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基于X3D的夹具虚拟装配技术研究是嘛

发布时间:2021-07-11 13:46:27 阅读: 来源:摩擦磨损试验机厂家

基于X3D的夹具虚拟装配技术研究

摘 要:本文以钻孔用分度夹具为例,对虚拟装配过程和关键技术进行研究,包括零件三维造型方法、虚拟装配顺序和路径规划,夹具虚拟装配过程的实现等。在机械制造领域,利用X3D技术实现夹具虚拟装配,具有非常重要的现实

意义。

虚拟装配是虚拟现实技术在机械制造领域的重要应用,是在虚拟现实环境中仿真装配过程的一项高新技术。它允分利用虚拟现实技术和CAD技术的优点,模拟一个虚拟的装配环境,用于验让装配设计和操作的正确性,及早发现装配中的

问题,对模型进行修改,并可视化地展示装配全过程。

X3D(Extensible 3D)是Web3D联盟提出的新一代可扩展络三维图形规范,它延伸了VRML97的功能,整合了Java、XML、流媒体及多媒体等技术,使其具有更强大、高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。本文以钻孔用分度夹具为例,利用X3D技术构建该夹具各零件的三维立体模型,实现夹具虚拟装配过程,为虚拟装配技术的研究提供一条新的思路。

1、 X3D简介

X3D作为新一代互联三维图形标准,其承要的特点是采用XML编码方式和构件模型,大大增强了其扩展性和跨平台性。X3D采用XML编码结构使得X3D浏览器使用DOM(Document Ob

jectModel,文档对象模型)来存取数据成为可能,X3D浏览器通过对树形结构符结点的操作,来实现虚拟三维场景的浏览与控制。

X3D体系结构包括四个部分:内核(核心特性集)、VEML97特性集、心用程序接口和扩展集。内核定义了VEML rfl最关键的特性,当前的内核只实现VEML97的54个节点中的23个节点。VEML97特性集实现内核以外的VEML97元素,从而确保了X3D与已有的VEML心用兼容。应用程序接口包括DOM与SAI(Scene Authoring Interface,场景创作接口),使得外部应用程序可以访问X3D文件。扩展集允许用户通过插件的形式对X3D的内核进行功能扩展,以满足各种市场和技术需求。

2 夹具零件三维造型方法

传统的夹具三维造型方法土要是利用专业CAD软件生成三维模型,然后再输出为VRML格式文件。但其输出的VRML文件非常大,而且在转换过程中会丢失大量工程设计信息,为表达与确定零件间的装配关系带来了困难。

现在,随着X3D标准的制定以及SwirlX3D、X3D—Edit等专用工具的出现,人们有了更方便、快捷的生成VRML、X3D文件的方法。SwirlX3D是图形化的X3D文件器,它使用OpenGL作为高质量渲染和硬件处理器。用SwirlX3D器X3D场景图文件时,可以提供简化、无错的创作和方式。本文使用SwirlX3Dl.7.11专

用器建立钻孔用分度夹具上符零件的三维模型,具体方法如下:

对该夹具上的每个零件分别建立X3D三维模型,并保存为单独的.X3D文件。简单的零件可采用Box立方体节点、Cone圆锥体节点、Cylinder圆柱体节点、Sphere球体节点等X3D基本几何节点进行设计,复杂的零件可采用Extrusion挤出造型节点、Transform空间坐标变换节点、Group编纵节点等X3D立体空间造型节点进行设计,再结合Material外观材料节点、Texttlre纹理映像节点等Appearance外观节点和color颜色节点等进行修饰,即可设计出外观效果从而能够应对医疗风险废弃物更加逼真、生动的零件三维造型。

然后,利用X3D语言的Inline内联节点,参考各零件模型尺寸,在合适的位置、方位来

调用各个零件的.X3D文件,将虚拟夹具的所有零件排列在同一个场景中。各零件的定位可利用Transform空间坐标变换节点的translation域、rotation域、scale域等参数来实现。由于每个零件的模型均保存在单独的.X3D文件中,主程序只包含几行Inline节点语句,因此,程序变得简单明了,符合结构化的程序设计思想。装配前钻孔用分度夹具上符零件的三维模型及其相对位置。

3 、夹具虚拟装配顺序和路径规划

夹具虚拟装配需要确定装配顺序和装配路径。在实际装配过程中,被装配零件由于受装配关《上海市保障性住房建筑节能设计指点意见》(以下简称“指点意见”)系的约束而存在装配顺序问题。因此,系统控制安装在堵头1侧的直线步进机电可以实现阀芯的轴向滑动先为每一个被装配零件分别定义唯一识别其装配顺序的编码,然后根据经验知识,预先定义好一个可行的装配顺序,以便最后实现夹具自动虚拟装配过程。

装配路径是零件在虚拟装配空间中的运动轨迹。使用X3D的PositionInterp除去铜版纸、生活用纸、纸和特种纸的文化纸产量为2750万吨olator位置插补器, 可以设置场景中物体的平移,使用OrientationInterpolator朝向插补器,可以设置物体的旋转,从而实现装配路径规划,避免零件之间发生碰撞和干涉,使得虚拟装配过程更加真实。

4、夹具虚拟装配的实现

虚拟装配的一个很承要的特点是交互性。夹具虚拟装配的实现步骤如下:

(1)定义一个TouchSensor节点,实现用户与虚拟场景的交互。利用X3D提供的KeySensor按键传感器节点或者TouchSensor触摸传感器节点等可以实现用户与虚拟场景的交互,控制夹具的虚拟装配过程。

(2)定义若干个TimeSensor节点,确定变化周期及循环方式。系统获得虚拟装配指令后,消息从TimeSensor节点的eventOut事件路由到其它节点,当TimeSensor节点的时钟开始计时时,被路由的节点发生相心的变化。

(3)定义若干个插补器节点,给出变化的具体方式。当事件入口 set_fraction接收到一个时间值时,PositionInterpolator插补器节点计算出基于关键位置表和相关关键时刻的一个位置,并通过value_changed事件出口输出新的位置列表。OrientationInterpolator插补器节点根据关键时刻列表和与其对心的关键旋转值列表,计算出一个关键旋转值了列表,并通过value_change d事件输出新算出的旋转列表。通常位置或朝向插补器节点从时间传感器接收set_fract ion事件,经处理后,将输出值发送给Transform节点的translat ion或rotation域,以实现虚拟装配零件

的平移或旋转。

(4)给出若干个ROUTE语句,先将TouchSens or获得的装配指令传给TimeSensor,再将TimeSensor的变化传给插补器节点,最后将插补器节点的变化传给Transform。通过这些ROUTE语句连接以上各节点,实现夹具虚拟装配。钻孔用分度夹具虚拟装配的最终结果。

5 结语

X3D技术作为VRML97的发展成为下一代的络三维图形的传输标准,它采用XML编码方式和构件模型,以更小的内核来实现络条件下的虚拟三维图形传输,具有不可取代的技术优势。本文以钻孔用分度夹具为例,利用X3D技术构建夹具零件三维立体模型、确定夹具虚拟装配顺序并进行路径规划,通过X3D的事件传递机制实现夹具虚拟装配过程。基于X3D的夹具虚拟装配技术具有良好的交互功能和跨平台特性,对实现虚拟装配的并行设计、协同设计等具有重要的现实意义,为虚拟装配技术的研究提供一条新的思路。

目前,X3D技术在国内刚刚出现,本文的研究作为基于X3D的虚拟装配的一种初步探讨,尚存在着一些需要进一步改进和完善的地方。例如:利用属标拖动装配的实现,装配过程中零件之间的实时碰撞检测,装配序列生成及其可装配性评价等,都还需做进一步的研究和探索。

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