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三维打印中的高速高精的前瞻插补算法成果获得Computer Aided Design 录用
2014年05月14日 科学研究 暂无评论 ⁄ 被围观 1,204 views+

参数曲线插补不仅在传统数控加工中使用广泛,在三维打印中也有较高的加工效率以及精度控制需求,包括诸如生物组织等由曲线曲面构成的三维实体的打印都是由参数曲线的插补完成加工。参数曲线的插补一般由两个步骤逐步实现:粗插补和精插补。其中粗插补是在上位机中实现,主要完成加工代码的解释以及从加工精度和动力学特性的角度来完成进给速度的规划;而精插补是在下位控制器中完成动力学参数的进一步细分和驱动器指令的发送。这两个步骤对曲线曲面加工的最终精度都会产生较大的影响。现在的大部分研究主要集中在粗插补过程中进给速度的优化,而忽略了精插补中控制指令的准确发送。同时,在粗插补过程中需要一个快速有效的前瞻算法确定进给速度曲线,因此对于前瞻算法的优化一直都是该领域研究的热点。

浙江大学三维打印课题组的博士生金育安,根据实验室前期对传统数控系统研究的基础上,提出并实现了一种基于改进精插补的参数曲线插补算法,该算法充分发挥了精插补过程中硬件运算实时性与快速性的优势,对粗插补得到的进给速度曲线进一步细分的结果进行加工误差和动力学特性分析,使精插补过程中加工误差最小化,并且使进给速度曲线更加平滑。同时,在粗插补过程中采用了一种新型的前瞻算法,该前瞻算法具有实时性好、鲁棒性高的特点,其主要特征是在插补过程中根据当前的进给速度确定前瞻路径长度,在搜索到危险区域之后通过反算确定减速点的位置。该算法可以提高参数曲线插补的插补精度和加工过程的平稳性。

该成果已被计算机辅助设计与制造领域顶级期刊Computer Aided Design 录用(CAD杂志的每篇论文通常需要通过四名审稿专家的2到3轮的审稿,以发表难度大而著称)。该研究同时得到了自然科学基金创新研究群体(no. 51221004)、国家自然科学基金(no. 51375440)和浙江省自然科学基金(no. LY12E05018)的支持。

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(a) 参数曲线插补流程图 (b)加工流程示意图

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(c)前瞻算法示意图

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(d)实验结果图