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面向在线检测系统的IGES复杂曲面接口技术研究

张小辉  
【摘要】:随着现代集成制造和自动化生产水平不断进步,对生产效率和加工精度提出了更高的要求。自由曲面在航空、航天、模具、汽车等行业应用越来越广泛,复杂曲面在线检测技术存在广阔的发展前景。在线检测系统由数控机床、触发式测头以及计算机等部分组成,通过测头代替刀具对复杂曲面进行检测,把加工和检测集成为一道工序,避免二次装卡,提高检测效率。本文针对面向在线检测系统基于IGES复杂曲面接口技术的开发和研究,分别从NURBS统一模型建立、曲面网格化、曲面点的拾取、检测运动仿真以及人性化的交互界面等几个方面进行深入研究和探讨。 首先为了简化图形处理和数据结构的复杂性,将初等解析曲线、曲面采用NURBS统一表示,建立NURBS统一的几何数学模型。初等解析曲线包括直线、圆弧以及二次曲线统一采用NURBS曲线表示,初等解析曲面包括直纹曲面、旋转面以及列表柱面统一采用NURBS曲面表示。 接着对NURBS曲面网格化以及重构技术进行探讨和研究。分析了平面和空问三角网格划分常用的方法,重点提出了NURBS剪切曲面网格剖分算法,由参数域二维网格点坐标映射三维空间网格点坐标NURBS的正算算法,以及网格节点法矢量的计算方法,为IGES解释器内核开发NURBS曲面处理奠定理论基础。 其次在MFC平台上实现了曲面上待测点的鼠标拾取、拾取点法向量的求解、NURBS曲面测点的自动规划以及测头的运动仿真。鼠标拾取功能采用OpenGL拾取技术将屏幕二维像素点转化为对应显示实体模型的三维坐标实现,拾取点的法向量是通过对该NURBS曲面正算结果进行搜索得到,待测点路径采用在NURBS曲面参数域内均匀步长自动规划生成,测头运动仿真是模拟数控机床检测工件曲面时测头的动作和运动过程,提高生成检测代码的安全性和可靠性。 最后针对IGES解释器窗口界面进行增强设计。在主界面客户区中添加位于顶部的两个浮动工具栏、位于左边的浮动窗口以及位于下部的信息输出窗口,添加了鼠标映射,能够快捷的使用鼠标进行平移、旋转、缩放以及拾取操作,还增加了快捷菜单和控制面板,提高操作速度,为交互式操作提供便利。


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