【摘要】：隨著逆向工程、3D打印等新的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的深入發(fā)展,網(wǎng)格曲面的應(yīng)用越來越廣泛。網(wǎng)格曲面在表達(dá)復(fù)雜曲面方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢,并且在逆向工程領(lǐng)域,測量數(shù)據(jù)往往直接生成三角網(wǎng)格曲面。所以,對三角網(wǎng)格曲面進(jìn)行高速精確加工十分重要。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:1、提出了基于骨架線端點(diǎn)定向旋轉(zhuǎn)的自由輪廓排樣算法。為了得到較好的排樣結(jié)果,排樣輪廓在排樣時往往需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)�，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)算法沒有考慮排樣輪廓的特征,每次旋轉(zhuǎn)固定的角度間隔。在排樣時通常期望實(shí)現(xiàn)已排樣輪廓與當(dāng)前排樣輪廓的凹、凸特征組合,而輪廓骨架線的每個端點(diǎn)對應(yīng)輪廓的凸特征,受此啟發(fā),提出了基于骨架線端點(diǎn)定向的排樣輪廓旋轉(zhuǎn)算法。本文還提出了基于BL和重心最低原則的坯料離散算法,改進(jìn)了排樣輪廓靠接算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以降低排樣時間、提高材料利用率。2、提出了基于形態(tài)學(xué)圖像處理的加工區(qū)域邊界輪廓提取技術(shù)。Z-map是一種常用的加工編程、仿真模型�，F(xiàn)有的基于Z-map模型的加工區(qū)域提取算法提取的加工邊界輪廓不夠光滑和精確,造成基于加工邊界輪廓生成的刀軌不夠光滑和精確,影響加工效率和質(zhì)量。形態(tài)學(xué)圖像處理的膨脹操作可以通過消除空洞、橋接縫隙的方式使圖像的邊界輪廓更光滑,受此啟發(fā),本文提出一種基于形態(tài)圖像處理的邊界輪廓提取算法。該算法通過對加工區(qū)域二值圖像進(jìn)行膨脹處理,然后提取、編碼膨脹后的二值圖像邊界的方法得到加工邊界輪廓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法提取的邊界輪廓比傳統(tǒng)算法提取的邊界輪廓更加光滑和精確。3、提出了基于啟發(fā)式搜索策略的三角網(wǎng)格模型分型線提取算法。切片法是一種常見的分型線提取算法,這種算法忽略相鄰切片之間的模型特點(diǎn),直接連接相鄰切片確定的分型點(diǎn),從而造成提取的分型線不精確。針對現(xiàn)有切片分型線提取算法的不足,提出通過切片獲得初始的分型節(jié)點(diǎn),然后根據(jù)規(guī)范化啟發(fā)式搜索代價(jià)函數(shù),啟發(fā)式搜索連接相鄰的分型節(jié)點(diǎn)得到三角網(wǎng)格模型分型線。這種算法得到的分型線由三角網(wǎng)格邊組成,與三角網(wǎng)格模型分型線特點(diǎn)相符。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以更加精確地提取三角網(wǎng)格模型分型線。4、提出了加工起始位置可控調(diào)和映射空間刀軌生成算法。空間刀軌可以提高加工效率及曲面的最終加工質(zhì)量。調(diào)和映射方法是生成空間刀軌的重要方法,但由于參數(shù)曲面中心與原始曲面加工中心拓?fù)洳灰恢?直接用調(diào)和映射方法生成的空間刀軌起始加工位置不可控,很多情況下起始加工位置并不適合加工。針對現(xiàn)有基于調(diào)和映射空間刀軌生成技術(shù)的不足,在對定向二維流形三角網(wǎng)格曲面調(diào)和映射深入研究的基礎(chǔ)上,提出了基于改進(jìn)調(diào)和映射方法的空間環(huán)刀軌和空間螺旋刀軌生成算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可以解決參數(shù)曲面中心與原始曲面加工中心拓?fù)洳灰恢碌膯栴},使生成的空間刀軌更加均勻。
[Abstract]:With the development of reverse engineering, 3D printing and other new design and manufacturing technologies, mesh surfaces are more and more widely used. Mesh surfaces have unique advantages in expressing complex surfaces. In the field of reverse engineering, measurement data often directly generate triangular mesh surfaces. The main research contents and innovations of this paper are as follows: 1. A free-form contour layout algorithm based on directional rotation of skeleton line endpoints is proposed. Inspired by the concave and convex feature combination between the layout contour and the current layout contour, and each end point of the contour skeleton line corresponds to the convex feature of the contour, a rotation algorithm of the layout contour based on the end-point orientation of the skeleton line is proposed. The experimental results show that the algorithm can reduce the nesting time and improve the material utilization. 2. The edge contour extraction technology based on morphological image processing is proposed. Z-map is a common processing programming and simulation model. Insufficient smoothness and accuracy of the edge contour result in the tool path generated from the edge contour is not smooth and accurate enough, which affects the machining efficiency and quality.Expansion operation of morphological image processing can make the edge contour of the image smoother by eliminating holes and bridging gaps. Edge contour extraction algorithm of image processing. The algorithm obtains the edge contour by expanding the binary image of the processing area, then extracting and encoding the expanded binary image boundary. Experimental results show that the edge contour extracted by this algorithm is smoother and more accurate than that extracted by traditional algorithm. Slicing method is a common algorithm for extracting parting lines of triangular mesh model based on heuristic search strategy. slicing method ignores the model characteristics between adjacent slices and directly connects the parting points determined by adjacent slices, which results in imprecise parting lines. In this paper, a new method is proposed to obtain the initial parting nodes by slicing, and then, according to the normalized heuristic search cost function, a triangular mesh parting line is obtained by heuristic searching the adjacent parting nodes. The algorithm can extract the triangular mesh model parting line more accurately. 4. An algorithm for generating spatial tool paths with controllable starting position and mapping is proposed. The spatial tool paths can improve the machining efficiency and the final machining quality of surfaces. Because of the inconsistent topology of machining centers, the initial machining position of spatial tool path generated directly by harmonic mapping method is uncontrollable, which is not suitable for machining in many cases. An algorithm for generating spatial ring tool path and spatial spiral tool path based on improved harmonic mapping method is proposed. The experimental results show that this method can solve the problem of topological inconsistency between the center of parametric surface and the machining center of original surface, and make the generated spatial tool path more uniform.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.7

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本文編號：2201568