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1、网络环境下基于立体视觉和数据手套的模具虚拟装配第27卷2007年6月计算机应用ComputerApplicationsVo1.27June2o07文章编号:1001—9081(2007)S1—0083—02网络环境下基于立体视觉和数据手套的模具虚拟装配陈鹏,王培俊,龙时丹,朱润华.(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)(chenpeng_2001@sina.corn.cn)摘要:以Java/Java3D为工具,开发了一个基于Web的半沉浸式模具虚拟装配环境,实现了系统的立体显示功能,解决了虚拟手操作中的广义碰撞检测问
2、题.提供了虚拟场景中生成和管理装配路径的方法,可应用于装配评价和装配规划.系统采用B/S模式,充分发挥Web3D的优势,以多通道的交互式平台支持模具的协同设计,有助于提高模具设计效率.关键词:Web;模具;协同设计;虚拟装配;Java3D中图分类号:TP391.9文献标识码:A0引言1模具虚拟装配系统组成模具属于工具范畴,精度高,结构复杂,其设计与制造带有很强的经验性和盲目性,是一个复杂的过程.从模具的图纸设计到后续的工程分析,加工处理,装配,试模,均需要不同领域的技术人员甚至不同企业的紧密协作.传统的串行开发模式一般需要反复修
3、改试制才能满足需求,导致模具的开发周期长,降低了市场响应速度和竞争能力.而模具的主要应用领域如汽车,轻工业和电子消费品等行业又迫切要求缩短产品的开发周期.利用计算机网络支撑的协同设计方法,可以有效地解决这种矛盾,使分布在不同地点的企业和技术人员形成一个动态联盟,通过网络迅速地进行技术交流和信息共享,发挥各自的技术优势,共同完成模具的设计与制造任务.因此,现代模具设计需要一个支持网络的计算机协同工作环境.模具设计人员和企业通常根据各自的情况采用不同的CAD/CAM/CAE软件.虽然一些大型的模具设计软件具有一定的网络功能,但由于这
4、些软件生成的模型格式不同,不利于动态联盟中的成员进行实时信息交换和共享.与此同时,较大的三维模型文件在异地分布的用户间传输也会受到网络带宽的限制,无法形成真正意义上的协同.一个体积紧凑,符合ISO标准的文件格式,是模具协同设计系统所必需的.VRML是一种在Intemet上描述三维模型的ISO标准,得到大型CAD平台的广泛支持.生成VRML格式的模型,可以为利用Web3D技术创建协同工作环境提供前提.在传统的CAD系统中进行模具设计,人机交互模式比较单一,无法有效地发挥人在模具设计中的知识优势.将虚拟现实技术引入模具设计,在多感知
5、,沉浸式的虚拟环境中对模具设计进行评价分析,及时对模具设计进行改进,使人成为模具设计系统的有机组成部分.模具装配是模具设计的重要环节,一个交互手段多样化的模具装配虚拟环境,能够使模具设计人员更完全地参与到模具装配过程中,对模具的可装配性进行评价,从而为装配工艺规划提供决策依据.本文从网络环境下模具装配的角度,以Java/Java3D为开发工具,设计实现了可用于压铸模装配的WEVMA系统.在协同设计中,由于参与者来自不同地点和企业,使用不同的软硬件系统,为避免客户端应用程序对协作的限制,需要一个客户端零安装的协同设计平台,因此WE
6、VMA系统采用B/S模式.由于Java语言具有良好的跨平台性能,Java3D作为其图形API,封装了OpenGL的功能并提供了包括VRML文件在内的多种图形文件格式导入器,支持虚拟外设的接入,生成的三维图形及程序控制数据避免了图形文件的直接传输,减小了网络的负担,因此本文采用Java/Java3D作为开发工具,构建满足协同设计要求的虚拟环境.WEVMA系统接人了3DG—s2立体眼镜,5DTDataGlove5型数据手套和PolhemusPatriotTM六自由度跟踪仪等虚拟现实硬件设备,利用立体显示技术形成具有半沉浸感的虚拟环境
7、.系统的软件部分由外设管理,零件库,立体显示,视点调节,虚拟手操作和装配路径管理等模块组成,用户可以在虚拟环境中,选择需要装配的模具零件,利用虚拟手抓取零件进行装配操作.在操作过程中,可以实时调节视差及视点,保存零件的装配坐标,生成装配路径,作为评价,分析和修改设计的参考.WEVMA系统l邕I匡耍圈系统功能管理匪圃匦圃图1WEVMA系统结构2半沉浸式虚拟装配环境的建立虚拟现实系统的一个重要特征就是给用户以沉浸感.虽然高端虚拟现实设备如HMD,数据手臂等能够实现更为接近现实世界的沉浸感,但考虑到模具研发机构和生产企业当前的技术水平
8、和经济承受能力,完全沉浸式的系统并非最理想的选择.本文选择较为低端的虚拟现实设备,在不具备力反馈功能的条件下,为用户提供一个观察虚拟世界的窗口和实现手工装配操作的人机界面.半沉浸式的虚拟装配环境通过收稿日期:2006—09—23基金项目:教育部留学回国人员科研启
