数控加工过程在线检测系统软件设计

论文摘要

数控技术在当今制造业中起着举足轻重的作用。CAD/CAM技术的结合大大促进了其发展与应用。为了提高数控系统的加工柔性,加工效率,加工精度,本文以开放式数控系统作为基础,以CAD/CAM技术作为技术路线,综合非接触式检测技术和接触式检测技术,利用六自由度机械臂模拟数控机床,设计出适用于数控加工装备的在线检测系统,并着力开发其配套软件,实现其关键功能的应用。本文首先综述技术背景并由此衬托出设计的目的。在强化对基础技术和基本概念的基础上,对在线检测系统结构进行了研究。综合基础技术信息完成对整体系统的原理设计,实现任务规划以及实验仿真平台的搭建。检测系统软件的开发中,采用面向对象的设计思想,利用UML(Unified ModelingLanguage)建模语言,对软件的架构和软件关键模块进行建模设计,并完成实现。利用MFC(Microsoft Foundation Classes)开发平台和OpenGL语言工具实现了所设计的软件的下述功能:多种CAD文件数据的读取、非接触式扫描数据的处理、三维物体的真实感表达、三维物体的交互式操作、机械臂驱动检测动作等。最后,利用搭建的实验平台和构建的检测软件,分别采用非接触式检测手段与接触式检测手段对标准块进行检测,得出误差数据,分析系统精度,并对影响精度的关键因素进行了讨论。本文完成的内容为后续工作提供了完整的体系架构和实验环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数控加工过程在线检测系统概述
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.2.1 制造技术的发展现状与PC数控技术
• 1.2.2 检测技术的发展与现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 数控加工过程在线检测系统设计
• 2.1 数控加工过程在线检测系统设计基础
• 2.1.1 开放式数控系统
• 2.1.2 CAD-CAM技术
• 2.1.3 接触式在线检测系统
• 2.1.4 非接触式检测技术
• 2.2 数控加工过程在线检测系统设计原理与任务规划
• 2.2.1 数控加工过程在线检测系统设计原理
• 2.2.2 理论技术研究任务规划
• 2.2.3 软件工程技术研究任务规划
• 2.3 数控加工过程在线检测系统实验平台搭建
• 2.3.1 数控加工过程在线检测系统实验平台设计
• 2.3.2 在线检测系统非接触式测头
• 2.3.3 在线检测系统接触式测头
• 2.3.4 在线检测系统执行机构
• 2.4 本章小结
• 第3章 在线检测软件开发环境与数学基础
• 3.1 软件开发平台与工具
• 3.1.1 MFC开发平台
• 3.1.2 OpenGL语言概述
• 3.2 计算机图形学基础
• 3.2.1 几何变换
• 3.2.2 三维视图
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于UML的在线检测软件架构开发
• 4.1 UML与统一开发过程
• 4.1.1 UML概述
• 4.1.2 统一开发过程（RUP）
• 4.1.3 建模工具——Rational Rose
• 4.2 几何内核设计
• 4.2.1 几何对象类的设计
• 4.2.2 串行化实现文档存取功能
• 4.2.3 纯虚类实现几何对象的管理
• 4.3 三维显示模块设计
• 4.3.1 封装OpenGL的C++类设计
• 4.3.2 照相机类CCamera的设计
• 4.3.3 图形绘制类CGLDraw的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 在线检测软件框架功能的实现
• 5.1 CAD格式文件的读取
• 5.1.1 DXF文件的读取方法与算法实现
• 5.1.2 STL文件的读取方法
• 5.2 三维物体建模与真实感表达
• 5.2.1 OpenGL中光照与材质
• 5.2.2 OpenGL中的纹理映射
• 5.2.3 OMP60型测头的三维建模
• 5.3 三维物体空间任意轴旋转
• 5.3.1 空间任意轴旋转的数学原理
• 5.3.2 OpenGL中三维物体旋转的实现
• 5.4 OpenGL空间中的选点方法
• 5.4.1 OpenGL中的选择模式
• 5.4.2 高效率选点——RIP方法
• 5.4.3 软件中STL文件以及点云文件的选点效果
• 5.5 大规模点云数据简化
• 5.5.1 点云数据简化原理
• 5.5.2 点云数据简化步骤
• 5.5.3 点云数据简化算法仿真
• 5.6 六自由度机器人的检测运动控制
• 5.7 本章小结
• 第6章 实验结果与分析
• 6.1 软件实现效果
• 6.2 检测数据及分析
• 6.2.1 非接触式检测及其结果分析
• 6.2.2 接触式检测及其结果分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历