【摘要】 介紹汽車油氣管檢具的CAD/CAM集成解決方案，詳細(xì)介紹Pro/ENGINEER裝配模型部件標(biāo)識(shí)機(jī)制及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，最終得到檢具的檢測(cè)坐標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】 裝配模型 Pro/ENGINEER 二次開發(fā)技術(shù)

1 引言

直的橡膠管穿在已彎成所需產(chǎn)品形狀的不銹鋼芯棒上，在硫化爐中對(duì)橡膠管進(jìn)行硫化定型，通過水冷得到成品即油氣管。汽車油氣管檢具就是檢測(cè)油氣管是否合格的一個(gè)裝置，因此，檢具的制作精度要求較高，檢具完成后對(duì)其進(jìn)行檢查，以判斷檢具是否合格，檢具一般在三坐標(biāo)測(cè)量儀上進(jìn)行測(cè)量，以點(diǎn)的形式進(jìn)行檢查。油氣管的幾何圖形由兩個(gè)同心圓沿一條樣條曲線掃描而成，由于是一條空間樣條曲線，對(duì)油氣管及其檢具采用Pro/ENGINEER軟件作為產(chǎn)品和檢具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的軟件平臺(tái)，在BeiJing FANUC—450數(shù)控銑床對(duì)其進(jìn)行加工，通過Pro/ENGINEER的裝配模型和二次開發(fā)技術(shù)得到所需測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，以檢驗(yàn)產(chǎn)品是否合格。

2 三維CAD模型

由于需進(jìn)行數(shù)控加工必須得到檢具的三維CAD模型，同時(shí)要得到油氣管與檢具的裝配模型并進(jìn)行干涉檢查，而采用傳統(tǒng)的二維圖的設(shè)計(jì)是不可能實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)過程不進(jìn)行具體描述，圖1是三維CAD模型。

a)油氣管



b)裝配圖
圖1

3 Pro/ENGINEER裝配模型

3.1 零部件標(biāo)識(shí)

Pro/ENGINEER軟件是基于特征的實(shí)體造型軟件， 裝配模型是一個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)樹，它用一個(gè)數(shù)組結(jié)構(gòu)對(duì)裝配體中的零部件進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。可以對(duì)模型中的零部件進(jìn)行查詢、讀取、修改和增減等編輯操作。對(duì)多層次的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹表達(dá)的裝配模型來說，要實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)樹中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行操作，就必須對(duì)結(jié)構(gòu)樹中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行從根結(jié)點(diǎn)到該結(jié)點(diǎn)的全局標(biāo)識(shí)。對(duì)于一個(gè)子裝配體，如果我們只考慮其直接組成部件則是一個(gè)單層結(jié)構(gòu)，可以用不重復(fù)的正整數(shù)來標(biāo)識(shí)每一個(gè)零部件。對(duì)于一個(gè)成品裝配體來講，也是相同的，但由于成品裝配體是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，所以可以通過增加層號(hào)來粗定位層信息，再用不重復(fù)的正整數(shù)來標(biāo)識(shí)每一個(gè)零部件，最后形成用層數(shù)和以層數(shù)為長度的一維數(shù)組來標(biāo)識(shí)的方法。如圖2所示，即為Pro/ENGINEER軟件下的部件標(biāo)識(shí)示例。

圖2 部件標(biāo)識(shí)

在圖2所示的裝配體中，子裝配體C在裝配體A中的部件標(biāo)識(shí)值為11，零件B在裝配體AB中的部件標(biāo)識(shí)值為3等。圖2中的子裝配體AB在不同的地方出現(xiàn)了兩次（也就是同一部件在裝配體中的不同地方裝配了兩次），它的組成部件B（也出現(xiàn)了兩次）的標(biāo)識(shí)路徑卻不同，其具體標(biāo)識(shí)如下：

Component B'
table_num = 5
comp_id_tab[0] = 2
comp_id_tab[1] = 2
comp_id_tab[2] = 5
comp_id_tab[3] = 2
comp_id_tab[4] = 3
Component B"
table_num = 4
comp_id_tab[0] = 11
comp_id_tab[1] = 6
comp_id_tab[2] = 12
comp_id_tab[3] = 3

其中，table_num為該部件在裝配體中所屬的數(shù)，也就是一維數(shù)組comp_id_tab的長度 ；comp_id_tab為長度值為table_num的一維數(shù)組，該數(shù)組是將部件各層的標(biāo)識(shí)值從上到下依次標(biāo)識(shí)出來，即為標(biāo)識(shí)數(shù)組。

3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論

從Pro/ENGINEER的裝配模型可以得到零部件的裝配信息，如約束關(guān)系、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，而檢具在三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)必須給出檢測(cè)坐標(biāo)系與原點(diǎn)。從圖1中可以看出，為了檢測(cè)的方便，有時(shí)產(chǎn)品的坐標(biāo)系與檢具檢測(cè)的坐標(biāo)系是不一致的，這就涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使原來坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三坐標(biāo)測(cè)量儀測(cè)量的坐標(biāo)，而在Pro/ENGINEER裝配模型中，當(dāng)進(jìn)行零部件裝配時(shí)，零部件的坐標(biāo)系就乘一個(gè)齊次變換4×4階矩陣而保存在裝配信息中，通過Pro/ENGINEER二次開發(fā)工具Pro/Toolkit提取此裝配信息。以圖3為例，如需求零件B的坐標(biāo)系相對(duì)于零件C的4×4階轉(zhuǎn)換矩陣，先分別提取零件B、C坐標(biāo)系在總裝配體A坐標(biāo)系的4×4階轉(zhuǎn)換矩陣Mtran，即MAB 和MAC，再對(duì)MAB求逆，得到M-1AB，Mtran=M-1AB· MAC即為零件B的坐標(biāo)系相對(duì)于零件C坐標(biāo)系的4×4階轉(zhuǎn)換矩陣，零件B點(diǎn)的坐標(biāo)乘以此轉(zhuǎn)換矩陣就得到在零件C坐標(biāo)系的坐標(biāo)，也就是產(chǎn)品的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)值通過一個(gè)轉(zhuǎn)換矩陣變換后變成三坐標(biāo)測(cè)量儀坐標(biāo)系下所需檢測(cè)的點(diǎn)的坐標(biāo)。

圖3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論（Mtr=M-1AB.MAC）

圖4 點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果

3.3 點(diǎn)數(shù)據(jù)及零部件裝配關(guān)系提取

在Pro/ENGINEER的裝配模型的工程數(shù)據(jù)庫中，即包含零部件的裝配關(guān)系，也包含零部件的幾何信息，即點(diǎn)、線、面以及體的數(shù)據(jù)，因此，通過如下的Pro/ENGINEER的二次開發(fā)函數(shù)即可提取點(diǎn)的坐標(biāo)。

prodb_get_feature_dtm_points(model，feature_id，&point_lists);其中Model 代表所選擇零件的ID標(biāo)識(shí)，feature_id表示構(gòu)建此零件中所選的特征ID號(hào)，point_lists為一個(gè)三維數(shù)組存儲(chǔ)此特征中的所有點(diǎn)的坐標(biāo)（相對(duì)此零件的坐標(biāo)系的坐標(biāo)）。

ProAsmcomppathTrfGet()函數(shù)可得到選擇零件相對(duì)根裝配體的轉(zhuǎn)換矩陣，選擇圖3中的B、C零件，可得到B、C零件的轉(zhuǎn)換矩陣。由于關(guān)于Pro/ENGINEER的二次開發(fā)的文章很多，在本文中就不再具體描述，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，得到如下的結(jié)果。以此圖1（b）為例，通過Pro/ENGINEER的二次開發(fā)，得到如圖4所示結(jié)果。為檢驗(yàn)其轉(zhuǎn)換是否正確，通過Pro/ENGINEER中的Analysis菜單可以進(jìn)行測(cè)量，最終結(jié)果與轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)結(jié)果一致。

4 結(jié)論

汽車油氣管檢具由于采用了Pro/ENGINEER三維CAD技術(shù)，使設(shè)計(jì)周期大為縮短，通過裝配模型得到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣點(diǎn)坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，點(diǎn)坐標(biāo)以表格的形式表示出來，解決以前在二維圖中通過標(biāo)注尺寸得到坐標(biāo)，減少了人為錯(cuò)誤，同時(shí)通過零件的信息共享，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)一體化。