XPS板材生产线虚拟装配的研究

马希青，袁云东,周国朝，李 明

（河北工程大学 机电学院，河北 邯郸 056000）

0 引言

XPS 板材是一种多用于建筑物外层的保温隔热材料，它是由聚苯乙烯添加其他助剂材料后，以一个压模挤压成截面均匀的硬质板材，其生产线由混料系统、挤出机、定型板机、定型牵引辊机、冷却架、牵引去边机、长度定型切割机等部分组成。

虚拟现实技术，英文简称VR，是近几年来才出现的高新技术，也被称作灵境技术或人工环境。Cult3d 是一款比较直观，功能强大的虚拟现实软件，可以做到全方位的展示、模拟操作、色彩设计、实时装配等功能，它可以把实时物体图像质量高、速度快的传送到因特网用户手上，可以让用户利用键盘、鼠标对三维物体图形进行操作，从而提高用户的参与性，增强体验感，如身临其境一般。其文件量非常小，通常只有几十到几百KB，三维质感表现能力却十分优秀，而且跨平台性能好，对于用户，只需要在浏览器上安装一个插件就可以浏览。

1 生产线的测绘

对生产线的测绘主要采取在生产车间现场测绘的方式。测绘前要准备好所需的测绘工具，并仔细检查其准确性，观察是否出现磨损、变形等。现场测绘受到场地、环境、时间等条件的限制，只能选用比较少的工具，基本上靠徒手画出图形，因此绘出的草图比较粗糙，但仍需要保证图形的比例、配合关系和尺寸标注的准确无误。

进行测绘工作时，首先要对整个机构的运动、零件功能和配合关系进行分析，对于不影响后期建模和仿真效果的零部件可以忽略，这样可以减少工作量，提高工作效率。之后要选择合适的草绘主视图来表达机件的主要特征、结构和尺寸，此外，还应尽量表达出机件的工作位置。若主视图无法全面清晰的表达出机件的结构形状，还应添加其他的视图或者方案来进行补充说明。为避免测量和草图绘制交叉进行易发生错误，要先进行草图的绘制，再统一的进行测量和标注。对于无配合关系的零件，若测得的尺寸有小数点的出现，要圆整成整数。最后，在测绘工作完成之后，还要对草图进行整理和校对。

2 模型的建立

在对整条生产线完成现场测绘工作之后，进行模型的建立。建模时，应将装配体中所有的零件模型在同一建模软件中完成，这样在后期处理时能保证源文件的一致性。由于生产线的各机件中包含较多的零部件，而这些零部件最终需装配到一起，所以在建模时必须要统筹考虑尺寸的配合问题。在装配体中包含的零件过多时，会导致在渲染的时候速度很慢，因此，在这种情况下，在用建模软件编辑时，要把一些看不到效果的零件进行轻化以提升速度。由于Cult3D 不具备建模的功能，只能借用其他的建模软件进行建模之后进行一系列的处理后再导入其中，所以本文选择采用Solidworks2012 对生产线进行模型的建立。

3 模型的处理

SolidWorks2012 建立的模型图不能在Cult3d 中直接打开，需要借助第三方软件3DSmax 进行处理，而在SolidWorks2012 图像导入3DSmax 时，有几种格式可供选择，现对其优缺点进行分析：

图1 生产线的模型图

（1） 先用SolidWorks2012 导出*.stl 文件，然后导入3DSmax。这种方法能保存物体的部分材质属性，但由于在导入时，装配体中的每个零件都是一个单独的文件，运算量较大，并且要在3DSmax 中重新定位零件。此法对单个机件模型较为适用，而此生产线模型中包含较多的机件，采用此法会导致转换过慢，甚至电脑崩溃死机的现象。

（2）先导出为*.igs 文件，然后导入3DSmax。这种方法需要很细致的调整参数，否则易造成烂面等模型不完整的现象产生，较为繁琐。

（3）先导出为*.wrl 文件，然后导入3DSmax。这种方法也会导致模型材质属性的丢失，但简单方便，转换速度较快，而丢失的材质属性可以在3DSmax 中进行渲染，因此本文采用此法。

模型导入之后，在3DSmax 中进行优化和渲染工作。在渲染时，要特别注意材质和灯光两个部分，其直接关系到最后虚拟展示的效果。在渲染完成后，利用“烘焙”功能来处理模型，这样可以节约系统资源，提高效率。

如果模型包含多个需要动作的部件，则还要为各个部件都设置其合适的运动坐标系，否则在Cult3d 中设置好动作的部件就会绕着默认的，也就是整个模型的坐标系进行运动。例如，在设置定型滚机的辊子旋转动作时，如果没有为每个辊子都设置各自的旋转轴，辊子就会绕着整个定型棍机的坐标轴旋转，而不是绕自身旋转轴旋转。在完成各个参数的设置之后，导出格式为*.c3d的文件，此格式可用Cult3d 直接打开（需要在3DSmax 中安装相应的Cult3d export for 3DSmax 插件，才能生成*c3d格式的文件）。

4 生产线平台的开发

Cult3d 是一款完全拖放式的软件，首先将设置好的*.c3d 文件打开，在事件图中首选拖入一个 “世界启动”事件，在 “行为” 中选择 “鼠标－Arcball” 到世界启动图标上，事件图将自动在 “世界启动” 和 “鼠标－Arcball” 联接上关系线。右击鼠标，在弹出 “参数” 框中选择指定 “鼠标－Arcball” 的对象。在 “详细资料” 中可以设置鼠标各键在浏览物体时被赋予的交互功能，这样就可能从各个角度来观察模型。然后在软件的窗口中进行程序的编写，即先通过鼠标将某一对象从 “场景图表” 窗口中拖动至 “事件规划图” 窗口，然后从 “动作” 窗口中拖动相应的动作到此对象上，最后再为此动作设定详细的参数，通过 “演示窗口” 可以检查动作和事件、操作对象之间的相互关系，这样依次为各部件添加相应的动作、效果，最终可以完成整个生产过程的动画模拟。

最后，在菜单栏选择 “发布为网络文件” , 在弹出的 “保存设置” 对话框中进行必要设置，这里可对作品进行进一步的优化。在几何体选项卡中选定全部几何体，指定 “压缩优化类型” 为Mesh Level 2，选择 “精确保存” 有效，这样就可以手工指定几何体和纹理帖图的压缩优化率，也可以选择已给定的压缩率按钮进行优化压缩。然后，将设置好的文件发布为*.co 格式的文件，此文件占用内存和空间极小，适合网络间的传输，并且能很好的保存零件的材质。

5 发布对象

在导出*.co 文件之后，可以用记事本等文本编辑器直接进行代码的修改，在IE 浏览器中使用＜object＞标签嵌入Cult3D 对象，＜object＞标签中codebase 属性指定运行Cult3D 对象所需要的插件。Param 标签配合object 标签一同使用，指定Cult3D 对象的位置。在不支持＜object＞标签的浏览器中需要使用＜embed＞标签嵌入Cult3D对象，＜embed＞标签中的type 属性指定嵌入内容的媒体类型，src 指定嵌入内容的URL。这样就可以将此*co文件在网页中表现出来，供人们观看和操作体验（需要安装Cult3d Active X Player 才能在IE 中正常浏览动画效果），若完成的作品要用于office 或者PDF 文档，则需以ActiveX 控件方式插入。

6 结束语

对生产线完成测绘之后，借用Solidworks2012 软件进行对XPS 挤塑保温板生产线的建模，以Cult3d 软件实现对生产线虚拟装配的研发，通过逼真的动画演示和实时控制，较为真实的反映了生产过程中各机件的状况，可以被镶嵌到相关的网页上，让客户更直观的了解生产设备、产品的生产流程和掌握企业的产品信息，以较低的成本帮助企业充分展示和推广产品，提高企业的竞争力，具有较高的实用价值。

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