多面体三向DEXEL模型与虚拟快速原型过程仿真

提出了一种多面体的DEXEL化算法,建立了一种多面体的三向DEXEL模型。在同一三向DEXEL模型空间,对不同多面体的三向DEXEL模型实现并、交、差布尔运算。根据三向DEXEL模型的层状结构特点,将三向DEXEL模型用于快速原型系统过程仿真。通过一个大体素,模拟快速原型设备激光头的一次移动过程,通过零件一层内所有激光头的移动形成零件的一层,再通过层层堆叠的方式形成整个零件。在Java 2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法,并给出了一个零件的快速原型过程仿真实例。

多面体三向DEXEL模型与布尔运算

提出了一种多面体的DEXEL化算法及一种三向DEXEL模型。与单向DEXEL模型相比,三向DEXEL模型能更精确地表示一个型体。在同一三向DEXEL模型空间,实现并、交、差布尔运算。将三向DEXEL模型用于飞机复合材料零件设计,设计了蜂窝结构、方管、圆管结构。在Java2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法。

基于DEXEL体造型技术在飞机复合材料零件设计中应用

飞机复合材料零件结构分为蜂窝结构、夹心结构、空心结构、夹层结构等。在以边界面表示的体造型系统中,难以设计这些复杂结构。在提出的基于DEXEL体造型系统中,通过布尔运算可很容易设计这些复杂结构。通过射线组群与多边形的求交算法实现体的DEXEL化。通过基于DEXEL模型的布尔运算实现复杂体设计。通过大体素可显示体的颜色与材质等属性。该系统在Java2.0与Java3D环境下编程实现。为验证该算法,给出了一个飞机水平安定面翼肋设计实例。

基于 Dexel 模型的 NC 加工仿真和验证研究

对基于Ｄｅｘｅｌ模型的ＮＣ加工仿真和验证进行了研究。在物空间中模拟ＮＣ加工的材料去除过程及验证加工结果，使用独立的坐标系构造物体的Ｄｅｘｅｌ模型，以支持观察定义的动态改变，并通过“移动实例”来近似描述刀具扫描体，从而提高五轴ＮＣ加工仿真计算效率。

NURBS体的DEXEL化与布尔运算

NURBS曲面与NURBS体造型技术是目前复杂体造型的重要工具,但复杂体之间的布尔运算求交困难。将NURBS曲面围成的体与NURBS体体素化(VOXEL化)为由一系列平面凸四边形或三角形表示的体,通过DEXEL射线组群与四边形或三角形求交,实现NURBS体的DEXEL化。在同一DEXEL模型空间实现复杂NURBS体之间的布尔运算,所有运算是线性的。该方法可推广到在逆向工程中生成的由三角面表示的体。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了该算法,给出了一个机械零件设计实例。

基于DEXEL和离散点阵法的数控加工仿真研究

本文提出了基于DEXEL模型实现数控铣削过程中毛坯体的实时建模方法,减少了内存存储空间,支持观察视角的变化和仿真结果的缩放;根据三轴数控铣床加工的特点,将刀具扫描体看成离散刀位点之间的单个扫描体的组合,采用离散点阵法对刀具扫描体建模。使用局部搜索算法,用其搜索发生切削关系的点并动态更新仿真工件的高度值。在VC++6.0和OpenGL环境下编程实现了此方法,实例表明此方法提高了数控铣削仿真的效率。

圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证

针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明:所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%~12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。

DEXEL模型同刀具扫描体的求交计算及应用

数控加工仿真技术是检验数控代码正确性的一种十分有效和可行的方法。毛坯材料的动态去除是加工仿真的关键,因此仿真工件(即毛坯)和刀具扫描体的建模,仿真工件模型和刀具扫描体之间的求交计算是核心问题。文中通过使用基于DEXEL模型的方法来构造毛坯,能够支持观察视角的变化,不依赖于以往扫描体生成的包络法,简化了刀具扫描体的计算,避免了复杂方程的求解。通过计算有效包围盒,减少了DEXEL射线同刀具包络体的求交计算次数。在VC++6.0和OpenGL环境下编程,验证了此方法,并给出了一个仿真实例。

基于三向Dexel的GPU加速数控仿真方法

为了提升数控仿真的精度和速度,提出并行加速的基于三向Dexel的数控仿真方法。采用三向Dexel模型来表示工件与刀具,获得比使用单向Dexel模型的方法更真实的仿真效果。在表面重构方面,使用时间开销较大但效果更好的双轮廓法,通过使用并行化方法来解决仿真的实时性问题。仿真使用多线程加速和GPU加速技术,前者用于加速仿真中的布尔运算和三向Dexel数据转换过程,后者用于提高表面重构的速度。仿真实验结果表明,与仅适用CPU多线程的实现相比,应用GPU加速后表面重构的速度提高了5~15倍,CPU多线程的实现相比单线程的速度提高了232%~289%,能够满足数控仿真在精度和速度上的要求。

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息,面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法。该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件。该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好。

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于MachingCubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果。

五轴数控铣削加工图形仿真技术

本文提出了五轴铣削加工仿真的实现方法 ,在此基础上实现了五轴切削加工仿真 。

圆柱齿轮刮齿加工中的高效切削力预测方法研究

采用建模和有限元仿真方法来计算数控强力刮齿加工中的切削力时,存在较为耗时且复杂的问题,提出了一种基于dexel离散几何建模的切削力预测方法。首先,构建了强力刮齿的运动学模型,并将其应用于dexel实体造型中;然后,提取了三维未变形切屑形状,并通过狄洛尼三角剖分得到了二维切屑横截面;接着,通过计算离散化刀刃上的切削速度确定了其有效的前角和倾角,并使用斜角切削模型进行了切削力预测;此外,采用部分工件建模和叠加估算了整个过程的切削力,以便提高仿真效率;最后,在NT5400DCG车铣床上对所提出的预测方法进行了实际的验证。研究结果表明:相比于现有方法,所提方法的计算效率和预测准确率均得到了提升,切削力预测均方根误差降低了约7 N,准确率提升了约9.7%;该方法有利于预防刀刃的早期疲劳破坏,从而为圆柱齿轮的高质量强力刮齿加工奠定基础。

人造微孔骨结构RP过程仿真研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过将多面体三向DEXEL模型转换为小体素模型,并设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。将沿y轴方向相同属性的小体素合并为一个大体素,模拟激光头的一次烧结轨迹,通过层层堆叠方式实现RP过程仿真。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

人造微孔骨结构设计研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过多面体的三向DEXEL模型与并、交、差布尔运算,生成任意复杂型体的三向DEXEL模型。将多面体的三向DEXEL模型转换为小体素模型,实现复杂属性体建模。通过设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

面向数控系统的高效车削加工仿真算法的研究

为了提高车削加工仿真算法的时间和空间性能,实现数控系统中三维实体实时材料去除模拟,提出一种高效的车削加工仿真算法.首先,改进传统二维dexel工件模型为dual dexel(简称为D-dexel)模型,并归类车削刀具,建立刀具统一的显式表达方式;其次,在布尔减运算中采用定位机制.最后,通过实验表明该算法具有较好的时间和空间性能.

压缩体素模型在五坐标数控仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统基于空间分解的体素建模方法需要大量计算机内存空间,仿真时间很长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,极大地简化了仿真过程中的布尔运算,同时有效地压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高.并且根据压缩模型特点,设计了基于Marching Cubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示.整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果.

压缩体素模型在五坐标数控加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大，传统基于空间分解的体素建模方法需要大量计算机内存空间，仿真时间很长，仿真精度低等问题，结合Dexel模型提出了一种压缩体索模型，极大地简化了仿真过程中的布尔运算。同时有效地压缩了仿真模型的数据量，仿真的精度也有所提高。并且根据压缩模型的特点，设计了基于Maehing Cubes的优化表面三角网格提取算法，加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍，在实际应用中取得了良好的效果。

基于STEP-NC数控检测3D建模与仿真

为了将STEP-NC检测数据模型应用于数控加工中,实现信息的双向流动,开发了一个基于STEP-NC数控检测仿真系统。以Java及Java3D为开发平台,首先利用递归算法实现了STEP-NC程序信息提取,然后利用DEXEL体造型技术实现了零件的三维建模,根据STEP-NC标准所定义的特征对检测路径进行规划,最后用模拟测头对检测路径进行仿真,验证了检测路径规划的可行性,为以后的现场应用打下基础。

基于射线投影的多视场深度像融合

首先确定匹配好深度像的最小轴对齐包围盒.通过盒面,沿着x,y,z3个轴方向投射3个均匀分布的射线组,计算得到与所有深度像的交点,并通过Dexel结构来存储射线组与交点.加入距离和法向夹角2个判断依据来去掉重叠点,从而将多个视场深度像融合为完整的、无冗余的三维模型.实验结果表明,该方法误差小、速度快,而且简单有效.