專利名稱：一種管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)集成制造領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)通過(guò)編制軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的管路組件三維模型進(jìn)行分析獲取相應(yīng)的位姿參數(shù)信息，然后再此基礎(chǔ)上利用自動(dòng)配置方法及功能得出管路工裝完成該套管路組件中管接頭夾持所需的配置信息。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)集成制造是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng)，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。航天器中的管路產(chǎn)品的形狀各異，因此管路中的管接頭的空間位姿也各不相同， 目前，工裝夾具完成類似于管接頭這種空間位姿較為復(fù)雜的產(chǎn)品的夾持都是通過(guò)在三維軟件中讀取所需夾持產(chǎn)品的位姿參數(shù)信息，然后通過(guò)人工計(jì)算配置參數(shù)來(lái)完成工裝的配置。 這種方法并沒有利用計(jì)算機(jī)集成制造的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，存在以下的不足1)整個(gè)配置參數(shù)的計(jì)算過(guò)程需要通過(guò)人工干預(yù)來(lái)完成，自動(dòng)化程度很低，降低了生成效率；2)由于整個(gè)配置過(guò)程都是通過(guò)人工來(lái)完成，并沒有進(jìn)行分析比較，因此得到的結(jié)果并不能夠保證是較為優(yōu)化的結(jié)果；3)整個(gè)配置過(guò)程均由人工來(lái)完成，不但加大了操作人員的工作量，而且容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種管路裝焊可重構(gòu)工裝的自動(dòng)配置方法及系統(tǒng)，用于解決航天器中管路產(chǎn)品現(xiàn)有生產(chǎn)方法的不足，實(shí)現(xiàn)利用管路工裝進(jìn)行管路裝焊過(guò)程的自動(dòng)化， 減少人工的干預(yù)，從而減少操作人員的工作量，并且提高管路產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種管路裝焊可重構(gòu)工裝的自動(dòng)配置方法，包括 自動(dòng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的管路組件三維模型，獲取管路模型的位姿參數(shù)信息，然后通過(guò)分析比較計(jì)算管路組件模型的優(yōu)化位姿，再計(jì)算管路工裝夾持優(yōu)化位姿下管路組件中管接頭的配置參數(shù)信息，并導(dǎo)入管路工裝模型，進(jìn)行干涉檢查及分組分析，最后輸出配置好的管路裝焊工裝三維模型及相應(yīng)的結(jié)果信息。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種管路裝焊可重構(gòu)工裝的自動(dòng)配置系統(tǒng)，包括 管路工裝資源管理模塊，管路工裝自動(dòng)配置模塊，管路工裝性能分析模塊和管路工裝信息輸出模塊。管路工裝資源管理模塊完成管路工裝中所有相關(guān)資源的查看和管理任務(wù)；管路工裝自動(dòng)配置模塊完成分析導(dǎo)入的管路組件三維模型位姿參數(shù)，并且自動(dòng)完成管路工裝的整個(gè)配置功能；管路工裝性能分析模塊完成對(duì)配置好的管路工裝進(jìn)行相應(yīng)的性能分析，包括可測(cè)性分析和定位誤差分析；管路工裝信息輸出模塊完成對(duì)配置好的管路工裝相應(yīng)配置結(jié)果信息的輸出，包括配置好的管路工裝三維模型，管路工裝配置參數(shù)文檔和管路工裝裝配仿真視頻。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明可以通過(guò)自動(dòng)配置模塊和各個(gè)模塊之間的配合實(shí)現(xiàn)管路裝焊可重構(gòu)工裝的自動(dòng)配置，針對(duì)不同的管路組件輸出相應(yīng)的配置參數(shù)信息及相關(guān)的結(jié)果信息文件，整個(gè)過(guò)程不需要人工進(jìn)行額外的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了工裝配置過(guò)程的自動(dòng)化，提高了管路產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，而且可以消除以前方法由于人工誤操作產(chǎn)生的錯(cuò)誤的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中實(shí)施實(shí)例的流程圖。圖3為本發(fā)明中位姿優(yōu)化分析的工作流程圖。圖4為本發(fā)明中干涉檢查和分組分析的工作流程圖。圖5為本發(fā)明中可測(cè)性分析的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言， 從對(duì)本發(fā)明方法的具體描述中，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將顯而易見。圖1為管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，該系統(tǒng)是由管路工裝資源管理模塊，管路工裝自動(dòng)配置模塊，管路工裝性能分析模塊和管路工裝信息輸出模塊組成的，其中管路工裝自動(dòng)配置模塊為系統(tǒng)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)了管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置方法。該方法具體包括自動(dòng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的管路組件三維模型，分析得出管路組件模型的優(yōu)化位姿，計(jì)算管路工裝夾持該位姿下管接頭的配置參數(shù)信息，導(dǎo)入管路工裝模型，進(jìn)行干涉檢查及分組分析，最后生成配置好的管路工裝三維模型及相應(yīng)的配置信息。圖2為本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例流程圖，如圖所示，具體包括步驟101，導(dǎo)入需要配置的管路組件產(chǎn)品三維模型到系統(tǒng)中。步驟102，分析導(dǎo)入的管路組件三維模型，獲取模型的參數(shù)信息，具體包括管路組件的位姿參數(shù)信息，以及管路組件中各個(gè)管接頭的類型信息和位姿參數(shù)信息，并將管路模型導(dǎo)入的位姿作為管路模型的初始位姿。步驟103，計(jì)算初始位姿下管路工裝夾持管路組件中管接頭的配置參數(shù)信息，然后將表示管路組件初始位姿的矩陣乘以位姿變換矩陣進(jìn)而變換管路組件的位姿，并計(jì)算每個(gè)位姿下的管路工裝夾持管接頭的配置參數(shù)信息，分析比較得出管路組件模型的優(yōu)化位姿。步驟104，根據(jù)步驟103中分析得到的管路組件的優(yōu)化位姿及配置參數(shù)導(dǎo)入相應(yīng)的工裝模型到系統(tǒng)中生成管路工裝夾持管路組件中管接頭的裝配體模型，然后對(duì)裝配體模型進(jìn)行全局干涉檢查，如果有干涉發(fā)生，通過(guò)對(duì)干涉零件名稱的分析來(lái)判斷是否需要進(jìn)行分組，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行對(duì)管路組件進(jìn)行分組，然后對(duì)通過(guò)分組構(gòu)成的新的管路組件進(jìn)行位姿優(yōu)化分析，干涉檢查和分組分析，直到管路工裝通過(guò)夾持管接頭可以完成管路組件中所有管道的劃線工作。步驟105，根據(jù)上述步驟可以生成配置好的管路工裝三維模型，為了驗(yàn)證管路工裝是否夾持管接頭到達(dá)了指定的目標(biāo)位置，需要對(duì)管路工裝進(jìn)行驗(yàn)證，即對(duì)配置好的管路工裝模型中的各個(gè)管接頭進(jìn)行可測(cè)性分析，輸出測(cè)量模型中管接頭位置的測(cè)量?jī)x器最優(yōu)化的位置布置參數(shù)信息。步驟106，對(duì)裝配好的管路工裝的性能驗(yàn)證除了步驟105中的可測(cè)性分析，還需要對(duì)管路工裝夾持管接頭的定位誤差進(jìn)行分析，判斷管路工裝夾持管接頭是否達(dá)到了指定的精度要求，具體是通過(guò)建立管路工裝夾持管接頭的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)空間綜合誤差分析的方法來(lái)計(jì)算管路工裝夾持各個(gè)管接頭產(chǎn)生的空間綜合誤差。步驟107，通過(guò)上述步驟，即完成了針對(duì)特定的管路組件產(chǎn)品的管路工裝的整個(gè)配置過(guò)程和性能分析過(guò)程，最后需要輸出所需的結(jié)果信息，包括配置好的管路工裝的三維模型，管路工裝的裝配仿真視頻，以及管路工裝的配置文檔。管路工裝配置文檔中包括了管路工裝的配置參數(shù)信息，以及管路工裝夾持各個(gè)管接頭的定位誤差信息和測(cè)量管路工裝夾持的管接頭位置的測(cè)量?jī)x器的位置布置參數(shù)信息。通過(guò)輸出的這些信息，就可以直到操作人員完成管路工裝的配置工作。圖3為本發(fā)明中位姿優(yōu)化分析工作流程圖，如圖所示，包括步驟201，分析得出導(dǎo)入管路裝焊可重構(gòu)工裝配置系統(tǒng)中的管路組件三維模型的位姿信息，作為管路模型的初始位姿，管路模型的位姿利用4*4的矩陣來(lái)表示。步驟202，計(jì)算初始位姿下管路工裝可夾持的管接頭的數(shù)目，以及夾持管接頭產(chǎn)生的總的定位誤差，利用這兩個(gè)條件作為判斷管路組件模型位姿優(yōu)劣的條件，其中前者為先決條件，后者則是在管路工裝夾持管接頭數(shù)目相同條件下的判斷條件。將計(jì)算的初始位姿下的管路工裝的夾持管接頭的數(shù)目，定位誤差總和和管路模型的位姿作為優(yōu)化結(jié)果保存。步驟203，設(shè)定最大的位姿變換次數(shù)，并定義當(dāng)前的位姿變換次數(shù)為第0次。步驟204，令當(dāng)前變換的次數(shù)加1作為新的當(dāng)前變換次數(shù)。步驟205，判斷當(dāng)前的變換次數(shù)是否達(dá)到了指定的最大變換次數(shù)，若達(dá)到了指定的變換次數(shù)則輸出最后的位姿優(yōu)化的結(jié)果，若沒有達(dá)到則繼續(xù)進(jìn)行位姿變換，找尋最優(yōu)化的管路模型位姿。步驟206，利用系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)構(gòu)造相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，將表示管路模型初始位姿的矩陣乘以旋轉(zhuǎn)及平移矩陣，得到管路模型新的位姿。步驟207，計(jì)算步驟206中的得到的新的管路模型位姿下管路工裝可夾持的管接頭的數(shù)目，以及夾持管接頭產(chǎn)生的定位誤差的總和。步驟208，將步驟207中計(jì)算的新位姿下的管路工裝夾持管接頭的結(jié)果同之前保存的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較(包括夾持管接頭的數(shù)目和夾持管接頭的定位誤差的總和)，若是此位姿下得到的管路工裝夾持管接頭的結(jié)果優(yōu)于優(yōu)化結(jié)果中保存的位姿下的夾持結(jié)果，則將本次得到的結(jié)果代替優(yōu)化結(jié)果中保存的內(nèi)容，從而保證保存的優(yōu)化結(jié)果總是經(jīng)過(guò)當(dāng)前變換次數(shù)的管路模型的最優(yōu)位姿。然后重新返回到步驟204，令當(dāng)前的變換次數(shù)加1，繼續(xù)判斷當(dāng)前變換次數(shù)是否達(dá)到了最大的變換次數(shù)，進(jìn)而根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行不同的處理。步驟209，若是當(dāng)前的變換次數(shù)達(dá)到了設(shè)定的最大變換次數(shù)，則輸出保存的優(yōu)化結(jié)果，即輸出在將管路三維模型變換設(shè)定的最大變換位姿次數(shù)后的管路模型的最優(yōu)化位姿， 完成管路模型的位姿優(yōu)化分析功能。圖4為本發(fā)明中干涉檢查和分組分析的工作流程圖，如圖所示，包括步驟301，根據(jù)管路模型位姿優(yōu)化分析得出的管路工裝夾持管路模型優(yōu)化位姿下的管接頭的配置參數(shù)，導(dǎo)入相應(yīng)的管路工裝夾持器及管路工裝其他元組件，生成裝配好的管路工裝三維模型。步驟302，對(duì)在步驟301中生成的管路工裝的三維模型進(jìn)行全局干涉檢查。
步驟303，根據(jù)全局干涉檢查的結(jié)果判斷是否有干涉發(fā)生，若有干涉發(fā)生，通過(guò)干涉零件的名稱判斷，產(chǎn)生的干涉是否影響管路工裝的工作，若影響，則從干涉的零件中選擇一個(gè)管接頭分到下一組中，消除干涉，保證管路工裝的正常工作。步驟304，判斷通過(guò)管路工裝夾持管路組件中管接頭是否可以完成所有管道零件的劃線工作，若完成則輸出結(jié)果，若沒有完成則繼續(xù)對(duì)通過(guò)干涉分析分到下一組的管接頭進(jìn)行處理。步驟305，分析由于干涉分出的管接頭名稱，找到原來(lái)管路組件中與其相關(guān)的沒有完成劃線的管道和該管道另一端的管接頭構(gòu)成新的新的一組管路組件。步驟306，對(duì)新生成的管路組件進(jìn)行位姿優(yōu)化分析，干涉檢查和分組分析。步驟307，完成對(duì)新的管路組件的一系列的分析后，返回步驟304，判斷管路工裝是否完成了原管路組件中所有管道零件的劃線，根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行不同的處理。步驟308，若完成了原管路組件中所有管道零件的劃線，則輸出各組配置好的管路工裝的模型，即完成管路工裝的整個(gè)配置過(guò)程。圖5為該發(fā)明中可測(cè)性分析的工作流程圖，如圖所示，包括步驟401，根據(jù)管路工裝自動(dòng)配置生成的配置好的管路工裝模型及配置參數(shù)，計(jì)算各組中管路組件的管接頭測(cè)量點(diǎn)的目標(biāo)位置。步驟402，定義處理的當(dāng)前管路工裝組數(shù)為1。步驟403，判斷當(dāng)前的組數(shù)是否是最大的分組數(shù)加1，若是，則表明分析完成了管路工裝中所有的分組，輸出分析的結(jié)果，若沒有到達(dá)最大的組數(shù)加1，則繼續(xù)對(duì)當(dāng)前的分組進(jìn)行分析處理。步驟404，定義當(dāng)前管路分組中所有管接頭的數(shù)目及測(cè)量點(diǎn)的位置，將當(dāng)前分組中管接頭的數(shù)目作為本組中剩余的待測(cè)管接頭數(shù)目。步驟405，判斷當(dāng)前分組中剩余的待測(cè)管接頭的數(shù)目是否為0，若為0，則表明本組中所有的管接頭均已經(jīng)測(cè)量完成，若不為0，則對(duì)剩余的待測(cè)管接頭進(jìn)行可測(cè)性分析。步驟406，在測(cè)量?jī)x器的可布置區(qū)域空間內(nèi)以固定步長(zhǎng)搜索，在每個(gè)位置都對(duì)當(dāng)前
分組中剩余的待測(cè)管接頭進(jìn)行測(cè)量，并記錄各個(gè)位置上可測(cè)量到的剩余的待測(cè)管接頭的數(shù)目。步驟407，通過(guò)步驟406中的分析，得到可以測(cè)量的剩余的待測(cè)管接頭數(shù)目最多的位置，以及在該位置可測(cè)量到的管接頭。步驟408，根據(jù)已經(jīng)可測(cè)量到的管接頭數(shù)目更新本組中剩余的待測(cè)管接頭的數(shù)目。 更新過(guò)本組中剩余的待測(cè)管接頭數(shù)目后，返回到步驟405，判斷本組中剩余的待測(cè)管接頭數(shù)目是否為0，根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行不同的處理。步驟409，若本組中剩余的待測(cè)管接頭數(shù)目為0，則表明本分組中的管接頭位置測(cè)量的可測(cè)性分析已經(jīng)完成，令當(dāng)前分析處理的組數(shù)加1，作為要分析處理的當(dāng)前分組數(shù)，返回到步驟403，判斷當(dāng)前要分析處理的分組數(shù)是否達(dá)到了最大分組數(shù)加1，根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行不同的處理。步驟410，若當(dāng)前的分析處理的分組數(shù)達(dá)到了最大分組數(shù)加1，則表明對(duì)所有的分組中管接頭位置的可測(cè)性分析均已完成，輸出測(cè)量各組中管接頭位置的測(cè)量?jī)x器的配置優(yōu)化位置布置參數(shù)信息。
最后應(yīng)該說(shuō)明的是以上實(shí)施實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解 其依然可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置方法，其特征在于，包括自動(dòng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的管路組件三維模型，獲取管路模型的位姿參數(shù)信息，進(jìn)而分析得出管路組件模型的優(yōu)化位姿，計(jì)算管路工裝夾持該位姿管路接頭的配置參數(shù)信息，導(dǎo)入管路工裝模型，進(jìn)行干涉檢查及分組分析，最后生成配置好的管路工裝三維模型及相應(yīng)的配置結(jié)果信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述自動(dòng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的管路組件三維模型，分析得出管路組件模型的優(yōu)化位姿，具體包括分析獲取管路三維模型的初始位姿，然后通過(guò)乘以變換位姿矩陣的方法使管路模型的位姿不斷進(jìn)行變換，并對(duì)每個(gè)位姿下的管路模型進(jìn)行分析計(jì)算，然后根據(jù)位姿優(yōu)化條件，比較得出最優(yōu)化的管路模型位姿，作為管路模型的最終配置位姿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)位姿優(yōu)化條件，比較得出最優(yōu)化的管路模型的位姿，其中優(yōu)化條件具體包括條件一在管路模型優(yōu)化位姿下管路工裝可夾持的管接頭的數(shù)目條件二管路工裝夾持管路模型優(yōu)化位姿下的管接頭所產(chǎn)生的總的誤差。 其中，條件一為先決條件，條件二為輔助條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行干涉檢查及分組分析，最后生成配置好的管路裝焊工裝三維模型及相應(yīng)的配置信息，具體包括根據(jù)計(jì)算出的配置參數(shù)，導(dǎo)入管路工裝三維模型，對(duì)夾持管接頭的管路工裝裝配模型進(jìn)行全局干涉檢查，通過(guò)得出的干涉零件的名稱來(lái)判斷是否影響管路工裝工作，將影響管路工裝工作的管接頭分到另一組中，然后對(duì)生成的新的管路組件分組重新進(jìn)行位姿優(yōu)化分析，干涉檢查和分組分析，直到管路工裝夾持的管接頭完成原管路組件中所有管道零件的劃線。
5.一種管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于，包括管路工裝資源管理模塊，完成管路工裝中所有相關(guān)資源的查看和管理任務(wù)； 管路工裝自動(dòng)配置模塊，完成分析導(dǎo)入的管路組件三維模型位姿參數(shù)，并且自動(dòng)完成管路工裝的整個(gè)配置功能；管路工裝性能分析模塊，完成對(duì)配置好的管路工裝進(jìn)行相應(yīng)的性能分析； 管路工裝信息輸出模塊，完成對(duì)配置好的管路工裝相應(yīng)的結(jié)果信息輸出的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5，其特征在于，所述管路工裝性能分析模塊，具體包括 主要包括兩方面的性能分析管路工裝可測(cè)性分析，對(duì)管路工裝夾持的所有管接頭進(jìn)行可測(cè)性分析，輸出測(cè)量所有管接頭位置所需的布置次數(shù)最少的測(cè)量?jī)x器配置位置參數(shù)信息。管路工裝定位誤差分析，對(duì)管路工裝夾持的所有管接頭進(jìn)行定位誤差分析，輸出所有的管接頭的定位誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求5，其特征在于，所述管路工裝信息輸出模塊，具體包括 主要輸出以下的結(jié)果信息管路工裝三維模型，通過(guò)自動(dòng)配置生成的裝配好的管路工裝的三維模型； 管路工裝配置文檔，包括配置管路工裝完成管接頭定位夾持的所有配置參數(shù)信息，管路工裝夾持的每個(gè)管接頭的定位誤差信息，以及測(cè)量配置好的管接頭的位置的測(cè)量?jī)x器的位置布置參數(shù)信息；管路工裝裝配仿真視頻，自動(dòng)生成管路工裝的裝配過(guò)程的仿真動(dòng)畫視頻，直觀的展示管路工裝的整個(gè)配置過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置的方法及系統(tǒng)。其中，方法包括自動(dòng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的管路組件三維模型，分析得出管路組件模型的優(yōu)化位姿，計(jì)算管路工裝夾持該位姿下管接頭的配置參數(shù)信息，導(dǎo)入管路工裝模型，進(jìn)行干涉檢查及分組分析，最后生成配置好的管路工裝三維模型及相應(yīng)的配置信息。系統(tǒng)包括管路工裝資源管理模塊，管路工裝自動(dòng)配置模塊，管路工裝性能分析模塊和管路工裝信息輸出模塊。本發(fā)明管路裝焊可重構(gòu)工裝自動(dòng)配置方法及系統(tǒng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)修改也適用于對(duì)其他產(chǎn)品的工裝配置，具有較好的廣泛適用性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102411662SQ20111044478
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者李梁, 漆中華, 鄭聯(lián)語(yǔ) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)