压缩体素模型数控管理

机器人

数控加工仿真的几何建模的方法可归纳为直接实体建模法、离散矢量法、空间划分法三类。直接实体建模法主要以CSG或B-Rep实体建模系统来进行仿真,该方法中涉及到大量的直接布尔减运算,效率非常低,对于复杂曲面的五坐标数控铣削加工仿真,这种方法更加显得力不从心。离散矢量法提高了NC仿真的精度,但是随着曲面复杂性的增加,曲面离散的点集也会随之膨胀,大大增加了计算量,导致仿真的效率低下;另外离散矢量法不能进行加工过程的仿真,不能计算材料的去除率,而且光线与刀具扫描体的的求交运算也十分费时,仿真效率低下。实体建模法和离散矢量法的复杂性和效率低下的缺点促进了空间划分法的发展和运用。空间分解建模法能够大量的减少布尔运算量,所以效率较高。
Voxel建模是空间划分中最常用的一种方法,该方法可以将布尔运算进一步降低,但是该方法一般需要较大的计算机内存空间,而且仿真的精度受体素尺寸大小的影响较大。VonHook首先提出在图像空间中利用深度元素(DepthElement简称Dexel)来表示物体,并将其应用到数控仿真中,使得物体间的三维布尔运算简化为一维的线性运算,具有极快的仿真速度,同时具有较好的仿真精度。但是Dexel模型只能沿着某一观察方向进行仿真,变换观察方向以后,模型需要重新生成,限制了其在复杂五轴仿真中的应用。
本文提出一种基于三个方向Dexel模型的压缩体素模型,不但具有Dexel模型的速度快、精度较高的优点,而且有效地解决了传统体素模型需求大量计算机内存空间,单纯Dexel模型又不能任意变换视角的缺点。结合模型的特点设计的优化的MC表面提取算法,极大地加快了仿真结果的图形显示,较好地实现了五坐标数控铣削加工过程仿真。