字体雕刻CAD/CAM技术研究
摘要
雕刻CAD/CAM系统是机械CAD/CAM系统中一个重要组成部分。它具有其自身的特点及其复杂性,是一个面向专业化的CAD/CAM系统。一般包括基本的图像处理、图形输入、二维轮廓加工刀具路径生成、三维加工刀具路径生成等模块。本文根据企业需求,对字体雕刻CAD/CAM相关技术进行了研究。具体内容概括如下:
1、研究了TrueType字体的提取及处理。读取字体文件中的外轮廓信息,并对字体轮廓环中的交叉环进行求并处理,并实现对TrueType字体的变形处理。
2、研究了加工区域的自动识别算法。将字体识别为包含大量小圆弧和微直线段的轮廓环,构造生成轮廓环树状拓扑结构,通过遍历轮廓环关系树识别加工区域。
3、研究了刀具轨迹自动生成技术。生成加工区域的等距环(内环外等距,外环内等距),建立等距环的树状拓扑结构,通过遍历环关系树,生成刀具轨迹,并研究了不同截面函数对加工截面形状的影响。
4、实现了雕刻加工的仿真显示。以OpenGL图形标准作为开发平台,充分利用OpenGL的双缓存技术提供的先进动画技术,通过建立三角面片离散的毛坯,实现了加工过程的仿真,并且实现了在加工仿真过程中随时的放大、缩小、旋转、平移工件;研究了NC代码的翻译及读取,通过文件映射技术,大大提高了读取NC文件的速度。
The Engraving CAD/CAM system is one of the most important parts of the mechaninal CAD/CAM system. It is a specialized system.It has its own features and complexities. It contains many modules, such as the basic image processing, the graphical input, the two-dimension tool path generation, the three-dimension tool path generation, and so on. Accrding to the demands of the company, this text has a research on the CAD/CAM Technology of Font Engraving. The specific contents are as follows:
1、Studied the picking-up and disposal of TrueType Fonts. Picking-up outline informations of TrueType Fonts. The hidden processing is carried on to the crossed loop in the TrueType Fonts. Also, the text realized the deformation of TrueType Fonts.
2、Studied the automated recognition algorithm of the processing areas. Distinguished TrueType Fonts as the outline loop which contains arc and straight segments. According to the geometry of the outline loop, the tree-topology structure of outline loop is built. Then apply the algorithm of traversal the tree-topology structure to recognize the processing areas.
3、Studied the automatic generation technology of cutting path. Generate the equid-loop in the processing areas. Generate the tree-topology structure of the equid-loop. Then traversal the tree-topology structure of the equid-loop, generate the cutting path. This text studied the influence of the different section function to the cutting section.
4、Realized the emulation display of engraving. Through the method of apply the double buffer technology which is supplied by the OpenGL, generate the workpiece, this text realizes a real-time simulation and a real-time motion controlling in the process of simulation, also, it is possible to resize, rotate and move the workpiece in the process of emulation. In order to increase the rate to read NC code, this text uses the file mapping technology to translate the NC code.
1、研究了TrueType字体的提取及处理。读取字体文件中的外轮廓信息,并对字体轮廓环中的交叉环进行求并处理,并实现对TrueType字体的变形处理。
2、研究了加工区域的自动识别算法。将字体识别为包含大量小圆弧和微直线段的轮廓环,构造生成轮廓环树状拓扑结构,通过遍历轮廓环关系树识别加工区域。
3、研究了刀具轨迹自动生成技术。生成加工区域的等距环(内环外等距,外环内等距),建立等距环的树状拓扑结构,通过遍历环关系树,生成刀具轨迹,并研究了不同截面函数对加工截面形状的影响。
4、实现了雕刻加工的仿真显示。以OpenGL图形标准作为开发平台,充分利用OpenGL的双缓存技术提供的先进动画技术,通过建立三角面片离散的毛坯,实现了加工过程的仿真,并且实现了在加工仿真过程中随时的放大、缩小、旋转、平移工件;研究了NC代码的翻译及读取,通过文件映射技术,大大提高了读取NC文件的速度。
The Engraving CAD/CAM system is one of the most important parts of the mechaninal CAD/CAM system. It is a specialized system.It has its own features and complexities. It contains many modules, such as the basic image processing, the graphical input, the two-dimension tool path generation, the three-dimension tool path generation, and so on. Accrding to the demands of the company, this text has a research on the CAD/CAM Technology of Font Engraving. The specific contents are as follows:
1、Studied the picking-up and disposal of TrueType Fonts. Picking-up outline informations of TrueType Fonts. The hidden processing is carried on to the crossed loop in the TrueType Fonts. Also, the text realized the deformation of TrueType Fonts.
2、Studied the automated recognition algorithm of the processing areas. Distinguished TrueType Fonts as the outline loop which contains arc and straight segments. According to the geometry of the outline loop, the tree-topology structure of outline loop is built. Then apply the algorithm of traversal the tree-topology structure to recognize the processing areas.
3、Studied the automatic generation technology of cutting path. Generate the equid-loop in the processing areas. Generate the tree-topology structure of the equid-loop. Then traversal the tree-topology structure of the equid-loop, generate the cutting path. This text studied the influence of the different section function to the cutting section.
4、Realized the emulation display of engraving. Through the method of apply the double buffer technology which is supplied by the OpenGL, generate the workpiece, this text realizes a real-time simulation and a real-time motion controlling in the process of simulation, also, it is possible to resize, rotate and move the workpiece in the process of emulation. In order to increase the rate to read NC code, this text uses the file mapping technology to translate the NC code.
引文
[1]马毅.三维浮雕CAD/CAM软件系统开发研究,[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2003.
[2]王忠平.基于DSP的数控雕刻系统研究及其仿真实现,[硕士学位论文].上海:上海交通大学,2007.
[3]钱绍祥.基于ARM的三维雕刻机控制系统设计,[硕士学位论文].镇江:江苏大学,2007.
[4]刘蓉,刘明.激光打标中TrueType字体的轮廓提取与打标实现.计算机应用与软件,2005,22(7):72～76.
[5]王玉国.数控雕刻加工关键技术研究,[博士学位论文].南京:南京航空航天大学,2007.
[6]林金明.雕刻CAD/CAM的技术研究及实现,[硕士学位论文].福建:华侨大学,2002.
[7]李建华.计算机高速数控雕铣系统研究,[硕士学位论文].浙江:浙江大学,2002.
[8]马宁.基于图像的数控雕刻系统研究,[硕士学位论文].西安:西安理工大学,2007.
[9]李喆.三轴数控铣床开放式控制系统的开发研究,[硕士学位论文].沈阳:沈阳工业大学,2004.
[10]张昱.三维机械雕刻机的研制,[硕士学位论文].合肥:合肥工业大学大学,2002.
[11]施炜.CAD/CAM中复杂轮廓环等距干涉处理算法的研究与实现, [硕士学位论文].苏州:苏州大学,2005.
[12]朱敏伟.等离子切割CAD/CNC一体化系统研究与开发,[硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2008.
[13]安鲁陵,徐啸峰,周来水,等.一种环的集合运算算法及实现.计算机辅助工程,1999,4(12):18～22.
[14]李春雷,刘洲峰,许向勇.一种含有圆弧的曲线快速求交方法.中国航天科工集团二院207所目标与环境电磁散射辐射国防科技重点实验室,2006,14:69～71.
[15] K.T.Lim , H.El-Mounayri.CAD/CAM-based geometric modeling simulation for virtual manufacturing.Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing&Coil Winding Conference,1999,547～551.
[16] Kwan S.Kwok,Cliff S.Loucks, Brian J.Driessen.Automatic tool path generation for finish machining. 1997,2:1229～1234.
[17]董明晓,郑康平.一种快速求取空间任意两条曲线交点的算法.机械设计与制造,2004.10,5:55～56.
[18]和平鸽工作室.OpenGL高级编程与可视化系统开发.北京:中国水利水电出版社,2003:318～330.
[19]施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条.北京:高等教育出版社,2001.
[20]朱心雄.自由曲线曲面造型技术.北京:科学出版社.
[21] W.Ma,J.-P. Kruth.NURBS Curve and Surface Fitting for Reverse Engineering.Int J Adv Manufacture Technol,1998,14:918～927.
[22] HONG-TZONG YAU,MING-JEN KUO.NURBS machining and feed rate adjustment for high-speed cutting of complex sculptured surfaces.INT.J.PROD.RES, 2001,39(1):21～41.
[23]程晨.双圆弧逼近平面参数曲线的研究.现代机械,2004,5:28～30.
[24] Piegl L,Tiller W.The NURBS book.Berlin Heidelbert:Spring-Verlag,1997.
[25]张得礼.基于DSP和PC的数控系统关键技术研究与开发,[博士学位论文].南京:南京航空航天大学,2006.
[26]罗堏.三角片离散法实现数控铣床加工仿真.计算机辅助设计与图形学学报,2001.11,13(11):1024～1028.
[27] Zhang Deli,Zhou Laishui,The Predictive Control of Cutting Force in Three-axis Milling.Joural of Harbin Institute of the Technology,2005,12(SUP).
[28]牛锡振,王太勇,张泉.数控加工仿真中的优化离散矢量模型.工程图学学报,2002,1:15～19.
[29] M.Salman.A.Mansor,S.Hinduja,O.O.Owodunni. Voronoi diagram-based tool path compensations for removing uncut material in 2.5D pocket machining.Computer Aided Design, 2006,38(2): 194～209.
[30]邓彬伟,黄志红,张和平.对文字进行矢量化的一种算法研究.计算机应用研究,2005, 22(7):172～173.
[31]朱敏伟,周来水.数控切割软件中TrueType字体的提取与处理.机械工程与自动化,2008.10,5:47～48.
[32]刘金义,刘爽.Voronoi图应用综述.工程图学学报,2004,2:125～130.
[33]杜永强,李清玲.多连通域Voronoi图的算法及数据存储.计算机工程与设计,2006,27(8):1468～1471.
[34]付庄,王树国,王剑英.多连通域Voronoi图生成算法的研究.系统工程与电子技术,2000, 229(11):88～90.
[35]闫兵,刘碧波,邓志云,等.基于Voronoi图理论的自由边界型腔加工路径规划.计算机辅助设计与图形学学报,1999,11(1):66～69.
[36]付庄,王树国,王剑英,等.基于Voronoi图理论的最优刀具轨迹规划算法的研究.高技术通讯,2000:57～59.
[37]杨建红,刘蓉,余泽太.TrueType字体在图形图像处理软件中的应用.武汉大学学报,2004,37(6):110～112.
[38]姚辉学,付永忠,殷苏民.TrueType字体数控雕刻.工程图学学报,2007,5:148～152.
[39]聂建成.Vornooi图方法在三维汉字构建中的应用研究,[硕士学位论文].湖南:湖南师范大学,2006.
[40]肖明,胡金柱,赵慧.字形技术及OpenType字体文件格式研究.中文信息学报,2000,13(6):53～59.
[41]钱晓峰,安鲁陵,陈辰.二维图形的集合运算算法研究.南京航空航天大学学报,2001, 33(1):37～39.
[42]李晋芳,施法中.一种实用的B样条曲线求交算法.机械设计,2003,20(11):49～51.
[43]李峰,吴涛,杨代华,等.用VC实现数控雕刻机加工过程仿真.机床与液压,2003,5:130～131.
[44]张莉彦,邱辉,陈虎,等.平面曲线的双圆弧最佳逼近.北京化工大学学报,2002,12:32～34.
[45]徐岩.二维数控加工自动编程研究,[硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2001.
[46]徐岩,陈文亮,王奇峰.数控加工自动编程中环方向的判断算法.机电工程,2000,17(5):20～22.
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[49] KWANGSOO KIM,JAEHUN JEONG.Tool Path Generation for Machining Free-Form Pockets with Islands.Computers ind. Engng,1995,28(2):399～407.
[50]谢叻,周来水,周儒荣.多型腔零件加工区域的自动识别和刀轨生成.南京航空航天大学学报,1998,130(4):419～424.
[51]张建勋,何玉林.零件二维视图信息和封闭图形信息的自动提取.计算机工程与应用, 2000,10:38～40.
[52]姜晓峰,周来水,周儒荣.数控加工中复杂轮廓环的等距干涉处理.南京航空航天大学学报,1998,30(6):629～632.
[53] Microsoft Corp.TrueType Font Files.Microsoft Corporation Press,1993.
[54] Martin.Held.On the computational geometry of pocket machining.Lecture Notes in ComputerScience,Berlin:Springer,1991.
[55]张得礼,周来水.三轴数控铣床系统图形的实时显示.计算机辅助设计与图形学学报,2005,17(9):2100～2105.
[56]牛文博,刘进,朱松.一种数控铣床的仿真算法.计算机辅助设计与图形学学报,2002,14(5):464～466.
[57]龚光军.图形生成与变换算法的可视化原理与方法研究,[硕士学位论文].合肥:合肥工业大学,2006.
[58]李斌.基于构架/构件复用的开放式数控系统研究,[博士学位论文].武汉:华中科技大学,2004.
[59]孟健.数控系统中译码模块的研究,[硕士学位论文].辽宁:辽宁工程技术大学,2006.
[60]张得礼,周来水.数控加工运动的平滑处理.航空学报,2006.1,27(1):125～130.
[61]黄荣肃,赵正媛,陈坤环,等.曲线汉字的字形变化技术.中央民族大学学报,1997,6(1):34～38.
[62] M de Berg,M van Kreveld,M Overmars,etal.计算几何——算法与应用,北京:国防工业出版社,2005.
[63]李靖谊,陈炳发.交互式计算机图形学.北京:航空工业出版社,2000.
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[2]王忠平.基于DSP的数控雕刻系统研究及其仿真实现,[硕士学位论文].上海:上海交通大学,2007.
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[4]刘蓉,刘明.激光打标中TrueType字体的轮廓提取与打标实现.计算机应用与软件,2005,22(7):72～76.
[5]王玉国.数控雕刻加工关键技术研究,[博士学位论文].南京:南京航空航天大学,2007.
[6]林金明.雕刻CAD/CAM的技术研究及实现,[硕士学位论文].福建:华侨大学,2002.
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