基于模板CAD模型的任意位姿注塑件抛光轨迹生成与重用方法研究

目的提高注塑零件机器人抛光轨迹的生成效率和柔性。方法以注塑件毛边抛光为对象,首先根据已知的模板CAD模型信息建立局部坐标系,并提取抛光特征线及抛光区域,通过等距截面法计算生成一系列加工轨迹点。为了提高抛光轨迹的生成效率,提出根据模型特征直接计算同类产品加工轨迹的方法,实现相似模型产品抛光轨迹的重用。然后,利用多线结构光技术快速测量当前位姿下的零件三维信息,通过三维点云匹配方法计算出任意当前位姿下的零件模型与模板CAD模型之间的转换关系。最后,结合手眼标定结果,计算出任意位姿零件的机器人抛光轨迹。结果以注塑件毛边抛光为例,进行模拟仿真和实验验证,结果表明,文中提出的方法只需单次测量即可计算出待加工零件的抛光轨迹,避免了在线完整物体的重构,使得物体测量和轨迹计算效率得到显著提高。此外,通过点云匹配与手眼标定方法,可完成任意位姿零件抛光轨迹的计算。结论文中提出的方法能够实现基于CAD模型的机器人抛光轨迹高效生成和重用,通过轨迹转换可实现任意位姿的轨迹计算,提高了机器人抛光轨迹生成的效率和柔性。

基于OpenGL视景体的三维CAD模型交互显示研究

针对三维CAD模型的交互显示要求,采用已成为三维图形开发标准的OpenGL免费开放3D图形库来进行开发。在深入研究了OpenGL显示机制的基础上,提出并详细讨论了基于OpenGL视景体实现3D模型的交互显示变换方法。基于OpenGL显示系统,通过平移视点坐标系中的视景体实现平移交互显示,通过缩放视景体来实现缩放交互显示,基于矢量计算视点坐标系旋转参数实现任意旋转的交互显示。算法的实际编程应用证明能够有效、灵活地实现三维CAD模型的各种交互显示功能。

基于边界分割的STL模型三维分段

针对分段注射/雕刻复合快速成型工艺的三维分段要求,提出一种STL三角网格模型的三维分段方法。以改进的翼边数据结构为基础,基于边界扩展法将STL模型分解为多个子模型,各子模型只包含相同类型面片或者垂直类型面片;以边对为基础来识别各子模型中的被遮挡边界线,由此生成垂直扫描面来分割子模型,进一步获得Z轴方向上无干涉的子模型。实例证明算法能有效实现STL三角网格模型的三维分段以满足工艺要求。

快速成形中STL文件拓扑信息的快速建立

在分析现有建立拓扑信息方法的基础上,提出基于面连接到顶点、顶点连接到面的基本拓扑信息,通过将面片顶 点与面片顶点的引用面的顶点进行比较来获得拓扑信息。试验运行结果表明,本方法能够快速而准确地建立拓扑信息。

逆向分层自动添加支撑的算法与实现

分析了快速原型中支撑对成型实体及成型过程影响,在必须添加支撑时,根据支撑与成型实体的几何依赖关系,采用在逆向分层的过程中自动添加支撑的方法。该算法从选定的零件分层方向的最高顶点开始向下逆向分层或从零件层片文件的最后一层向前读入层片文件,在分层过程中或读入层片文件过程中快速而准确获得成型任意形状的层片轮廓零件所必需的支撑;提出采用轮廓偏置的方法确定是否添加支撑。本算法与传统的算法相比可以最大限度地避免或减少所需的支撑添加,同时克服了传统支撑算法中的重复运算,有效地提高了快速成型中前置数据处理的效率。

对STL模型的交互选择功能的实现

针对快速成型中STL模型的特点,利用OpenGL提供的选择机制,通过计算STL模型在经过比例、平移、旋转等显示变换后显示模型的顶点坐标与鼠标位置的映射坐标,实现了在STL显示模型上面片的准确选择,并在此基础上实现了在STL显示模型上顶点、边的任意选择。

平面型腔平行双向刀具轨迹的优化生成

分析了对平面型腔进行平行双向走刀加工时影响抬刀次数的因素,确定了最大抬刀次数与被加工区域几何形状的关系。在确定了交点加入刀具轨迹的原则后,提出了一种能简单、高效地生成平行双向刀具轨迹的交点判断加入算法。最后给出了实际的程序运行实例。

分段注射/雕刻快速原型制造工艺的设备及其控制研究

在分析分段注射/雕刻快速原型制造(DIS)特殊工艺过程的基础上,提出DIS工艺设备及其控制的总体方案。其中,控制系统采用基于PC机/可编程多轴控制器(PMAC)卡的主从式控制,通过DIS工艺软件完成与PMAC卡控制通信。

复合式CAD异地协同系统研究

在分析异地协同过程及其信息传输实时性要求的基础上,提出了一种复合式CAD异地协同体系结构,其中异地异步协同信息通过B/S结构进行传输,而异地同步协同信息则通过嵌入网页中的协同网络ActiveX插件与专门的协同服务器进行类似C/S结构的传输。详细讨论了基于文档/视图结构的网络插件开发和同步协同操作消息实时可靠传输的实现。

基于扩展Z-Buffer的STL模型三维分段研究

CAD模型的三维分段离散是基于堆积/去除的复合快速原型工艺的关键技术之一。为此提出基于扩展Z-Buffer对STL模型进行三维分段离散。首先设计了扩展Z-Buffer的数据结构,然后研究了由STL模型获得扩展Z-Buffer模型的快速离散方法,最后研究了由扩展Z-Buffer模型获得无干涉的子Z-Buffer模型方法。实例证明,本算法具有很强的可靠性和适应性。

计算轮廓偏置的截距方程法

文章针对传统的轮廓偏置 (轮廓补偿 )计算方法的不足 ,结合快速成型中轮廓的特点 ,提出采用各有向轮廓线的平移直线的截距方程来计算轮廓线交点的偏置位置 。

STL模型加工轨迹生成研究及发展方向

以STL模型为代表的多边形网格模型越来越广泛地应用于数控加工。阐述了STL模型的数控加工轨迹生成方法及其特点,包括直接生成无干涉刀位点、由刀具偏置面模型生成刀位轨迹、由刀触点生成刀位点等三种。到目前为止这些方法都还不完善,有待于进一步的深入研究。

平面轮廓线的偏置及干涉消除算法研究

对连续线段组成的、方向符合左手定则的平面轮廓线的偏置问题进行了研究。采用偏置线段的点法方程和参数方程联立求偏置轮廓线顶点;将相交轮廓线转化为没有互相交和自相交的轮廓线后,根据交点处的轮廓方向向量来判断干涉轮廓线。

三角网格模型等高线刀具轨迹生成研究

提出了一种采用通用环形刀具对离散三角网格模型进行三坐标加工的等高线轨迹生成算法,算法包括三角网格模型的等距离偏置和水平面内的二维轨迹等距偏置。设计了基于面片的模型等距偏置方法,分析了凸边和凸点的特点并提出了保护轨迹的直线拟合生成算法。实例程序的运行证明,该算法稳定可靠、能快速有效地生成环形刀具的等高线轨迹。

计算轮廓偏置的截距方程法

本文针对传统的轮廓偏置(轮廓补偿)计算方法的不足,结合快速成型中轮廓的特点,提出采用各有向轮廓线的平移直线的截距方程来计算轮廓线交点的偏置位置,并详细推导出各偏置类型的平移直线的截距方程,并详细讨论了轮廓线交点的偏置位置的求解过程。

流形网格曲面上测地B样条插值

针对现有曲面上自由曲线设计方法的不足,提出一种插值于流形网格曲面上给定点列的测地B样条曲线生成方法。用流形网格曲面上两点间的最短测地线代替欧氏空间中的两点间直线,将欧氏空间中的德布尔算法拓展到曲面空间,得到流形网格曲面上的测地B样条表示形式。对于给定的约束于网格曲面上的点列,基于欧氏空间中的B样条插值理论,反算出其控制顶点,将这些控制顶点投影到网格曲面上,作为待求曲线的初始控制顶点,生成初始的测地B样条曲线。为使曲线尽可能逼近于型值点,提出反向误差补偿策略,通过简单迭代求取约束于网格曲面上的控制顶点。根据曲线的凸包性,将曲线所在测地凸包区域与整体网格曲面虚拟分割,使插值测地B样条曲线的计算量仅与曲线所在测地凸包区域内的网格顶点数有关,而与整体网格大小无关,从而大大减少计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。

双目立体视觉摄像机标定及精度分析

以VC++为开发平台,采用开源的OpenCV函数库实现张氏标定算法;以标定板上的角点为测量对象,进行双目立体视觉系统的三维数据测量.采用标定获得的摄像机参数对模板图像进行校正,使用Harris算子进行角点提取,并对各行各列角点进行最小二乘直线拟合,以其交点为最终的角点位置,最后进行角点匹配与反求.测量结果的精度分析表明:该方法具有较高的测量精度,符合实际的测量要求.

基于STL面片法向矢量的自适应分层算法

文章分析、比较了快速成形自适应分层的现有算法 ,提出了基于STL文件三角形面片法向矢量的自适应分层算法。该算法根据给定的加工精度 ,可以很方便地求出相应的符合精度要求的分层厚度。通过与现有算法的比较 ,表明该算法简单、计算量较小而且容易实现。

光栅投影轮廓术的精度分析及应用

介绍了彩色面结构光栅投影轮廓术的基本原理,该原理在投影光栅方面采用正弦编码的投影光栅,这样可以采用快速的直接光栅条纹解调的方法,实现了对被测物体单视角数据的测量,并对标准台阶进行了测量。分析了测量过程中存在的误差及其产生的原因;并针对各种误差提出了相应的改进或克服方法;最后,使用该方法对具有复杂自由曲面的脚型进行了测量,实验结果表明:该方法能够快速、准确地获取被测物体的三维数据。

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。