OPTIMAL ALGORITHM FOR NO TOOl-RETRACTIONS CONTOUR-PARALLEL OFFSET TOOL-PATH LINKING

A contour-parallel offset （CPO） tool-path linking algorithm is derived without toolretractions and with the largest practicability. The concept of ＂tool-path loop tree＂ （TPL-tree） providing the information on the parent/child relationships among the tool-path loops （TPLs） is presented. The direction, tool-path loop, leaf/branch, layer number, and the corresponding points of the TPL-tree are introduced. By defining TPL as a vector, and by traveling throughout the tree, a CPO tool-path without tool-retractions can be derived.

弧焊机器人针对V形坡口的焊接路径规划设计与仿真分析

为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题,通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性,采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层,实现焊接过程热量的快速散发。同时,在建立各轨迹方程解析式的基础上,应用Simufact Welding和MATLAB仿真软件对比分析了空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹与传统逐层逐道焊的优缺点。为了进一步验证可行性,采用FANUC工业机器人进行试验。仿真和试验结果表明:以零件y、z轴方向的变形量为依据,空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹都优于传统的逐层逐道焊接方法,且后者更优于前者。但空间平行往复轨迹在轨道变换过程中机器人末端执行器的空间位姿调整相对简单、引入误差少、控制精度高,更适合于坡口较窄、长度较短的情况;而空间轮廓偏置轨迹更适用于坡口较宽,长度较长的情况。

基于Offset技术的汽车覆盖件边界光顺方法

针对模具型面设计过程中处理零件外边界凹入部分的工艺补充的问题,提出一种基于平面多段线Offset技术的零件边界光顺算法。在冲压方向上对零件外边界进行投影,基于滚柱法的原理,给出分段投影轮廓线的距离为R的Offset曲线并以圆弧相连。根据闭合的Offset曲线的自交点判断零件投影轮廓光顺区域,得到的光顺区域端点与空间零件外边界的真实光顺区域端点一一对应。结合零件外边界的几何信息,用NURBS曲线及蒙皮法在已判定的光顺区域构建光顺曲线及光顺曲面。采用Offset技术可以精确找出所有需要光顺的区域,可避免出现细小误差和修正问题,具有一定的鲁棒性。将算法集成到自主开发的冲压成形分析软件KMAS模具型面设计模块,并与Dynaform软件和Pam-Stamp软件的光顺结果相比较,试验表明该算法具有很好的有效性和可靠性。

基于自适应轮廓骨架分区的电弧增材制造成形路径优化方法

传统轮廓偏置路径规划方法具有较高几何还原度,适合电弧增材制造中等尺寸的复杂零件,但轮廓连续偏置过程中的退化现象易形成欠填充区域,进而导致缺陷,形成待优化区.针对上述问题,提出了基于布尔运算的待优化区域精确识别方法.将原始多边形与经过正反两次等距偏置的回溯多边形进行布尔差运算,可获得需要优化的缺陷区域,将待优化区域过滤与合并,重新构建为骨架填充区.结合最小矩形框确定每个骨架填充区的最优填充方向并生成往复直线路径,最后将轮廓偏置路径重新分类分区连接为连续成形路径,并按照骨架填充区成形路径优先打印原则输出为机器代码.后续成形试验采用机器人电弧增材制造系统打印了螺旋桨零件,结果表明,零件成形尺寸达到预期,且表面不存在传统轮廓偏置法中的成形缺陷,证明文中方法具有较高的可行性与适用性.创新点:(1)提出了一种骨架填充方法来准确识别和过滤传统轮廓偏置法中的待优化区域.(2)基于布尔运算的待优化区域精确识别方法,既保留了传统方法的优点,又减少了起熄弧次数.

快速成型中基于直骨架原理的轮廓偏置算法

为了降低光固化快速成型中成型件的表面粗糙度,解决现有偏置算法中效率低、轮廓自相交和互相交等问题,提出一种基于直骨架的偏置算法.该算法采用多边形单调链分解的方法来提高直骨架计算速度,适用于二维多连通区域;求取偏置多边形前,通过标记偏置分裂及退化的偏置点,用栈的数据组织形式提取偏置多边形顶点,提高了算法稳定性.实验结果表明,在快速成型中,采用该算法的多重轮廓扫描方式能有效降低成型件的表面粗糙度并提高制作效率.

选择性激光烧结复合扫描路径的规划与实现

激光扫描路径是选择性激光烧结系统 (SLS)的关键技术之一。针对目前常用激光扫描路径的缺陷 ,提出了基于轮廓环偏移与分区变向填充相结合的一种复合激光扫描路径规划方法。文章给出了这种激光扫描路径的轨迹生成过程、轮廓环的修整、环分组以及环偏移扫描与分区扫描之间的厚度确定方案。并对其中图形运算算法进行了优化。

玻璃透镜模压成形工艺试验研究

非球面玻璃透镜因具有较佳成像质量和成像分辨率广泛应用于高质量镜头,而玻璃模压成形技术在制造非球面玻璃透镜时具有成本低、效率高等优势.针对我国对非球面玻璃透镜模压成形技术尚未完全掌握的困境,对非球面模具的超精密磨削加工和玻璃透镜的模压成形工艺进行研究.采用B轴控制固定点斜轴磨削方式并结合形状误差补偿技术,获得形状精度为165nm,表面粗糙度为19nm的非球面碳化钨模具.选用低熔点DZK-3玻璃球,在精密模压成形机床上开展模压成形实验研究,确定了该玻璃的合适模压温度,研究了温度、速率等参数对形状精度和表面粗糙度的影响规律.

一种凹多边形凸分解的全局剖分算法

提出了一种凹多边形凸分解的全局剖分算法。首先对局部剖分算法的原理及存在的问题进行了阐述,并对基于正负法搜索可视点串的算法进行了更正和改进,然后利用改进的权函数从全局剖分的角度选择最优的剖分点进行剖分。同局部剖分算法相比,提高了剖分后所得的多边形形态质量。该算法主要作为轮廓偏置算法的前期处理算法,对原轮廓进行分解,提高了原轮廓多边形进行轮廓偏置算法的运行效率。

复杂型腔环切清角加工刀轨生成方法

针对环切轨迹中残留区域的问题,提出了一种简单有效的去除残留区域的轨迹生成方法。在该方法中,首先识别出轨迹中的尖角,然后通过匹配出轨迹中的尖角对来确定刀具无法加工的残留区域。在残留区域确定后,对于每一个尖角对,以子尖角的尖点作为初始条件,计算该点的Frenet标架信息,并依据该信息预测出清角刀轨上下一点的近似位置。在获得近似位置后,依据一定精度对预测位置进行修正,得到该点的精确位置。迭代该过程,逐步生成清角加工轨迹,直到该点的中轴变换圆的半径等于刀具半径为止。仿真表明,该方法能够有效处理加工区域。

用回放等高线评估DEM精度的研究

DEM回放等高线并与原始等高线进行对比分析是一种客观准确、形象直观的DEM精度评估方法。在分析已有DEM精度评估指标的基础上,提出用回放等高线水平偏移度和重要地性线回放偏移误差两个指标来评估DEM精度。基于1:5万DEM数据,详细描述了基于回放等高线的DEM精度评估方法的实现过程和步骤,包括原始等高线与回放等高线的几何匹配和各精度评估指标的计算。这一成果为DEM精度评估提供了借鉴方法,对于进一步完善DEM精度评估体系具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

Spiral刺绣针法的路径生成算法

Spiral刺绣针法是一种重要的刺绣针法.首先将待刺绣的区域划分成若干能够生成连续螺旋线的环状子区域,然后将这些子区域组织成一个二叉树结构,采用一个递归过程来连接各个子区域内的螺旋线,最终形成Spiral针法路径.文中算法生成的路径能够由内向外以等距的螺旋线填充任意形状多边形的连通域,并且螺旋线的形状与区域的边界相似.实验结果表明,该算法能获得较好的刺绣效果.

基于自由区域的环切轨迹优化连接方法

为了解决环切轨迹的连接问题,提出一种简捷有效的环切刀具轨迹连接方法。在该方法中,为了有效管理轨迹环,构建了一种称之为区域树的树型数据结构。为了获取子轨迹,首先对区域树进行剖分以对轨迹环进行编组,进而利用轨迹环连接器对已编组的轨迹环进行连接。在获得子轨迹后,利用在自由区域中搜索开槽点的方式,完成了对子轨迹的优化连接。最后用仿真实验验证了该方法的有效性,实验表明,该方法能在提高计算效率的基础上,显著减少退刀数,有时甚至没有退刀。

一种等距曲面求交的新算法

参照了等值线的方法,采用先确定交线拓扑结构,然后进行跟踪的方法,来进行参数曲面的等距曲面鲁棒、精确和高效的求交计算.采用该方法,可以直接得到交线在两张原曲面参数域上的轨迹,而不需要进行等距曲面的逼近或从三维交线反求参数域上的轨迹,并且交线都以定义在[0,1]上的参数曲线的形式给出.数值实验证明,算法可以有效地解决等距曲面求交的子环遗漏、分支跳跃、乱序跟踪等问题,精确鲁棒地计算出交线.

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。

快速原型的抽壳简化方法研究

针对熔模铸造和快速原型制造本身对壳体原型件的需求,提出一种快速原型的抽壳简化方法,即利用零件的STL(STereolithography)模型及其分层信息,将零件原型的抽壳近似为沿分层方向的水平面偏置和层轮廓偏置,使得原型件的抽壳处理不受其形状复杂程度的影响,从而避开直接对STL模型抽壳所遇到的障碍,极大地简化了零件原型的抽壳处理,提高了抽壳效率。工程实例表明该方法的正确性和实用性,缩短了零件原型制作时间,降低了成本。

复杂型腔环切拐角过渡刀轨生成技术

针对环切刀轨中存在的拐角及残区问题,提出采用三段式Clothiod曲线光滑拼接的方法进行过渡优化。首先,借鉴骨架线提取的原理判断拐角残区并提取出残区步长;然后,在残区步长的基础上,选取过渡控制点和初始插入点作为曲线过渡的特征点;最后,在特征点的约束下,将曲线和直线进行过渡连接,并保证过渡曲线的C2阶连续。仿真加工测试结果表明,该方法能有效切除环切拐角残余并实现刀轨的平稳过渡,同时能很好地缩短加工时间和提高整体的加工质量。

轮廓平移无跳刀连接刀路环树优化算法

提出一个无跳刀的轮廓平移刀路轨迹优化算法.根据刀路环之间父环和子环关系,提出“刀路环树”的概念,将加工刀路的一次环切定义为一个“刀路环向量”,并将刀路环的各个属性定义为刀路环向量的分量.根据无跳刀轨迹的要求,针对刀路环树的各个刀路环向量进行遍历,以获得了一个无跳刀的轮廓平移刀路轨迹算法,并通过与其他算法比较,证明该算法无跳刀、无重复切削,并且可以自动执行.

等离子熔积制造CAM系统中的路径规划研究

介绍了新型直接快速制造金属原型的等离子熔积制造 (PDM )及其CAM系统 ;分析了在快速成形中使用的几种扫描路径 ,并比较了它们的优缺点 ;阐述了在PDM中采用的路径规划方式 ,分区折线、轮廓等距偏移和两者的复合方式 ,并说明了其路径的生成方法。

基于电弧熔丝增材制造的复合路径规划方法

电弧熔丝增材制造(WAAM)适用于具有复杂几何特征的大尺寸金属构件的快速成形,而合理的路径规划方法可以极大的提升构件的几何还原度和表面质量。本文分析了常用路径规划方法的优缺点,提出轮廓偏置路径和Z字形路径相结合的复合路径规划方法,并对轮廓偏置路径的偏置距离进行了优化。优化结果表明轮廓偏置路径可以提高构件轮廓的几何还原度,Z字形路径可以消除轮廓偏置路径几何中心易形成孔隙的缺陷,提高成形质量。利用数控弧焊增材制造系统进行实验验证,结果表明该复合路径规划方法对于多数大尺寸复杂结构件的成形路径规划具有很好的可行性和适用性。

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 。