虚拟装配技术在雷达装配中的应用

虚拟装配技术在雷达装配中的应用

李安换,，王青杰，王黔

中国电子科技集团公司第三十八研究所  安徽省合肥市230031

摘要：现阶段，虚拟装配技术在雷达装配领域已经有了广泛的应用，大大缩短了雷达装配的周期。但其应用的深度和广度还有很大的空间，随着虚拟装配技术在工业设计领域的不断应用，其技术也日益完善。基于计算机图像学，通过计算机辅助展现工业产品设计的构造、结构、外观等信息，在工业产品设计阶段发挥了重要的作用。

关键词：虚拟装配技术；雷达装配；应用

前言

所谓“虚拟装配”主要是指在交互式的环境当中，使用者利用各式各样的交互设施如同在现实环境中对产品的各零件开展相应的装配作业；在具体操作环节，系统具备装配约束处置、实时碰撞检测、序列处理以及装配路径等众多作用，进而确保使用者可以对产品装配性加以判断等。在装配作业完成后，系统可以及时记录装配环节形成的全部信息，同时还会提供视频录像、报告资料等供后期应用。对虚拟制造来说，虚拟装配是不可或缺的构成部分，在虚拟装配技术的支撑下，能够对装配设计及操作的精准性进行判定，有助于尽早挖掘装配环节存在的不足，及时调整模型，同时借助可视化技术以体现整个装配环节。在虚拟装配中，设计工作者应当选择可操作的装配序列、自行产生装配计划，其主要涉及装配工艺制定、数值运算、装配作业模拟以及工作面分布等

1系统工作流程

真实的产品装配是在装配车间进行的，装配工人使用各种装配工具对零件进行装配，直到形成最终的产品。在CAD系统中，产品装配是通过设计人员依次将设计的零件调入计算机，然后依靠零件上的几何元素建立零件间的约束关系，将零件旋转或平移到目标位置，最终在计算机中形成产品的装配模型。在虚拟装配操作系统中，操作人员置身虚拟环境中，借助虚拟外设对零件进行操作。基于VegaPrime软件平台的雷达结构虚拟装配系统的工作流程分为四个部分：数据输入过程、虚拟操作过程、虚拟装配过程及数据输出过程。

1.1数据输入过程

虚拟装配系统操作的对象是各种实际物体的虚拟模型。首先根据需求分析完成对装配零件的设计，然后根据设计信息构建装配零件的虚拟模型，同时将零件的几何参数信息、物理属性信息和零件包含的各种工程设计信息指定给它，将这些信息输入数据库。零件的几何模型描述了零件的几何形状和外观，使用Pro／Engineer软件根据需求设计生成零件的模型，然后，通过对模型文件转换与简化，生成适合于虚拟装配环境的零件模型；也可以由其它CAD系统生成的零件几何模型转换得到。目前的CAD系统还无法做到智能化，因而零件的装配特征信息的提取主要是由人工完成。将这些信息附加到零件上是为了保证零件在虚拟装配环境下能按照设计者的设计意图实现零件间的定位和约束。

1.2虚拟操作过程

在零件进行装配之前，需要操作者对零件进行抓取操作。如此，我们需要加入操作者人体模型尤其是手模型需要真实建模和关节定义；为了使抓取过程更接近真实操作，需要对抓取过程中的动力学进行分析；同时对虚拟装配系统的整体环境、虚拟现实外围数据设备进行连接驱动和设置。在这一过程中我们在Diguy软件提供的人体模型的基础上需要用Poser软件，建立手模型后进行关节变量定义，这样我们便可以通过数据手套对定义的手模型关节进行控制。

1.3虚拟装配过程

在对零件模型进行虚拟装配之前，需要对虚拟环境中的装配力、零件模型间的碰撞检测、零件的装配特征等进行设置。我们将提取零件的装配特征信息在我们构建的系统下进行零件装配特征标记，在上述设置完成后，在施加装配力的情况下，同时借助虚拟现实外围数据设备在虚拟装配环境中完成对零件的装配工作。

1.4数据输出过程

虚拟装配的最终结果是得到零件的虚拟装配模型以及系统对装配过程中的重要记录。这些记录包括：零件装配路径、零件扫掠轨迹、零件碰撞检测报告、零件装配顺序和装配过程动画、雷达工作过程动画等，这些记录可以与其他系统进行数据交换。统对装配过程中的重要记录。这些记录包括：零件装配路径、零件扫掠轨迹、零件碰撞检测报告、零件装配顺序和装配过程动画、雷达工作过程动画等，这些记录可以与其他系统进行数据交换。

2虚拟装配技术

虚拟装配的实质是利用计算机图形学和仿真技术在计算机上以可视化方式研究和解决产品的可装配性问题。其中，装配工艺规划、干涉检验技术及装配仿真是虚拟装配研究的主要内容。

2.1装配工艺规划

计算机辅助装配工艺规划研究是从20世纪80年代开始的，主要包括装配序列规划和装配路径规划田。装配序列规划主要研究装配序列的生成与几何可行性分析。所谓装配序列的几何可行性是:从几何约束的角度来讲，两个装配单元之间的装配操作或分解操作不存在几何干涉现象。为了描述装配体中各零件之间的几何干涉关系及装配序列生成方法，目前主要有装配优先约束法产品装配结构的关联图模型法、装配割集法、基于层次图的配合条件法、网络表示装配序列路径及基于知识的装配序列规划方法。装配序列规划确定了零件装配的顺序,但没有确定零件按照什么方向或路径装配以及装配是否发生干涉。装配路径规划是在装配建模和装配序列规划的基础上，充分利用装配信息进行路径分析和求解，判断并生成一条合理的装配路径，为设计人员提供可视化的辅助设计工具.装配路径规划主要包括装配体及其相关的数据结构模型的前置处理、分离方向的确定、分离平移量的确定、拆分方向的确定和干涉检查。目前国内外对装配路径规划的研究可归纳为以下方法:可视图法(VMap法)、T-Line法(移动边界线法)、方向多面锥代数法、位姿空间方法等等。

2.2装配过程中的干涉检验

零件在虚拟装配的过程中可能发生相互碰撞、接触等现象，检验出零部件间的这种相互作用，并输出其结果，为及时修改做准备，是实现虚拟装配操作的重要内容。装配干涉检验是检验产品装配过程中零件在空间位置是否发生冲突，即是否在同一时间占有共同的空间。其分为静态干涉检验、动态干涉检验和运动干涉检验三个层次。静态干涉检验主要检验零件在装配最终位置时是否发生干涉，由于静态干涉仅与产品的空间位置有关，因而静态干涉可以直接使用几何空间上的计算方法来确定动态干涉检验属于碰撞检验,装配过程中装配零件在不同的时间处于不同的位置，最终位置不发生干涉并不能保证中间过程不发生干步或碰撞，动态干涉检验为产品的可装配性提供了依据.运动干涉检验是对机构进行运动学、动力学分析，在计算机上仿真机构的运动，保证产品的运动零部件在工作时不与周围零部件发生碰撞千涉。

2.3装配仿真

装配仿真就是在计算机上模拟产品的实际装配过程，直观展示产品的装配过程和装配方法，并可通过人机交互调整和控制装配元件的位姿，提供装配干涉的实时检验，改进产品的可装配性。装配仿真按照仿真形式分为静态装配仿真和动态装配仿真。静态仿真主要对装配序列的与或图和二叉树进行图形仿真，表现装配序列的并行性和技术可行性。动态仿真主要以装配序列为基础,可对初始路径及其关键点位姿进行实时交互修改与调整。装配干涉检查不仅指出各条路径是否存在干涉，还检查路径上各相邻关键点之间的干涉碰撞情况。

结束语

虚拟装配为在实际制造产品之前利用计算机全面分析产品的可装配性提供了更为有效、使用的手段和方法，具有广阔的应用前景和实际应用价值。

参考文献：

[1]张树生。杨茂奎。朱名铨．等．虚拟制造技术[J]．西安：西北工业大学出版社.2006．

[2]王璐．基于pision的军事电子装备虚拟现实技术[J]．合肥工业大学学报(自然科学版)．2006．29(2)；186——187．