基于三角面片检测的五轴数控加工碰撞干涉检测智能算法研究

作     者：刘雄伟 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张平

授予年度：2011年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：五轴数控加工 碰撞干涉检测 方向包围盒 八叉树 三角形-三角形相交检测 

摘      要：与传统的三轴数控加工相比,五轴数控加工具有高速、高效、高精度等特点,因此五轴数控技术是现阶段国内外研究的重点。五轴数控机床在通常的三轴机床的基础上增加两个旋转轴,一方面使得刀具可以实现任意的空间位置与方位,另一方面也使得刀具运动更加复杂和不可预见,增加了碰撞干涉发生的可能。碰撞干涉通常具有很大的危害性,除了会产生不合格的工件外,还可能会导致刀具、夹具或机床的损坏甚至人身事故;同时碰撞干涉使得五轴数控加工在实际应用中尚不能完全发挥其优势。 本文在研究前人成果的基础上,提出了一种新的“两步法：即将碰撞干涉检测分为快速碰撞干涉检测和详细碰撞干涉检测两部分。首先通过快速碰撞干涉检测部分来确定可能存在碰撞干涉的叶子节点;然后在详细碰撞干涉检测部分,基于三角形-三角形相交检测法来确定刀具与工件是否确实发生了干涉。 在快速碰撞干涉检测中,为了适应加工刀具和工件的移动和旋转,减少加工过程中刀具的更新计算量,提高快速碰撞干涉检测的效率,对刀具和夹具进行分层方向包围盒数学建模;为了应用高效的分离轴理论,工件NURBS自由曲面是采用八叉树结构来进行数学建模的。使用分离轴理论进行的快速碰撞检测干涉是在刀具分层方向包围盒和NURBS曲面的八叉节点之间中进行的。在本文中为了提高整体检测效率,采用了一种基于分层包围盒连续碰撞的加速算法。 在进行快速碰撞干涉检测后,当在检测到包围盒之间有干涉时,转而进行详细碰撞干涉检测。为了避免漏检与误检,进行基于三角形-三角形相交检测方法来确定存储在表面八叉树叶子节点中的离散表面点所在的三角面片是否真的发生了碰撞。该详细碰撞检测是在包含碰撞干涉叶子节点的三角面片及储存在叶子节点中的三角面片与刀具OBB的三角面片之间进行的。在该算法中,本文采用比较快捷的测试原理矢量判别法。为了提高三角形相交检测效率,在二维三角形-三角形相交检测中,采用的算法是不相交判别法。 通过对所开发的算法进行测试,表明：该算法即避免了误检与漏检.又提高了碰撞干涉检测的效率。