增材制造中STL模型三角面片法向量自适应分层算法研究

本文提出了增材制造技术中STL模型三角面片法向量自适应分层新算法。该方法寻找与层厚t相交的三角面片的最小法向量,应用三维模型体素中x-y分辨率和STL模型中三角面片法向量与制造方向间夹角变化关系,实现STL模型的自适应分层。用此方法分层,减少了分层参数处理的复杂性,使自适应分层变得更加简单且易实现,得到的分层厚度值更加准确。由于自适应分层是在允许的误差范围内得到的分层厚度,因此在STL模型轮廓变化明显的区域分层更加精细。     

快速成型制造中分层算法的改进

在现有STL模型切片算法的基础之上,提出了一种基于STL模型坐标分层算法,该算法在读入STL模型时,据各三角面片顶点的Z坐标对其分层,然后据三角面片内部边、顶点之间的拓扑关系在层内进行求交,生成CLI片层文件,输入快速成型机.该算法优化了数据结构,减少了切片时间,提高了切片效率.     

STL模型切片轮廓数据的生成算法研究

对基于STL模型的切片处理技术进行了深入分析,并在吸收现有算法优点的基础上,提出了分组排序、对边求交的分层算法。该算法先根据三角面片中顶点在分层方向的最大坐标值和最小坐标值对各面片进行排序并形成分层关系矩阵,然后对每层的三角面片采用对边依次追踪求交的方法生成切片轮廓数据。实际应用表明,该算法具有高效、稳定和可靠等优点。     

复合快速成形中基于STL模型的分层研究

研究了面向分层实体制造与数控铣削复合成形的基于STL模型的三维层生成算法。利用凹边在上下两个方向上的可见性确定分层位置,通过切割平面与各三角面片求交实现STL模型的分割,并把分割面三角网格化生成封闭的三维层。分层的结果可满足复合快速成形工艺要求。     

基于CGAL的点云三角面片重构

点云的三角面片重构是曲面重构的基础,通过三角面片重构可得到离散点的邻接关系,这些邻接关系为曲面拟合提供必要的信息.介绍了一个功能强大的计算几何库CGAL,并利用它完成对面模型的点云三角面片重构和体模型的点云三角面片重构.     

面向虚拟现实的CAD模型转换研究

应用Pro/E良好的兼容性,通过其接口输出虚拟环境所需的三角面片模型和运用近似凸集分解算法将该三角面片模型转换成凸包模型,生成的凸包模型较之三角面片模型外形更粗糙,数据量程更短,经仿真计算凸包模型较之三角面片模型运算时间更短,所以应选择不同的触觉模型来满足针对虚拟环境中模型对实时性和精确性的不同要求。     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

熔融沉积成型中对自适应分层方法的改进及实验研究

目前,熔融沉积成型技术中提出了各种自适应分层算法来改善成型效率和成型精度无法兼顾的缺点。其中,基于STL模型三角面片法向量的自适应分层算法存在以下问题:如果三角面片法向量与分层方向间的夹角过大或过小,这一算法无法实现层厚随着法向量与分层方向之间夹角的变化而自适应变化。为此,本文应用归一化的方法对其进行改进,将模型等厚分层后再根据归一化的原理确定每一层的自适应层厚值;其次基于MATLAB对这一自适应分层算法及其改进算法进行仿真;最后在熔融沉积实验平台上对其进行实验验证。实验结果表明,相对于原始算法,改进算法的自适应分层效果显著提高,且零件成型效率上升了22%,成型精度上升了29%,切实有效。     

快速成型中基于零件制造精度的分层算法优化

在快速成型技术中,以STL模型为基础的分层制造工艺存在台阶效应,台阶效应影响制造零件的尺寸精度和表面粗糙度。为了减小分层制造的台阶效应,讨论了采取较小的分层厚度,从而提高零件的制造精度。讨论了选择合理的分层方向来避免台阶效应,但是为了避免在加工时频繁添加支撑,提出了基于零件装配要求的分层方法。为了避免因分层厚度减小而增加的制造时间,讨论了通过提前对三角形面片进行分类提取,去除一部分冗余三角形面片,从而减少分层时间。提出了将此三者结合即将减小层厚、选择合理分层方向以及三角面片的分类排序结合起以减小快速成型中的台阶效应,提高制造精度,保证制造效率。通过实例进行验证,表明该方法可以有效地减小台阶效应、提高制造精度并且保持其成型效率。     

STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究

建立三角面片之间拓扑关系是提高分层切片效率的关键因素之一,提出基于标准模板库set容器的拓扑关系重建算法及快速切片算法,有效地去除了STL文件大量冗余数据,简化了数据的存储,该算法每一个三角面片在每一切平面内只求一次交点,切片完成后可直接得到封闭轮廓环,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数及求交点计算量,简化了轮廓环的构造过程,从而有效地提高了算法的效率.     

直线与多面体求交加速算法及其应用研究

用计算机仿真机械零件由毛坯到成品的切削过程，可以有效解决试切问题。本文研究一种用于ＮＣ校正的加速算法。介绍了Ｒａｙ－Ｒｅｐ算法，在分析三角形平面分割方法特点的基础上提出了对于三角形平面进行预处理的方法。这种加速算法的实质是对三角形平面集合进行了一种类似于“聚类分析”的分类处理。本文还建立了这种加速算法的概率模型，分析了此模型的概率特性。理论推导表明，基于此模型的加速算法其速度至少提高三倍，与实际运行结果相吻合。     

任意曲面离散求交的投影算法及其实现

提出一种任意曲面离散求交的投影算法。曲面首先被离散为一系列三角形平面子面片 ,然后将这些平面三角形面元分别投影到正投影面和水平投影面上 ,再将得到的两个投影映射到二维空间。在二维空间 ,求出两相交三角形的交线段 ,其集合就是两曲面交线的逼近。在详细描述算法原理后 ,给出了算法的实现步骤     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

基于UG／OPEN GRIP的机器人堆焊路径规划

通过UniGraphics二次开发平台UG／OPENGRIP实现切片和路径规划算法,完成UG模型的切片、路径规划的自动生成。对机器人代码生成系统进行了介绍,并将RP技术与熔焊技术相结合,利用UG二次开发对三维实体进行直接适应性切片,提高了切片的速度,克服了传统切片方法由于采用三角形面片逼近三维物体模型所引起的精度不高的问题。另外,针对不同的零件类型采取不同的路径规划方法,形成连续运动路径,从而不同程度地提高了成型效率和零件的成形质量。     

Geometric data simplification for a virtual factory

A virtual factory is a very useful model for analyzing complex manufacturing systems that cannot be described by analytical or mathematical models. One of the main obstacles in the simulation of a virtual factory comes from the huge size of the geometric data involved. This paper proposes an efficient method for reducing that data volume through introducing a simplification method for virtual factories that consist of prismatic solid models containing complex internal features. The proposed method allows a determination of whether the faces of a virtual factory represent internal features (invisible), which are unnecessary to the simulation and may therefore be eliminated. The proposed approach uses a graphics board optimized to render a given scene and reverses the process; after drawing a scene, we try to identify the entities that are visible. The proposed algorithm splits the given triangles into visible groups, and for each visible group, we can then draw the mesh on a pixel map from the corresponding viewing direction. By querying the colors that appear on the pixel map, it is possible to determine the visible triangles. When the visible triangles are known, it is possible to remove the internal features by removing those invisible triangles from the triangular mesh.     

基于断层序列图象的三角域拓扑模型快速剖分算法研究

介绍了一种对三角域拓扑模型进行任意截面快速剖分的算法:在断层序列图象的三维重建过程中,划分并规整三角面片,然后以空间立方体序列的形式进行组织,得到具有清晰毗邻关系和索引结构的表面模型。在以任意角度截面剖分模型时,根据空间立方体的索引关系快速检索被切割到的三角面片,依次进行剖切处理,最终得到三维模型的任意剖面轮廓线。该算法在实际中得到应用,效果良好。     

基于内角余弦和的三角形正则度评定与网格优化

三角网格模型的质量对有限元分析等工程应用具有重要影响,而三角形的正则度是决定网格质量的主要因素。本文系统提出了基于内角余弦和的三角形正则度评定理论,并应用于三角网格优化中,通过对正则度低的三角形进行边折叠与边交换操作,有效去除了网格中的狭长三角形而使网格质量得以提高。结果证明本算法简捷高效,具有较高实用价值。     

一种保持特征的网格简化算法

针对网格简化算法中出现的细节特征丢失、简化结果过于均匀以及计算复杂等问题,从原始模型的几何特征出发,对待折叠三角形与其邻域内三角形的形状与位置关系进行研究,对三角形折叠点到其三个顶点的偏离程度进行总结,提出了一种基于三角形折叠的保持模型特征的网格简化算法。该方法根据目标三角形各顶点邻域三角形的不同,为其3个顶点分配相应的权值,由各顶点权值的大小最终确定三角形折叠点坐标,然后以二次误差测度为度量标准计算出每个三角形的折叠代价,再结合三角形局部面积比、局部区域不平度以更好地控制简化结果。实验结果表明:该方法能够降低计算的复杂度、提高简化速度,使模型的特征区域和非特征区域均保持一定的简化率,并较好地保持了原始模型的细节特征。     

基于STL格式数据的网面体碰撞检测方法

在剖析STL网面体模型的数据结构的基础上,用矢量方法对三维空间的STL三角形网面体的相互碰撞检测问题进行了较深入的分析,给出相应的碰撞检测算法,并提出一些基于实践应用经验的改进和优化方法。     

数控加工仿真中精度验证技术的研究

分析了数控加工仿真精度验证方法,提出扩展Z&N精度验证方法,以两重过滤的形式表示精度验证过程。通过过滤器1滤除使用Z&N法就可以满足验证精度要求的点,对通过的点进行进一步的误差计算,从而提高精度验证效果;过滤器2以区位编码的形式滤除用于精度验证的设计模型三角片集合中的无效三角片,提高验证误差计算效率。将验证效果与国外商用系统进行了对比,说明了算法的应用效果。