面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机辅助公差设计(CAT)技术领域，尤其设及一种机械产品公差自 动分析和设计软件中的误差传递路径图的生成方法。
【背景技术】
[0002] 装配公差分析的目的是确定机器中目标要素的位置变动范围W及机器中各零件 上的关联要素的几何误差对目标要素位置变动影响的敏感程度和贡献程度。确定运一变动 范围需要设及机器装配模型上全部关联零件和关联要素，因此需要找出机器上全部关联零 件和关联要素，确定零件上各关联要素的几何误差对目标要素的位置影响的作用路径，分 析关联要素之间的误差作用方式，获得关联要素之间的相对位置变动规律，最终获得目标 要素的位置变动范围和变动规律。全部关联要素的误差作用路径的综合就是机器中几何要 素误差传递关系图。因此，几何要素误差传递关系图的自动构建，是实现装配公差自动分析 的核屯、工作。
[0003] 目前，国内外相关研究机构和研究人员在=维装配尺寸链的建立方面已有较多研 究，多数方法基于数据结构中的图结构、树结构或者线性表对尺寸链进行表示，但都还存在 一些问题。运些问题包括：1)只能描述链式尺寸，或者将空间尺寸关系分解到=个坐标方向 上单独进行计算。2)装配关系简化为线性串连装配关系，而非多个零件空间装配定位。3)装 配关系表示模型不适用于表示误差传递关系，导致尺寸传递关系生成算法复杂，不利于直 接用于装配公差分析。4)各类=维设计分析软件对于装配模型几乎都采用了装配结构树的 形式，而装配关系树仅能表示零部件的所属关系，尤其是描述装配零件由多个定位零件共 同定位时，树结构就无法描述，等等。因此，现有方法还不能正确表示机器中零件之间、零件 内部几何要素之间的几何误差传递和影响的真实情况，实际装配关系W及参与装配的几何 要素及其在零件内部的误差传递关系较为复杂。因此，基于图结构的表示是基本的方法，通 过建立装配体中零件之间、零件内部几何要素之间的几何要素误差传递关系图，可W得到 空间尺寸传递路径。通过利用现有的CAD系统及其S维公差标注系统所提供的几何及其公 差信息，再建立适用于后续公差分析的计算算法，并且将计算分析过程集成于CAD软件中， 从而方便设计人员在产品模型设计阶段进行有效的公差分析。运是实现装配公差分析的自 动化的主要目的。
[0004] 由于计算机辅助公差技术的复杂性，使对公差设计技术特别是=维公差设计技术 的研究远远落后于对CAD、CAPP和CAM的研究，使其难W与目前的CAD/CAPP/CAM集成。随着S 维CAD软件逐渐成为产品设计的方向和主流，如何在=维CAD模型上进行公差分析与综合已 成为一个必须解决的问题。开发更具实用性的计算机辅助=维公差分析软件，必须建立准 确描述装配关系及几何要素定位关系的计算机表示模型，而几何要素在机器中和零件内部 的误差传递关系的自动建立是其中的核屯、内容。
【发明内容】
[0005] 基于上述现有技术的现状，本发明采用数据结构中的双向图来描述几何误差的传 递关系，根据装配CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合，从目标零件到机架零 件的顺序自动构建装配体零件之间几何误差传递关系图GAsm=(VtE)，根据装配配合关系设 及的装配定位要素对，细化装配体零件之间几何误差传递关系图中边的数据域信息。然后 利用装配体零件之间几何误差传递关系图中边的装配定位要素数据，同时根据零件内部由 =维公差标注信息转化为基准要素定位目标要素形式的数据，自动构建属于装配体零件之 间几何误差传递关系图对应顶点的零件内部几何要素误差传递图GPart= (V'，E'）。从而建立 了全部关联几何要素在机器中的误差传递关系图，为机器内几何要素之间实际相对位置的 计算和影响其相对位置变化的关联要素的捜索建立基础。
[0006] 本发明所设的基本概念：
[0007] 定位零件和装配零件:机器由零件逐个装配而成，当前正在装配的零件称为装配 零件，而已装到机器上、对装配零件进行定位的零件称为定位零件。
[0008] 定位基准和装配基准:装配零件与定位零件的装配接触副中，位于定位零件上的 基准表面为定位基准，位于装配零件上的基准表面为装配基准。机器上的一个中间零件既 有定位基准又有装配基准，定位基准用于定位其它零件，装配基准是本中间零件被定位的 基准。机器上的机架零件的装配基准是机器的基础基准，机器中目标零件的定位基准是机 器公差分析的目标要素。从机架零件开始到目标零件结束，机器由一系列装配基准-定位基 准组成的基准对所构成。
[0009] 本发明采取如下技术方案：
[0010] -种面向公差技术的装配体几何要素误差传递关系图表示和构建方法，其按如下 步骤进行：
[0011] (1)获取装配CAD模型中的装配组件结构树和装配配合关系集合。
[0012] 装配模型主要有两方面的数据组成，一方面是装配体中所有用到的零件模型，另 一方面是装配配合信息，包括装配体中各个零件作为组件参与装配的唯一组件名称、各个 组件之间的装配配合关系。通过CAD系统提供的二次开发API函数，可W方便获取当前装配 模型中的所有组件集合Components_Set和装配配合关系集合Mates_Set，将装配体组件集 合和装配配合信息集合分别作为两个单独的临时集合，采用普通的链式存储数据结构存放 即可，需要注意的是，保证节点的先后顺序与装配模型中的一致。Components_Set装配体组 件集合的节点数据包括组件及其映射的零件模型，Mates_Set装配配合关系集合的节点数 据包括装配关系类型、装配组件指针、定位组件指针、装配零件上的定位要素、定位零件上 的装配要素。
[0013] (2)从目标零件向机架零件自动构建装配体零件之间几何误差传递关系图GAsm = (V，E)，图中V代表零件的集合，E代表装配定位关系的集合。根据装配接触副的配合关系，细 化装配体零件之间几何误差传递关系图中边的数据域信息。
[0014] 机器由零部件相继装配而成，零件在机器中的位置由定位基准和装配基准通过装 配接触进行定位。装配接触关系中的全部装配基准必然属于同一个装配零件上，装配接触 关系中的全部定位基准要素既可能位于同一定位零件上、也可能分别位于不同定位零件 上，即一个装配零件存在一个或多个定位零件。
[0015] 装配体零件之间几何误差传递关系图是描述机器中起定位作用的全部零件和目 标零件的关联关系的数据结构，装配体零件之间几何误差传递关系图是一张双向图，不仅 能够表达装配定位中零件的组成信息，而且能够表达零件之间的装配定位约束关系、装配 顺序和接触关系几何类型。因此，装配关系图中每个顶点存储的数据为：1)零件文件对象指 针;2)对应的零件内部几何要素关系图Gpart;3)装配零件的全局坐标系相对于第一定位零 件的全局坐标系的齐次坐标变换矩阵。
[0016] 为了便于装配体零件之间几何误差传递关系图的建立和检索，本发明的装配体零 件之间几何误差传递关系图是一个双向图。采用了两个单链表描述图中边的信息，规定从 定位零件指向装配零件的边为正向边，从装配零件指向定位零件的边为逆向边，即每个节 点均保存一个正向邻接表和一个逆向邻接表。正向邻接表用W记录当前零件所定位的全部 零件集合，逆向邻接表用W记录对当前零件进行定位的全部零件W及定位顺序。如图2所 示，零件C3安装在机架零件Cl上，然后对零件C2、C4进行定位，则其正邻接表元素为C2、C4; 逆邻接表元素为Cl。零件C2没有装配零件，其正向邻接表为空，而逆向邻接表按顺序存放了 零件Cl和C3。双向图对机器中全部关联零件的各种排序十分方便，例如对于从机架零件到 目标零件的正向排序，可W得到机器中零件的全部安装顺序序列（(：1八3^2八4和(：1^3、 C4、C2)，运一序列可用于计算零件在机架中位置;而从目标零件开始的逆向遍历，就得到了 机器中确定任意零件位置的所有关联零件(例如目标零件为C2,则所有关联零件为C1、C3)。 换句话说，根据正向边找出当前零件作为定位基准的全部装配零件，根据逆向边找出当前 零件作为装配零件的全部定位零件及其定位基准的优先次序。
[0017] 本发明所讨论的装配关系，其装配零件的所有装配基准对应的定位基准可能位于 同一个零件上，也可能位于不同零件上；当来自不同零件上时，就意味着该装配零件的逆向 邻接表中有多个元素，此时运些元素在逆向邻接表中的排序就是定位顺序，如图2所示，零 件C2被零件Cl和零件C3共同定位，从其逆向邻接表中看出，定位顺序为Cl、C3。
[0018] 装配关系图中的边E<Ci，Cj>仅仅是说明运两个零件有装配关系存在，比如图2中 的边<cl，c3>只描述零件C1、C3之间有装配关系，具体装配关系信息存储在对应边的数据域 中。
[0019] 装配体零件之间几何误差传递关系图的正向边和逆向边存储的数据为：1)指向关 联顶点的指针;2)指针对应的装配关系类型；3)指针所包含的全部装配基准面及其定位基 准面及