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数控机床的碰撞检测算法的研究

作　者: 刘海燕
导　师: 刘书桂
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数控机床 虚拟加工 碰撞检测 包围盒 建模
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
引　用: 2次
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内容摘要


数控机床加工中,由于NC程序的编写错误或工作人员的误操作等导致数控机床加工中刀具与工件、夹具等环境设备及环境设备之间发生碰撞,进而导致刀具的损坏和设备事故的发生。虚拟数控机床的碰撞检测系统就是在实际加工之前,三维动态的模拟数控机床的加工过程,并对加工环境中的设备模型进行碰撞检测,从而避免加工事故的发生。本论文在分析各种建模方法的基础上,设计了可重构的虚拟数控机床加工环境的建模方法,并采用构造的实体建模法(CSG)构建虚拟机床加工环境中的设备模型。在分析总结国内外各种碰撞检测算法优缺点的基础上,采用从粗检测到精检测的检测策略,提出了一种适用于数控机床碰撞检测的算法。本文的主要工作包括以下几个方面:1.采用面向对象思想,设计可重构的虚拟数控机床加工环境。在比较各种建模方法优缺点的基础上,采用基本几何体素的实体建模法构建加工环境中的设备模型。通过几何体素的交、并、差来形成复杂的零部件模型,不仅能够直观的体现设备模型,还为确定碰撞发生的确切位置奠定基础。2.针对虚拟数控机床加工环境中的设备模型,设计了由粗检测到精检测的碰撞检测算法。考虑到机床碰撞检测中的效率要求,碰撞检测算法有效的利用了AABB包围盒的简单性原则,并通过包围盒的预处理、包围盒的分割等步骤减少包围盒树的节点,提高了碰撞检测的效率。3.在VC++6.0环境下,采用面向对象的编程思想,定义基本几何体素,并实现碰撞算法的验证。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 数控技术及其发展历史  8
  1.2 虚拟制造技术  8-10
  1.3 碰撞检测技术的研究动态  10-12
  1.4 虚拟数控机床加工的碰撞检测问题  12
  1.5 课题研究的主要任务和意义  12-14
第二章 虚拟数控机床加工环境的建模  14-27
  2.1 虚拟加工环境研究的意义及设计要求  14-15
  2.2 可重构的虚拟加工环境的层次建模  15-16
  2.3 几何建模方法  16-25
    2.3.1 几何建模技术  16-19
    2.3.2 碰撞检测系统环境设备的建模  19-21
    2.3.3 VC++6.0 环境下对基本几何体素的开发  21-24
    2.3.4 虚拟加工环境建模的界面设计  24-25
  2.4 本章小结  25-27
第三章 数控机床碰撞检测算法的实现  27-54
  3.1 碰撞问题概述  27-28
    3.1.1 虚拟环境中的碰撞检测  27-28
    3.1.2 面向对象的虚拟机床碰撞情况分析  28
  3.2 碰撞检测问题综述  28-33
    3.2.1 面向凸体的碰撞检测算法  28-30
    3.2.2 基于一般表示的碰撞检测算法  30-31
    3.2.3 基于层次包围盒树的碰撞检测算法  31-32
    3.2.4 基于图象空间的碰撞检测算法  32-33
  3.3 碰撞检测算法总体设计  33-35
  3.4 基于AABB包围盒法的粗检测  35-40
    3.4.1 包围盒的选取  35-36
    3.4.2 AABB包围盒的初始化  36-38
    3.4.3 AABB包围盒的相交测试  38-40
  3.5 精确检测  40-48
    3.5.1 基本体素的特征点  40-42
    3.5.2 包围盒的分割  42-45
    3.5.3 包围盒的过滤  45
    3.5.4 AABB子包围盒的更新  45-48
  3.6 物体运动后的包围盒的更新  48-50
    3.6.1 几何体素坐标系与世界坐标系  48-49
    3.6.2 对象的运动及包围盒的更新  49-50
  3.7 空心实体模型的碰撞检测  50-53
    3.7.1 空心实体的定义  50-51
    3.7.2 空心体素包围盒的建立  51-52
    3.7.3 空心实体碰撞检测  52-53
  3.8 本章小结  53-54
第四章 机床碰撞检测算法的性能分析与评价  54-57
  4.1 基于代价函数的性能评价  54-55
  4.2 算法的效率分析  55-56
    4.2.1 包围盒预处理的效率分析  55-56
    4.2.2 包围盒的分割效率分析  56
  4.3 本章小结  56-57
第五章 全文的总结及展望  57-58
  5.1 总结  57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-62
发表论文和科研情况说明  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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