也會(huì)隨之變化。因此，</p><p>　　通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面我們可以把基于表面階層的幾何信息從 CAD 系統(tǒng)轉(zhuǎn)到虛擬裝配系統(tǒng)</p><p><b>　　中。</b></p><p>　　4.3 拓?fù)湫畔⒌霓D(zhuǎn)化</p><p>　　拓?fù)湫畔⑹窃紨?shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的核心部分，

43、因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)了裝配</p><p>　　體、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面和細(xì)分曲面之間聯(lián)系且裝配信息和幾何信息與結(jié)構(gòu)是相關(guān)的。</p><p>　　拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由五個(gè)階層組成，即裝配體、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面、細(xì)分</p><p>　　曲面。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，這五個(gè)層次之間存在以下關(guān)系：一個(gè)裝配體</p><p>　　是組

44、件機(jī)構(gòu)的集合，一個(gè)組件機(jī)構(gòu)是零件的集合，一個(gè)零件是表面的集合，表面是的細(xì)</p><p>　　分曲面的集合。結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。換句話說(shuō)，每個(gè)細(xì)分曲面僅對(duì)應(yīng)一個(gè)表面，每個(gè)表面</p><p>　　僅對(duì)應(yīng)一個(gè)零件，每個(gè)零件僅對(duì)應(yīng)一個(gè)組件機(jī)構(gòu)，每個(gè)組件機(jī)構(gòu)僅對(duì)應(yīng)一個(gè)裝配體。</p><p>　　為了構(gòu)建五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立三個(gè)表，即組件表、零件表、表面&l

45、t;/p><p>　　表。在當(dāng)前的裝配體中，組件表是用來(lái)存儲(chǔ)組件機(jī)構(gòu)信息的，零件表是用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前的</p><p>　　零件部分的信息，表面表是用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前的表面信息。一個(gè)表面是由一系列的三角形細(xì)</p><p>　　分曲面構(gòu)成的。只有一個(gè)數(shù)字標(biāo)記每個(gè)裝配體、每個(gè)組件構(gòu)件、每個(gè)零件、每個(gè)細(xì)分曲</p><p>　　面。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造了一個(gè)清晰

46、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成一個(gè)系統(tǒng)的體系框架。</p><p>　　4.4 裝配信息的轉(zhuǎn)換</p><p>　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面和 FHTS 使表面和細(xì)分曲面建立了相應(yīng)關(guān)系，通過(guò)操作表面來(lái)轉(zhuǎn)化成</p><p>　　操作相應(yīng)的細(xì)分表面從而創(chuàng)建表面的概念。由于 CAD 系統(tǒng)是根據(jù)表面層次結(jié)構(gòu)來(lái)定義裝</p><p>　　配信息的，對(duì)零部件的裝配操作也基于表面

47、的虛擬裝配系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，因此本文將討論</p><p>　　基于表面層次裝配信息的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在執(zhí)行裝配模擬過(guò)程、公差分析和路徑規(guī)劃等時(shí)，虛擬裝配系統(tǒng)使用程序集的信息</p><p>　　主要有兩種：配合信息和公差信息。為了把裝配信息從 CAD 系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)到虛擬裝配環(huán)境</p><p>　　下，在數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)當(dāng)建立兩個(gè)表，即配合

48、表和公差表。配合表用于存儲(chǔ)當(dāng)前 CAD 裝配體</p><p>　　的配合信息，公差表用來(lái)存儲(chǔ)公差信息。通過(guò) SolidWorks 的 API 函數(shù)提取配合信息和</p><p>　　公差信息。所有信息都基于表面層次結(jié)構(gòu)。</p><p>　　4.4.1 配合信息的轉(zhuǎn)換</p><p>　　配合信息包括以下內(nèi)容：配合裝置的名稱、配合裝置的種類

49、、配合表面的名稱、配</p><p>　　合表面的種類、配合間隙和參照物等。在 SolidWorks 中，配合信息與配合、配合實(shí)體、</p><p>　　特征、面和表面相關(guān)。配合對(duì)象允許訪問(wèn)各種裝配配合參數(shù)。配合對(duì)象允許訪問(wèn)配合實(shí)</p><p>　　體的裝配定義。特征對(duì)象允許訪問(wèn)特征類型、名稱、參數(shù)數(shù)據(jù)，并在特征管理器中訪問(wèn)</p><p>

50、;　　設(shè)計(jì)樹(shù)的子信息。通過(guò)這些對(duì)象，我們獲得在特征管理器設(shè)計(jì)樹(shù)中的配合信息。</p><p>　　1.配合實(shí)體。在 SolidWorks 中，當(dāng)前裝配體的特點(diǎn)是通過(guò)遍歷特征管理器樹(shù)獲得</p><p>　　的。如果當(dāng)前的特征是“配合組”子功能，那么相應(yīng)的實(shí)體是配合實(shí)體。一個(gè)“獲得配</p><p>　　合實(shí)體”配合對(duì)象的 API 函數(shù)是用來(lái)獲得當(dāng)前配合相關(guān)的配合實(shí)體

51、。</p><p>　　2．配合類型。 SolidWorks 中定義以下配合關(guān)系：垂直、相切、同軸、平行、距離、</p><p><b>　　角度、對(duì)稱等。</b></p><p>　　配合實(shí)體的配合類型是通過(guò)一個(gè)特征對(duì)象“獲得類型名稱”的 API 函數(shù)來(lái)獲得的。</p><p>　　3．配合表面的名稱和特性。首先，一個(gè)

52、配合實(shí)體對(duì)象的 API 函數(shù)（獲得零件名稱）</p><p>　　用來(lái)獲取配合面的名稱。然后通過(guò)一個(gè)面（獲得面）的 API 函數(shù)，我們可以得到相關(guān)的</p><p><b>　　配合實(shí)體面的特性。</b></p><p>　　4．配合表面的類型。原則上只有常規(guī)形狀表面（如圓柱、平面、圓錐、球等）可</p><p>　　以

53、被視為一個(gè)參考面。以下的表面對(duì)象的 API 函數(shù)是用來(lái)判斷表面是圓柱形、平面、圓</p><p>　　錐或球形，即“是否圓柱”、“是否平面”、“是否圓錐”、“是否球形”等。這些面的參數(shù)</p><p>　　可以通過(guò)其他 API 函數(shù)的面對(duì)象來(lái)獲得。</p><p>　　5．配合間隙。配合間隙與拖拉操作對(duì)象相關(guān)。它的屬性“間隙”是用來(lái)獲得配合</p>&

54、lt;p>　　間隙的。配合間隙以及它的大小儲(chǔ)存在配合表中。</p><p>　　6．參考功能。一些配合信息定義有一定的參考功能，例如：一個(gè)參考軸、參考平</p><p>　　面等幾何參考、特征對(duì)象的 API 函數(shù)是用來(lái)獲得這些功能的參數(shù)。例如，一個(gè)軸用來(lái)表</p><p>　　示使用的起點(diǎn)和方向向量。此參數(shù)的信息通過(guò)使用參考軸對(duì)象和參考面對(duì)象的 API 函數(shù)&

55、lt;/p><p><b>　　獲得。</b></p><p>　　4．2．2 公差信息的轉(zhuǎn)化</p><p>　　公差包括幾何公差和尺寸公差，它們對(duì)于裝配工藝是非常重要的。公差信息與物體</p><p>　　的尺寸有關(guān)。公差信息包括公差值、公差類型、最小值、最大值、公差相關(guān)表面等。它</p><p>

56、;　　是通過(guò)使用實(shí)體尺寸的 API 函數(shù)即“獲得公差配合值”、 獲得公差類型”、 獲得公差值”</p><p>　　來(lái)獲取信息并將其存儲(chǔ)在公差表中。</p><p><b>　　5、應(yīng)用</b></p><p>　　在 SolidWorks 中創(chuàng)建一個(gè)裝配體，如圖 4 所示。裝配體只有一個(gè)部件，其中包括</p><p>

57、　　七個(gè)零件：基座-1，夾具-1，夾具-2，轉(zhuǎn)動(dòng)件-1，連接器-1 和工件-1。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面</p><p>　　是用來(lái)將裝配體的幾何信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的中性文件的。首先，我們使用 SolidWorks 的</p><p>　　翻譯界面創(chuàng)建七個(gè) WRL 文件。 SolidWorks 向前擴(kuò)展法用來(lái)把 WRL 文件包括表面信息在</p><p>　　內(nèi)的幾何信息轉(zhuǎn)化成相

58、應(yīng)的中性文件。其次，構(gòu)造一個(gè)組件表、零件表、面表從而建立</p><p>　　五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在其中存儲(chǔ)裝配體的拓?fù)湫畔?。最后，配合表及公差表?gòu)造用于存</p><p>　　儲(chǔ)裝配信息，SolidWorks 的 API 函數(shù)是用來(lái)編寫對(duì)應(yīng)信息到數(shù)據(jù)庫(kù)中。</p><p>　　為了驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法，虛擬裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（操作界面如圖 5）被</p&g

59、t;<p>　　開(kāi)發(fā)使用。裝配信息樹(shù)，如圖 5 的左邊部分所示，使用一個(gè)層次結(jié)構(gòu)管理虛擬裝配系統(tǒng)</p><p>　　的幾何信息、拓?fù)湫畔⒁约把b配信息。樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)是主要的裝配節(jié)點(diǎn)，它包括七個(gè)部分。</p><p>　　每個(gè)部分由許多表面（這里僅列出了軸 1 的表面）組成。 “材料組”的節(jié)點(diǎn)包括裝配</p><p>　　體的配合信息（配合類型、配合實(shí)體等

60、）。公差信息存儲(chǔ)在公差表中這里沒(méi)有列出來(lái)。</p><p>　　圖6到圖8給出了選擇根節(jié)點(diǎn)、零件以及表面的例子。這三個(gè)相比較，得出的結(jié)論是</p><p>　　WTK 構(gòu)建是基于表面層次結(jié)構(gòu)的幾何信息，這在 WTK 中很有效。表面的概念已經(jīng)在 WTK</p><p>　　中被構(gòu)造，所以我們可以在虛擬裝配中自如的操作基于表面層次機(jī)構(gòu)的實(shí)體并改變它的</p>

61、<p>　　顏色以及材質(zhì)。這些操作效果很明顯，幾何信息的顯示效果也是完美的。</p><p>　　配合的例子如圖9所示。與基座1和轉(zhuǎn)動(dòng)件1相關(guān)的兩個(gè)配合在 WTK 中展示出來(lái)。它</p><p>　　們的距離5和中心8如圖9所示。公差信息存儲(chǔ)在公差表中，它與配合或裝配體相關(guān)。</p><p>　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證虛擬裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配合信息和公差信息，WT

62、K 的裝配仿真如圖10</p><p>　　所示。一個(gè)數(shù)據(jù)套用于夾緊工件（工件1）并將它固定在另一工件（基座）上。在配合</p><p>　　表中存在兩個(gè)配合關(guān)系，即中心8和距離5。中心8與表面57和另一表面103都是圓柱形且</p><p>　　同軸的。起點(diǎn)和兩軸的方向信息都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。距離5與表面52和名為123的另一面</p><p&g

63、t;　　相關(guān)，這兩者都是平面。兩個(gè)表面是平行的，它們之間的距離是零。在圖10的底部的輸</p><p>　　出窗口是用來(lái)觀察這兩個(gè)工件當(dāng)前制束的。觀察中心8的角度和距離的兩個(gè)中心軸面57</p><p>　　和面103之間實(shí)現(xiàn)。觀察距離5實(shí)現(xiàn)觀察52面和123面兩個(gè)法線之間的角度和距離。當(dāng)這</p><p>　　些角度和距離在公差表中相應(yīng)的公差范圍內(nèi)時(shí)，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)便

64、正確安裝了。圖10顯示了</p><p>　　兩個(gè)平行軸和兩個(gè)平行法線。</p><p><b>　　6.結(jié)論</b></p><p>　　從 CAD 模型信息到虛擬環(huán)境的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法（DDTIM）已</p><p>　　經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，具體操作方法也已經(jīng)給出了。原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法分解 CAD 模

65、型的</p><p>　　信息分為三個(gè)部分：幾何信息、拓?fù)湫畔⒑脱b配信息。本文是通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面轉(zhuǎn)</p><p>　　換幾何信息的，表面的一個(gè)重要概念在本節(jié)中創(chuàng)建。通過(guò)構(gòu)建基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的五個(gè)層</p><p>　　次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換拓?fù)湫畔?。在本?jié)中，建立了三個(gè)表，即組件表、零件表、和表面表。</p><p>　　裝配信息也通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技

66、術(shù)轉(zhuǎn)換。包括配合表和公差表的兩個(gè)表被構(gòu)造，配合信息和公</p><p>　　差信息存儲(chǔ)在相應(yīng)的表中。 SolidWorks 的向前擴(kuò)展法，在每個(gè)階段都起著重要的作用。</p><p>　　幾何信息、拓?fù)湫畔?、裝配信息之間互相作用，形成一個(gè)有機(jī)的體系。最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)性</p><p>　　的虛擬裝配系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，用以進(jìn)一步證明裝配信息轉(zhuǎn)化并驗(yàn)證轉(zhuǎn)化信息和裝配仿是否<