变截面辊弯轧辊运动轨迹自动生成算法研究

论文摘要

随着柔性辊弯成型技术的应用越来越广,变截面辊弯产品的结构也越来越复杂,根据产品的三维模型准确快速的确定轧辊的运动轨迹将成为变截面辊弯工艺规划的首要环节。本文基于变截面辊弯成型的工艺特点和三维零件模型的STL文件,提出了一种轧辊运动轨迹自动生成的算法,利用MFC的单文档应用程序和OpenGL图像显示技术进行软件平台的开发,并利用所开发的软件平台对该算法进行验证。针对变截面辊弯产品的三维模型所生成的STL文件进行数据读取,利用ifstream类将读进来的法矢信息存入vector<CPoint3D> normal中,将所有面片的点去除冗余后以键值对的方式存入map<int, CPoint3D> map_points中；再利用STL文件信息分别查找每个三角面片中法矢在normal中的序号,三个点在map_points中的键；将每个三角面片中的法矢序号和三个顶点的键存入CTriangleFacet对象facet,再将facet存入vector vector_trgFacets中,以此种存储方式实现数据的结构化存储。完成数据结构化存储后,针对STL格式文设计三维模型的轮廓特征曲线的提取算法,首先提取整体轮廓线,然后在这些整体轮廓线段元中提取各条特征曲线；用提取出的各条特征曲线以其起点和终点作为该条特征曲线的标识,用户通过该标识从存储单元中选择需要提取的轮廓特征曲线；最后将提取出的组成特征曲线的各三维点转换成二维点,将这些点顺次连接即可得到所需的轧辊运动轨迹,并将转换后的二维点以DXF文件进行输出,以应用于柔性辊弯成型生产线的控制系统开发。编制验证该算法的软件平台,在MFC单文档应用程序框架中构建OpenGL环境,并用OpenGL所提供的函数完成三维模型重构及视觉显示；利用OpenGL环境显示提取出的整体轮廓线及提取出的整条特征曲线；实现用鼠标控制OpenGL三维图像的平移运动、旋转运动及放大缩小；用3D轮廓字体绘制及显示各个端点序号与用户进行交互,使得用户可通过输入端点序号值即可选择所需要的特征曲线；并将由三维特征曲线转换而来的二维成型曲线利用MFC的CDC类完成该二维成型曲线的绘制及显示。验证环节表明,针对不同结构的变截面辊弯零件的STL文件,本算法可以准确快速的提取变截面产品的成型曲线继而生成轧辊的运动轨迹,并且针对该该算法所开发的软件平台可以很好地验证本文所提出的轧辊运动轨迹自动生成算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外柔性辊弯成型技术概述
• 1.1.1 柔性辊弯成型技术
• 1.1.2 国内外研究进展
• 1.2 辊弯工艺规划
• 1.3 课题来源与研究内容
• 2 STL格式文件的数据读取、数据处理及数据存储
• 2.1 STL格式文件
• 2.1.1 STL文件的文本文件格式
• 2.1.2 STL文件的二进制文件格式
• 2.2 STL文件的数据读取及其存储
• 2.2.1 自定义CPoint3D类和CTrangleFacet类
• 2.2.2 利用ifstream类对文件进行读取
• 2.2.3 vector容器存储数据
• 2.3 STL文件的数据处理
• 2.3.1 3D点的去冗处理
• 2.3.2 map容器存储3D点
• 2.4 三角面片的结构化数据存储
• 2.4.1 存储三角面片数据
• 2.4.2 访问三角面片数据
• 2.5 本章小结
• 3 轧辊运动轨迹自动生成算法及其实现
• 3.1 整体轮廓线提取算法
• 3.1.1 自定义类CCommonLineP
• F'>3.1.2 法矢夹角阀值θ_F
• 3.1.3 整体轮廓线提取
• 3.1.4 整体轮廓线提取算法实现
• 3.2 特征曲线提取算法
• 3.2.1 拆分整体轮廓线
• 3.2.2 端点提取
• 3.2.3 包含两个端点的线段元提取
• 3.2.4 仅包含一个端点的线段元提取
• 3.2.5 其余特征曲线提取算法
• 3.2.6 特征曲线提取算法实现
• 3.3 轧辊运动轨迹生成算法
• 3.3.1 3D点转换为2D点
• 3.3.2 以DXF格式文件输出
• 3.4 本章小结
• 4 基于MFC单文档、OpenGL的数据显示和可视化
• 4.1 MFC单文档应用程序
• 4.1.1 单文档的文档/视结构
• 4.1.2 MFC单文档窗口静态分割
• 4.1.3 三个窗格间的数据关联
• 4.2 MFC单文档OpenGL框架
• 4.2.1 OpenGL概述
• 4.2.2 设备描述表DC和渲染描述表RC
• 4.2.3 MFC单文档OpenGL环境的构建
• 4.3 3D视图的平移、旋转和缩放
• 4.3.1 建立视场
• 4.3.2 平移变换
• 4.3.3 旋转变换
• 4.3.4 缩放变换
• 4.4 3D轮廓字体的显示
• 4.4.1 创建轮廓字体
• 4.4.2 绘制轮廓字体
• 4.4.3 改变字体大小
• 4.5 本章小结
• 5 验证轧辊运动轨迹自动生成算法
• 5.1 上窗口文本显示
• 5.1.1 读取文件
• 5.1.2 3D点键值文本显示
• 5.1.3 三角面片数据文本显示
• 5.1.4 各条特征曲线文本显示
• 5.2 左下窗口3D视觉显示
• 5.2.1 3D模型重构
• 5.2.2 整体轮廓线显示
• 5.2.3 特征曲线显示
• 5.3 右下窗口2D点显示
• 5.4 针对不同零件的算法验证
• 5.5 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 申请学位期间发表的学术论文及专利
• 致谢