面向夹具虚拟装配的零件建模技术研究

论文摘要

夹具零件建模是夹具虚拟装配的前提和基础,然而目前面向虚拟装配的夹具零件建模还存在一些问题,主要表现在:没有统一的夹具零件库,在设计过程中经常对夹具零件重复建模,耗费了大量时间和精力;虚拟装配环境下使用的三角面片模型丢失了零件的拓扑信息和特征信息,使得设计者在虚拟环境中难以对模型进行精确的分析。本文针对以上问题,对面向虚拟装配的夹具零件建模技术进行了研究,主要包括:设计夹具零件参数化数据库,提取零件模型拓扑信息和特征信息,主要研究工作如下:研究了虚拟装配环境下零件信息模型的表达方式,提出了软件系统总体框架,将软件系统分为三个主要模块:夹具零件自动建模模块、夹具零件数据库模块和夹具零件模型信息处理模块。在分析参数化建模技术的基础上,对Solidworks进行了二次开发,建立了友好的人机交互界面,基于尺寸驱动原理实现了夹具零件的参数化自动建模。对夹具零件进行分类,综合运用编程技术与数据库技术,设计了夹具零件数据库,实现了夹具零件的动态添加和快速调用。在分析STL文件存储格式的基础上,采用半边结构重建模型拓扑结构。给出了基于平衡二叉树的冗余点去除算法;在去除冗余顶点的基础上,设计了基于V-F存储结构的点和三角面片之间的拓扑关系;给出了基于虚平衡二叉树相邻半边搜索算法,确定了三角面片之间的邻接情况;设计了边界信息提取算法,提取了边界线段、边界环和每个表面上的三角面片信息。分析了特征的定义、分类以及特征识别的主要方法,着重研究了基于图的特征识别方法的原理、算法以及实现,给出了边的凹凸性的判别方法以及面属性邻接图的构造方法。在拓扑信息提取的基础上,设计了规则几何面的识别方法;对夹具零件装配特征进行分类,给出了夹具零件主要装配特征的识别算法。在OpenGL平台上设计开发了拓扑信息提取和特征识别软件STLViewer,验证了夹具零件拓扑信息提取算法和装配特征识别算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题来源及研究的目的和意义
• 1.3 相关领域国内外研究现状
• 1.3.1 计算机辅助夹具设计研究现状
• 1.3.2 参数化建模技术研究现状
• 1.3.3 三角网格拓扑信息处理的研究现状
• 1.3.4 特征识别技术的研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 软件总体框架及数据库设计
• 2.1 引言
• 2.2 软件总体结构
• 2.2.1 虚拟装配环境中零件模型表达方式
• 2.2.2 软件总体框架
• 2.3 夹具零件参数化自动建模
• 2.3.1 基于特征的参数化建模技术
• 2.3.2 基于SolidWorks 零件参数化建模常用方法
• 2.3.3 基于尺寸驱动的夹具零件自动建模算法
• 2.3.4 夹具零件参数化建模实例
• 2.4 夹具零件数据库设计
• 2.4.1 夹具零件数据库结构
• 2.4.2 夹具零件数据库设计
• 2.4.3 夹具零件数据库运行实例
• 2.5 本章小结
• 第3章 夹具零件模型拓扑信息提取
• 3.1 引言
• 3.2 STL 文件数据分析
• 3.3 拓扑结构重建数据结构
• 3.4 数据组织和查找
• 3.4.1 二叉树
• 3.4.2 平衡二叉树
• 3.5 夹具零件拓扑信息提取算法
• 3.5.1 类和结构体的设计
• 3.5.2 基于平衡二叉树的冗余点去除算法
• 3.5.3 基于V-F 存储结构的点和三角面片拓扑关系
• 3.5.4 相邻半边搜索算法
• 3.5.5 边界信息提取算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 夹具零件装配特征识别
• 4.1 引言
• 4.2 装配特征的概念
• 4.3 特征识别及其主要方法
• 4.3.1 基于边界匹配的特征识别方法
• 4.3.2 基于立体分解的特征识别方法
• 4.4 基于图分解的夹具零件特征识别算法
• 4.4.1 规则几何面的识别及特征参数求解
• 4.4.2 边的凹凸性的判断
• 4.4.3 面属性邻接图的构造
• 4.4.4 子图分裂算法
• 4.4.5 子图匹配
• 4.4.6 夹具零件装配特征识别实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 夹具零件模型信息处理软件开发与实现
• 5.1 引言
• 5.2 软件开发环境
• 5.3 软件实现
• 5.3.1 基于MFC 的应用程序框架
• 5.3.2 应用程序模块结构划分
• 5.3.3 软件界面设计
• 5.4 模型信息处理运行实例
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢