数控机床仿真系统的碰撞检测算法

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1、数控机床仿真系统的碰撞检测算法ACollisionDetectionAlgorithmforCNCMachineTool学科专业：测试计量技术及仪器研究生：赵呈浩指导教师：刘书桂教授天津大学精仪学院二零一零年六月一夸一苓，牛7≮月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论

2、文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：电里滞签字日期：切／口年尸月)7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：签字日期：洲口年忐呈浩P月>7日

3、月))日1．，～协如、lr／7、．I=y秒厶么驯名期签日师字导签鼍，'

4、中文摘要数控机床凭借其高效率、高质量、高柔性等优点，在制造业中得到越来越广泛的应用。为了保证数控程序的可靠性，避免不必要的损失，数控加工仿真技术也得到了迅速的发展。仿真系统中的碰撞检测部分的主要功能就是找出加工过程中可能发生的刀具与工件、刀具与夹具、刀具与机床有关部分的干涉和碰撞，并向用户发出警告。基于CSG(ConstructiveSolidGeometry)模型的仿真系统已经建立，可以完成数控代码的解释，模拟整个加工过程。但是碰撞检测部分还不完善，目前的主要工作就是找出正确、高效的碰撞检测算法。在

5、综合考虑该系统的建模方法以及国内外各种碰撞检测算法优缺点的基础上，提出了一种适用于该系统的碰撞检测算法，完善了该系统。本论文主要完成了以下工作：1．制定碰撞检测方案：综合考虑该仿真系统的建模方法及各种碰撞检测算法的优劣，制定了由粗检测到精检测的分层碰撞检测方案。2．完成粗检测：完成了对CSG建模方法中的基本体素——球体、长方体、圆柱体、圆锥体、直三棱柱一的AABB(AxisAlignedBoundingBox)的建立，并进行包围盒问的并、交、差的运算以及包围盒的碰撞检测。3．完成精检测：对由粗检测找出

6、的可能发生碰撞的部分，对其中的各个体素建立Dexel结点，并根据基本体素间的并、交、差的关系，完成Dexel链表的并、交、差的运算，将对应的链表进行相交检测。4．进行实验：在VisualC++6．0提供的编程环境下，以OpenGL为图形开发工具，编程实现整个算法，验证算法的正确性和可行性。关键词：数控机床CSG模型碰撞检测AABBDexel模型ABSTRACTCNCmachinetools，withitshighefficiency,hi曲quality,highflexibilityandother

7、advantages，hasbeenmoreandmorewidelyusedinmanufacturing．ToensurethereliabilityofNCprogramandtoavoidunnecessarylosses，CNCmachiningsimulationtechnologyhasalsogotarapiddevelopment．nemainfunctionofcollisiondetectioninCNCmachiningsimulationsystemistofmdtheint

8、erferenceandcollisionwhichmayoccurbetweenthetoolandtheworkpiece、thefixtureorthemachine，andwarntheuserifsomecollisionhappen．CNCmachiningsimulationsystembasedonCSG(ConstructiveSolidGeometry)modelhasbeenestablished，itCaninterpretethenumericalcontrolcodeand

9、simulatethewholeprocess．Butcollisiondetectionmoduleinthesystemisnotperfect，SOthecurrenttaskistofmdacorrectandefficientcollisiondetectionalgorithm．Onthebasisofconsideringthemodelingapproachofthissystemandtheadvantagesanddisadvanta