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一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811590449.2国省代码:江苏 32
申请(专利权)人:常州天眼星图光电科技有限公司
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摘要:
本发明公开了一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法,包括以下步骤:S1,导入待装配的模具的全部零件模型以及零件信息,并形成虚拟场景;S2,读取步骤一中导入的零件信息,计算零件种类、组合零件和非组合零件的个数、零件的包围盒以及避免零件摆放干涉的间距值;S3,统计待摆放零件所需总面积是否小于摆放台面的面积;S4,根据零件信息生成按零件种类集中放置的方法或按区域填充放置的方法;S5,根据放置法生成的每一个零件的位置图,加载零件模型进行摆放。本发明在操作培训的过程中能够起到很好的指导作用,从而帮助从业人员快速掌握产品零件的摆放。

主权项:
1.一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法,其特征在于:包括以下步骤:S1,导入待装配的模具的全部零件模型以及零件信息,并形成虚拟场景;S2,读取步骤一中导入的零件信息,计算零件种类、组合零件和非组合零件的个数、零件的包围盒以及避免零件摆放干涉的间距值;S3,统计待摆放零件所需总面积是否小于摆放台面的面积,如超过摆放台面大小,则进行提示生成更大摆放台面;S4,根据零件信息生成按零件种类集中放置的方法或按区域填充放置的方法;S5,根据放置法生成的每一个零件的位置图,加载零件模型进行摆放,并按照导入信息约束零件的属性。


说明书

一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法

技术领域

本发明涉及一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法。

背景技术

近年来,随着制造业的发展,生产工人的素质高低对产品质量的影响越来越大。其
中,零件摆放作为零件装配前的环节,其重要性也比较突出。随着现代信息技术的飞速发展
及其大量成果的广泛应用,传统的工业培训和教学模式中的缺陷越来越明显,在实际培训
和教学中,不仅受时间、空间上的限制,教学的枯燥讲解还会降低学员学习的积极性;另外
为了增加学员的参与性,会进行真实的零件摆放学习,因此错误操作会带来潜在的安全隐
患,而且对部分精确度要求较高的产品也会带来损害。因此,有必要发展基于虚拟现实的数
字化摆放方法,从以计算机为中心的设计方式变为以人为中心的设计方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法。

实现本发明目的的技术方案是:一种用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法,包
括以下步骤:

S1,导入待装配的模具的全部零件模型以及零件信息,并形成虚拟场景;

S2,读取步骤一中导入的零件信息,计算零件种类、组合零件和非组合零件的个数、零
件的包围盒以及避免零件摆放干涉的间距值;

S3,统计待摆放零件所需总面积是否小于摆放台面的面积,如超过摆放台面大小,则进
行提示生成更大摆放台面;

S4,根据零件信息生成按零件种类集中放置的方法或按区域填充放置的方法;

S5,根据放置法生成的每一个零件的位置图,加载零件模型进行摆放,并按照导入信息
约束零件的属性。

所述步骤S1形成虚拟场景后,每次进入虚拟场景前,对需要摆放的零件种类进行
随机排序,使每次进入虚拟场景后零件的位置都是不同的。

所述步骤S1中的零件信息包括:零件序号、零件名称、零件的尺寸、零件初始朝向、
零件装配位置坐标、零件装配位置朝向、装配零件所使用的工具、零件的材质、该零件是否
为组合件以及元部件的编号。

所述步骤S1中的虚拟场景的形成方法具体为:通过三维重建、全景拼接、计算机建
模得到的360度沉浸式表达的虚拟场景。

所述360度沉浸式表达的虚拟场景的个数大于1。

所述步骤S2中的非组合零件是指最小单位零件。

所述步骤S2中的组合零件是指由若干非组合零件组合或者由若干非组合零件和
若干组合零件组合而成的零件。

所述步骤S2中的零件的包围盒的计算方法包括以下步骤:

S101,计算该零件包含的所有子物体的包围盒;

S102,构建该零件的包围盒,包围盒中心为所有子物体包围盒中点的均值,包围盒尺寸
为0;

S103,零件包围盒生长其边界框以包含所有子物体的包围盒,从而得到零件包围盒尺
寸大小。

所述步骤S2中避免零件摆放干涉的间距值为该零件长宽和的2%~5%。

所述步骤S4中按零件种类集中放置的方法包括以下步骤:

S201,构建区域矩阵,包括桌面矩阵,和零件占用摆放台面大小的平面矩阵
;所述m表示桌面的长度,n表示桌面的高度,i表示第i个零件,ki表示第i个零件占用
桌面的长度,li表示第i个零件占用桌面的宽度;

S202,将零件平面矩阵和摆放台面采用局部比对算法,当匹配到摆放台面足以放置零
件的空位时,将该零件进行放置,并将摆放台面矩阵对应的局部矩阵置1;

S203,随机生成零件的摆放顺序,按照零件的摆放顺序逐一按照步骤S202进行放置,直
至所有的零件均放置于装配台上。

所述步骤S201中桌面矩阵,以及零件占用摆放台面大小的平面矩阵
均为初始值为全零的矩阵。

所述步骤S201中零件占用摆放台面大小的平面矩阵,由零件平面尺寸和避
免零件摆放干涉的间距值之和计算所得。

所述零件平面尺寸和避免零件摆放干涉的间距值之和的计算公式为:

ki=ai

li=bi

ε=[(ai+ bi)*5%,(ai+ bi)*10%]

其中,ai是第i个零件的长度,bi是第i个零件的宽度,ε为避免零件摆放干涉的计算所
得的间距值。

所述步骤S4中按区域填充放置的方法包括以下步骤:

S301,计算零件所需摆放面积,根据最大的零件摆放面积,将摆放台面划分N个
相同大小的区域,使得每个区域的面积不小于;

S302,将零件放置在每个区域中,并计算该区域的占用率:,并将该区
域的标志位置1;

S303,随机生成零件的摆放顺序,按照零件的摆放顺序逐一往每个区域中放置,当所有
区域的标志位都为1,则开始从占用率最高的区域开始按照所述零件种类集中放置法摆放
剩下的零件,直至所有的零件均放置于装配台上。

所述步骤S5中零件被约束的属性包括摆放姿态、纹理属性和安装该零件的使用工
具。

采用了上述技术方案,本发明具有以下的有益效果:(1)本发明在操作培训的过程
中能够起到很好的指导作用,从而帮助从业人员快速掌握产品零件的摆放。

(2)本发明的步骤S1形成虚拟场景后,每次进入虚拟场景前,对需要摆放的零件种
类进行随机排序,使每次进入虚拟场景后零件的位置都是不同的,能够避免用户对零件的
位置产生记忆进行装配而非对通过零件和装配步骤的熟悉进行装配,从而影响虚拟装配的
目的和意义。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对
本发明作进一步详细的说明,其中

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的步骤S4中按零件种类集中放置的方法的流程图。

图3为本发明的步骤S4中按区域填充放置的方法的流程图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1,本实施例的用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法,包括以下步骤:

S1,导入待装配的模具的全部零件模型以及零件信息,并形成虚拟场景。

零件信息包括:零件序号、零件名称、零件的尺寸、零件初始朝向、零件装配位置坐
标、零件装配位置朝向、装配零件所使用的工具、零件的材质、该零件是否为组合件以及元
部件的编号。

虚拟场景的形成方法具体为:通过三维重建、全景拼接、计算机建模得到的360度
沉浸式表达的虚拟场景。360度沉浸式表达的虚拟场景的个数大于1。

为了避免用户对零件的位置产生记忆进行装配而非对通过零件和装配步骤的熟
悉进行装配,从而影响虚拟装配的目的和意义,形成虚拟场景后,每次进入虚拟场景前,对
需要摆放的零件种类进行随机排序,使每次进入虚拟场景后零件的位置都是不同的。

S2,读取步骤一中导入的零件信息,计算零件种类、组合零件和非组合零件的个
数、零件的包围盒以及避免零件摆放干涉的间距值;避免零件摆放干涉的间距值为该零件
长宽和的2%~5%。

非组合零件是指最小单位零件。组合零件是指由若干非组合零件组合或者由若干
非组合零件和若干组合零件组合而成的零件。

零件的包围盒的计算方法包括以下步骤:S101,计算该零件包含的所有子物体的
包围盒;S102,构建该零件的包围盒,包围盒中心为所有子物体包围盒中点的均值,包围盒
尺寸为0;S103,零件包围盒生长其边界框以包含所有子物体的包围盒,从而得到零件包围
盒尺寸大小。

S3,统计待摆放零件所需总面积是否小于摆放台面的面积,如超过摆放台面大小,
则进行提示生成更大摆放台面;

S4,根据零件信息生成按零件种类集中放置的方法或按区域填充放置的方法。

其中,见图2,按零件种类集中放置的方法包括以下步骤:

S201,构建区域矩阵,包括桌面矩阵,和零件占用摆放台面大小的平面矩阵
;所述m表示桌面的长度,n表示桌面的高度,i表示第i个零件,ki表示第i个零件占用
桌面的长度,li表示第i个零件占用桌面的宽度。

桌面矩阵,以及零件占用摆放台面大小的平面矩阵均为初始值为全
零的矩阵。

零件占用摆放台面大小的平面矩阵,由零件平面尺寸和避免零件摆放干涉
的间距值之和计算所得,计算公式为:

ki=ai

li=bi

ε=[(ai+ bi)*5%,(ai+ bi)*10%]

其中,ai是第i个零件的长度,bi是第i个零件的宽度,ε为避免零件摆放干涉的计算所
得的间距值。

S202,将零件平面矩阵和摆放台面采用局部比对算法,当匹配到摆放台面足以放
置零件的空位时,将该零件进行放置,并将摆放台面矩阵对应的局部矩阵置1。

S203,随机生成零件的摆放顺序,按照零件的摆放顺序逐一按照步骤S202进行放
置,直至所有的零件均放置于装配台上。

见图3,步骤S4中按区域填充放置的方法包括以下步骤:

S301,计算零件所需摆放面积,根据最大的零件摆放面积,将摆放台面划分N个
相同大小的区域,使得每个区域的面积不小于;

S302,将零件放置在每个区域中,并计算该区域的占用率:,并将该区
域的标志位置1,其中Si为单个零件所需摆放面积;

S303,随机生成零件的摆放顺序,按照零件的摆放顺序逐一往每个区域中放置,当所有
区域的标志位都为1,则开始从占用率最高的区域开始按照所述零件种类集中放置法摆放
剩下的零件,直至所有的零件均放置于装配台上。

S5,根据放置法生成的每一个零件的位置图,加载零件模型进行摆放,并按照导入
信息约束零件的属性。零件被约束的属性包括摆放姿态、纹理属性和安装该零件的使用工
具。

本实施例的用于虚拟装配的三维零件自动摆放方法在操作培训的过程中能够起
到很好的指导作...

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图1
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