基于机器视觉的虚拟雕刻刀具扫掠体建模研究.pdf

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1、·信息技术·吴凡，等·基于机器视觉的虚拟雕刻刀具扫掠体建模研究基于机器视觉的虚拟雕刻刀具扫掠体建模研究吴凡，刘苏，伍铁军，徐向阳(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：在虚拟雕刻系统中，刀具扫掠体的建模是极其重要的一步。它是刀具扫掠体与毛坯进行布尔运算的基础，因而需要对它进行细致的研究，讲述了刀具扫掠体模型的建立过程，主要包括扫掠基体的抽象简化、扫掠路径的分析、扫掠轮廓曲线的提取以及扫掠体的构建：然后再通过实例证明了该造型方法的实用性。关键词：虚拟雕刻；扫掠体；扫掠基体；扫掠路径；扫掠轮廓曲线中图分类号：TH12；TP391文献标志码：A文章编

2、号：1671—5276(2012)04-0109-02StudyofModelingofSweptVolumeinVirtualSculptureBasedonMachinevisionWuFan，LIUSu，WUTie-jun，XUXiang—yang(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics．Nanjing210016。China)Abstract：Themodelingofsweptvolumeisoneofthemo

3、stimportantstepsinvirtualsculpturesystem，whichisthebasisofBoole-anoperationofsweptvolumeandblank，SOweneedtomakeastudyofitclosely．Thispapermainlydescribestheprocessofthemodeling，includingtheabstractionandsimplificationofgenerator，theanalysisofswepttrajectory，pickingupsweptprofileandt

4、heconstructionofsweptvolume；Thenitisprovedthatthismodellingmethodispracticalthroughtheexamples．Keywords：virtualsculpture；sweptvolume；generator；swepttrajectory；sweptprofile因此，为了便于设计与管理不同的雕刻刀具，就需要建立0引言雕刻刀具的通用模型。雕刻刀具的通用模型如图1所示。在虚拟雕刻过程中确定雕刻刀具所占据的几何空间对于接下来成型模型的获取至关重要。通常采用扫掠方法来解决这类问题，即首先建

5、立扫掠体模型，然后将扫掠体模型与给定的毛坯之间进行相交判断，进而进行布尔差运算，从而获得所需要的成型模型。从广义上来说，扫掠体⋯是指以任一对象为扫掠基体，沿着空间任一扫掠路径，以某种方式运动，最终所占据的几何空间总和。扫掠问题的定义虽然很简单，但是由于扫掠问题所涉及领域比较广泛，同时扫掠体数学模型的建图1雕刻刀具的通用模型立也比较复杂，因而扫掠问题是一个较为复杂的问题，为由图1可知，雕刻刀具由三条直线段s，s，s，以及同此人们对它进行了深入的研究。在多年的研究过程中，人时与和s都相切的圆弧s：，通过绕旋转轴z旋转而得们提出了多种扫掠体计算理论和方法，如雅可比降

6、秩到的旋转体。雕刻刀具的剖面可以由8个参数定义产生，法J、扫掠微分方程J、以及包络理论等。在本文中将即s．与s的延长线的交点到刀具中心旋转轴的垂直距离采用包络理论作为扫掠体求解的理论基础。d，刀具圆弧s的半径r，从圆弧s：的圆心到刀具轴心的径向距离e，从刀具顶点到圆弧s：中心沿刀具轴线方向1扫掠体模型的建立的距离厂，底部圆锥母线与刀具轴线的夹角／Tt，上部圆锥母线与刀具轴线的夹角n，雕刻刀具的刀柄长度2以及雕刻1．1扫掠基体的抽象简化刀具的轴向长度h。通过对这些参数定义不同的值就可以得到多种不同的刀具。在虚拟雕刻中，扫掠基体指的就是雕刻刀具，扫掠基体的抽象简化

7、指的就是建立雕刻刀具的通用模型。因为1．2扫掠路径的分析在雕刻加工过程中所用到的雕刻刀具种类繁多，同时由于扫掠路径是指扫掠基体在空间中的运动轨迹。扫掠模型复杂曲面的形成与雕刻刀具的轮廓有着直接的关系，作者简介：吴凡(1986一)，男，安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向是计算机辅助设计。MachineBuildingAutomation，2012，J(4)：109～110，114·109··信息技术·吴凡，等·基于机器视觉的虚拟雕刻刀具扫掠体建模研究路径一般有三种表达方式J：参数方程方式、隐式方程方‰(t)的一阶导，即为：式、曲线拟合方式。由于基于机器视觉的虚

8、拟雕刻刀具跟(t)=(t)=A(t)‘