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基于opencascade的三维轴流泵叶轮设计系统

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兰州理工大学学报 2023年第4期49卷 54-60页

作者：顾明磊刘厚林江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

目前泵设计系统普遍依赖商用CAD软件的二次开发,容易受到制约.为此,利用opencascade相关建模函数和Qt构建的人机交互界面开发了拥有自主知识产权的三维轴流泵叶轮设计系统,只需输入轴流泵的设计参数,便可得到合适的轴流泵叶轮几何造型.... 详细信息

目前泵设计系统普遍依赖商用CAD软件的二次开发,容易受到制约.为此,利用opencascade相关建模函数和Qt构建的人机交互界面开发了拥有自主知识产权的三维轴流泵叶轮设计系统,只需输入轴流泵的设计参数,便可得到合适的轴流泵叶轮几何造型.采用该系统设计比转速为869的轴流泵叶轮,并对其进行流场仿真验证,同时对比CFturbo软件的设计结果.结果表明,该系统无软件环境限制,设计步骤更贴合国内设计习惯,可以满足扬程和效率的设计要求,为其他类型的泵参数化设计提供了借鉴.

关键词： opencascade 轴流泵叶轮 Qt 计算机辅助设计参数化设计

基于opencascade几何内核的机器人离线编程软件开发

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基于OpenCASCADE几何内核的机器人离线编程软件开发

作者：赵汝超广东工业大学

学位级别：硕士

随着我国工业的不断发展,我国工业的自动化程度不断提高,越来越多企业采用工业机器人进行产品加工。工业机器人有着操作简便,自动化程度高,加工精度高等优点。工业机器人一般是通过人工示教生成加工轨迹,设置好工具TCP坐标系和工件坐标... 详细信息

随着我国工业的不断发展,我国工业的自动化程度不断提高,越来越多企业采用工业机器人进行产品加工。工业机器人有着操作简便,自动化程度高,加工精度高等优点。工业机器人一般是通过人工示教生成加工轨迹,设置好工具TCP坐标系和工件坐标系并进行标定后,即可按照既定轨迹进行加工。当遇到较为复杂的加工轨迹时,人工示教花费的时间较长,而且精度控制大多时候是凭借操作员的经验和技术水平。由于人工示教的以上缺点,人们研发了离线编程软件,可在软件中拾取工件的点、线、面来直接生成加工轨迹,相比人工示教生成轨迹更加快捷,精度更高。当前优秀的离线编程软件基本来自国外,如Robot Master、Robot Studio等,购买费用比较昂贵。国内的大多数离线编程软件相比国外功能不够强大,性能优化也存在一定的问题。针对这一现状,本文将研发一款功能齐全的离线编程软件,能够实现机器人加工轨迹的快速生成。本文的研究工作如下:（1）实现了机器人模型的导入、显示与交互功能。机器人是生产加工的主要载体,机器人模型在离线编程软件中的几何形状要与真实机器人一致,其外观显示要尽量逼真,模型导入后用户应能自由控制机器人各个轴的运动,实现自由交互。本文采用Open CASCADE开源几何内核进行开发,通过调用内核的几何造型的算法,结合自主研发显示模块,通过连接数据桥搭建自主内核三维显示交互模块,实现机器人模型在软件中的造型和显示。为了使机器人模型在离线编程软件中能够进行正确的空间运动,通过Solid Works软件生成机器人URDF文件,通过解析和读取URDF文件可获取机器人的连杆位置、关节位置等关键信息,确保了机器人能够进行正确的空间运动。（2）实现了离线加工轨迹生成和轨迹规划功能。通过调用几何内核中的相关函数可以实现拾取工件的点、线、面直接生成加工轨迹,并将轨迹离散成若干个点,通过空间轨迹相关算法完成轨迹规划。生成加工轨迹后,由于机器人的运动范围限制或自身结构等原因,一些轨迹点机器人可能会不可达,通过对UR3机器人建立运动学模型并进行正逆运动学求解,解决了UR3机器人在每个轨迹点处的位姿计算问题。（3）将加工轨迹信息生成程序代码,并使用真实机器人对代码进行了验证。不同机器人品牌有不一样的机器人语言,在离线编程软件生成离线轨迹后,需要将轨迹信息转化为对应的机器人指令,按照对应的语法将轨迹信息重组,最终输出为相应格式的机器人代码文件。本文通过C++语言将轨迹信息转换为UR机器人代码,并将得到的代码文件导入到UR3机器人中进行离线轨迹验证,证明了软件功能的可靠性。

关键词：离线编程 opencascade 机器人运动学求解轨迹规划

基于opencascade的“一元四体”模型实现技术研究

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计算机工程与科学 2012年第3期34卷 96-102页

作者：陈宏宇刘子建艾彦迪湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

根据"一元四体"(简称AMFB)产品信息建模原理,应用opencascade几何造型平台研究对OpenAMFB系统进行了体系结构设计、应用框架设计。基于此并研制了以OCAF开发框架为软件架构的"一元四体"模型应用系统OpenAMFB,验证了该原理实现技术的可行... 详细信息

根据"一元四体"(简称AMFB)产品信息建模原理,应用opencascade几何造型平台研究对OpenAMFB系统进行了体系结构设计、应用框架设计。基于此并研制了以OCAF开发框架为软件架构的"一元四体"模型应用系统OpenAMFB,验证了该原理实现技术的可行性,为以模型为中心的产品信息集成系统研发提供了借鉴。OpenAMFB系统能与CAE、CAM及CAPP等系统更好地共享数据和信息,对信息、机械等工程技术领域的研究都有重要的理论参考价值和实际指导意义,对CAD/CAE/CAM/CAPP集成的发展起到一定的推动作用。

关键词：一元四体模型软件实现技术 opencascade OpenAMFB

基于手势交互的复杂装配系统三维建模软件设计研究

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基于手势交互的复杂装配系统三维建模软件设计研究

作者：徐森南京邮电大学

学位级别：硕士

信息技术的飞速发展带动了人机交互方式的改变,传统主流交互方式以键鼠交互为主,交互主体需要适应交互客体,需要一定的学习成本。随着对手势研究的不断完善,基于手势交互的应用大量诞生,在装配领域,尤其是复杂产品装配领域,采用手势可... 详细信息

信息技术的飞速发展带动了人机交互方式的改变,传统主流交互方式以键鼠交互为主,交互主体需要适应交互客体,需要一定的学习成本。随着对手势研究的不断完善,基于手势交互的应用大量诞生,在装配领域,尤其是复杂产品装配领域,采用手势可以让使用者具有更好的、沉浸式交互体验。对比国外,国内用于复杂产品的三维建模软件比较匮乏,对国外依赖严重。以往都是在国外已有软件基础上进行开发,很多软件并非完全开源。为了实现自主可控目标,本文将基于底层三维几何内核,开发出一款小型、轻量化基于手势交互的三维建模软件。该软件具备基础文件操作、几何创建等传统三维建模软件基本功能,除传统键鼠操作外,还可以采用手势完成模型创建、布尔操作,旋转、平移、缩放等功能。本文主要工作:（1）完成LeapMotion二次开发,通过坐标转换将手势显示于二维屏幕,设计多种手势,开发手势配置软件,实现通过界面配置手势指令,方便后续进行开发。（2）基于开源几何内核opencascade完成三维建模软件,以UDP通信方式实现手势建模、平移、旋转等操作。（3）提出基于手势交互的三维建模软件框架,留出接口,在交互方式上除手势、键鼠外,保留了后续接入眼动控制位置、脑电进行模型想定的接口。开发中采用软件开发流程,先进行需求分析,然后进行软件框架设计,确定开发工具与开发环境,最后完成具体实现。

关键词：手势交互 LeapMotion opencascade 三维建模复杂装配

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基于造影影像的冠脉血管模型重构

基于造影影像的冠脉血管模型重构

作者：施旭彤西安工业大学

学位级别：硕士

针对目前国内数字化辅助心血管疾病介入手术的需求,研究了基于多角度造影影像的冠脉血管三维模型重构方法,并对其中涉及到的关键技术进行了探索,旨在有效提取二维造影影像中的冠脉信息,并重构出冠脉三维模型,改善临床中二维造影观测造... 详细信息

针对目前国内数字化辅助心血管疾病介入手术的需求,研究了基于多角度造影影像的冠脉血管三维模型重构方法,并对其中涉及到的关键技术进行了探索,旨在有效提取二维造影影像中的冠脉信息,并重构出冠脉三维模型,改善临床中二维造影观测造成的不直观状况,同时为个性化三维数字心血管模型的高效构建提供关键技术支撑,对心血管疾病的介入式治疗和诊断具有重要的意义。在医院调研的基础上制定了患者冠脉三维重构方案并采集数据。首先,采用Frangi Filter2D滤波分割算法和U-Net网络两种方法对冠脉进行分割,因为冠脉造影图像背景复杂,所以在进行Frangi Filter2D分割前,基于冠脉血管与背景灰度的差异,采用形态学Top-hat变换,对冠脉造影进行增强处理,再将两种分割结果用特异性、灵敏度、准确性三个指标进行评估,为血管信息提取奠定基础。其次,基于对旋转冠脉造影系统造影平面空间运动原理的研究,完成变换矩阵的构造,为避免重构冠脉出现交叉伪影等问题,先将冠脉进行单根分离,再用Canny边缘线提取法和形态学细化法,确保冠脉单像素宽度,利用八链码提取坐标法,将冠脉二维信息点进行提取,结合变换矩阵和造影设备信息,完成冠脉点的三维转换。最后,结合冠脉三维关键信息点,基于边界表示方法构建三维模型,采用跨平台语言Qt、底层造型内核Open CASCADE,完成冠脉三维重构系统的搭建,实现对单根冠脉重构,再利用布尔运算将单根冠脉合并,完成对左右冠脉和冠脉病患部位交互对象的创建。本研究基于不同角度二维冠脉造影影像、血管分割图像处理技术、造影系统原理、三维造型内核技术,实现了对冠脉血管的三维重构,改善了断层图像重建造成的伪影问题。搭建的冠脉三维重构系统,包括对三维冠脉的平移、旋转、缩放等可视化图形交互功能,能够辅助医生更加清楚直观,去观察患者的三维冠脉,以及冠脉当中的病灶区域。基于多角度冠脉造影影像的冠脉三维重构研究,探索了三维数字心血管模型构建的关键技术,可以辅助医生诊断病情,对病患区域进行观察,为以后进行血管内血流动力分析打下基础。同时,为后续的介入术治疗术前训练研究提供血管模型。

关键词：冠脉造影图像分割深度学习三维重构 opencascade

基于opencascade内核的三维钣金系统研究

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机械设计与制造 2012年第8期 92-94页

作者：刘峥孙波西安工业大学机电工程学院西安710032

传统的商用软件二次开发模式难以满足钣金设计的灵活性和交互性要求,基于造型内核开发三维设计环境是可行的方案。在分析opencascade三维造型内核的开发模式和数据结构的基础上,将钣金展开方法与opencascade相结合,使用VC++开发出三维... 详细信息

传统的商用软件二次开发模式难以满足钣金设计的灵活性和交互性要求,基于造型内核开发三维设计环境是可行的方案。在分析opencascade三维造型内核的开发模式和数据结构的基础上,将钣金展开方法与opencascade相结合,使用VC++开发出三维钣金设计系统。针对常用钣金件展开方法建立了数学模型,以模型数据和算法为基础,调用opencascade造型函数,实现了底层数据与显示模块的融合。无论在设计灵活性还是系统扩展性方面都优于传统的商用软件二次开发模式。

关键词：钣金展开三维造型 opencascade 数据结构

基于opencascade的装配偏差分析软件设计与实现

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基于OpenCASCADE的装配偏差分析软件设计与实现

作者：王连俊上海交通大学

学位级别：硕士

汽车零件装配是一个十分复杂的过程,这中间大约有由300-500个冲压零件经过多个工位、多个层级的焊接组装而成。在这个复杂的装配过程中,零件的装配误差逐级累积,最终影响到汽车整体质量。利用软件对零件装配过程所产生的误差进行计算和... 详细信息

汽车零件装配是一个十分复杂的过程,这中间大约有由300-500个冲压零件经过多个工位、多个层级的焊接组装而成。在这个复杂的装配过程中,零件的装配误差逐级累积,最终影响到汽车整体质量。利用软件对零件装配过程所产生的误差进行计算和过程仿真,可以有效反馈汽车零件装配过程中误差传递状况,对规避后期制造阶段的尺寸偏差控制风险有着重要的意义。目前国内虽然在装配偏差分析算法方面做了大量的研究,却并未形成成熟的偏差分析软件,由于繁琐的建模过程以及低效的偏差计算,使得许多算法无法在实际得到真正应用,因此解决软件技术上的相关问题显得尤为重要。本文针对装配建模复杂、计算效率低下等问题,基于开源CAD图形库opencascade以及多核编程技术,探讨了零件模型参数提取方法和装配偏差并行计算技术,开发一套三维装配偏差计算软件,改进装配建模方式并使得计算效率相比商业软件来说得到44倍的提升。论文研究内容和成果主要包括:(1)装配偏差计算算法研究。本文通过构建坐标系的方法实现了一种新的装配偏差计算方法,该算法避免了装配偏差计算中低效的矩阵求逆运算,相比同类算法实现简单、计算高效,同商业软件VisVSA相比计算效率提高约一倍。(2)零件特征参数的提取。在装配建模过程中,需要输入大量零件装配特征信息,本文研究了opencascade环境下零件多种特征图形参数的提取方法,并解决了模型在错误转换情况下的参数提取问题,提高了构建装配计算模型中的输入效率。(3)多核环境下的装配偏差计算。在随机模拟过程涉及大量的计算,该过程是一个相对耗时的过程。本文采用CUDA编程技术,充分利用计算机硬件本身的条件,将装配偏差计算性能在本文算法基础上再提高2倍。对于CUDA执行过程不支持递归的限制,本文也给出了新的解决方法。

关键词： opencascade 偏差分析并行计算多核编程

基于Qt和opencascade的轻量级CAD系统开发

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基于Qt和OpenCASCADE的轻量级CAD系统开发

作者：张良湖南大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的快速革新与全球工业化进程的不断推进,CAD软件蓬勃发展,成为工业生产过程中不可或缺的工具。然而目前CAD软件市场完全被国外商业软件占据甚至是垄断,中小企业需要向国外厂商购买整套软件并且支付高昂的使用费用,使得软... 详细信息

随着计算机技术的快速革新与全球工业化进程的不断推进,CAD软件蓬勃发展,成为工业生产过程中不可或缺的工具。然而目前CAD软件市场完全被国外商业软件占据甚至是垄断,中小企业需要向国外厂商购买整套软件并且支付高昂的使用费用,使得软件的使用成本增加,开发一款轻量级的CAD软件或许能为中小企业提供了一种新的出路,也将助力于“中国制造2025”的战略实施。本文基于图形化用户界面框架Qt和几何开发引擎opencascade开发了一款小型的CAD软件系统,主要工作内容如下:深入研究了图形化用户界面框架Qt和几何开发引擎opencascade这两个外部依赖项,详细介绍了Qt常用的基本功能模块和信号与槽机制,以及opencascade七大模块的基本内容和功能,分析了采用Qt和opencascade进行软件开发的优势所在。在此基础上,采用Qt开发了软件的界面和各窗口部件,并基于MVC模式和Qt的信号与槽机制构建了软件的架构。基于opencascade实现了软件的基本建模功能,包括参数化构建几何基元、交互式构建几何模型,几何实体的修改操作、空间变换操作、布尔操作等。另外定义了标准轴承件的基本类型参数和格式,在几何建模的基础上实现了从Excel表中读取数据完成球轴承、圆柱轴承、圆锥轴承标准件的参数化建模操作。深入研究了文件读写的同步调用方法和异步调用方法的原理和实现过程,阐述了异步调用方法的优势,基于异步调用方法实现了文件的读写操作,并用实例展示了本软件文件读取的速度优势,实现了通过读写常用的step、iges、stl文件与其他CAD系统进行数据交换。另外实现了对导入的模型完成曲面缝合、清除圆角等简单的几何清理功能,以达到CAE分析的要求。

关键词： opencascade 几何建模轴承参数化异步调用几何文件读写

工程地质中基于opencascade的地表和地层三维建模

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地质学刊 2014年第3期38卷 451-456页

作者：孟鹏燕徐元进王欣南张华安中国地质大学(武汉)数学地质遥感地质研究所湖北武汉430074 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430052

为了更加直观和准确地分析工程地质中的地质信息,通过对比分析传统三角网建模方法的优缺点,展示了opencascade曲面建模技术在三维模型中的连续程度、光滑度、细腻度等方面的优势。利用该技术建立三维地表和地层层面模型,并通过地层层面... 详细信息

为了更加直观和准确地分析工程地质中的地质信息,通过对比分析传统三角网建模方法的优缺点,展示了opencascade曲面建模技术在三维模型中的连续程度、光滑度、细腻度等方面的优势。利用该技术建立三维地表和地层层面模型,并通过地层层面的求交和缝合技术完成了地层层间实体模型构建。基于opencascade几何造型库在VC++平台下实现了地表、地层模型的三维可视化和场景控制功能。通过桥梁工程地质的实例应用,结果表明:三维地表地层模型的应用可以有效提高工程建设中地质分析和地质解译的直观性和可靠性。

关键词：工程地质 opencascade 地形地层三维可视化