BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP PHẢN CHUYỂN TỪ CÁC HÌNH CHIẾU CƠ BẢN THÀNH MÔ HÌNH 3D ỨNG DỤNG CHO CÁC HỆ CAD/CAM CƠ KHÍ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 62520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2016 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH Bành Tiến Long Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bản vẽ kỹ thuật sử dụng ngôn ngữ chuẩn để mô tả trình thiết kế chế tạo khí kể từ kỷ 19 đóng vai trò thiết yếu thực tiễn kỹ thuật ngày Hầu hết sản phẩm biểu diễn lưu trữ vẽ kỹ thuật Nhưng ngày nay, mô hình hoá 3D tạo hệ CAD/CAM đại phổ biến khí, mô hình 3D cần thiết hàng loạt kỹ thuật phát triển với hỗ trợ máy tính, chẳng hạn phân tích phần tử hữu hạn, mô lắp ráp, động học, động lực học, gia công điều khiển số, quan sát trực quan v.v Đáng tiếc thông tin có vẽ 2D sử dụng trực tiếp hệ thống CAD 3D Ngoài thiết kế mô hình 3D cách trực tiếp gặp phải bất lợi đáng kể không dễ cho đối tượng đặc biệt kỹ sư lâu năm Do đó, việc chuyển đổi tự động vẽ kỹ thuật thành mô hình 3D quan trọng Vì vậy, nhiều công ty nước chẳng hạn Nipon Nhật tuyển dụng sử dụng kỹ sư để vẽ lại mô hình 3D từ vẽ 2D, tình hình chung giới mà Cơ khí đại gắn liền với hệ CA (Computer aided) đòi hỏi mô hình thiết kế 3D tồn nhiều thiết kế 2D cần tiếp tục sử dụng thiết kế mang tính kế thừa Tóm lại tồn mang tính khoa học, tự nhiên lịch sử hai dạng thiết kế 2D 3D đòi hỏi có cầu nối chúng Nếu chiều nối từ 3D sang 2D tương đối dễ dàng mà phần mềm CAD/CAM đạt (AutoCAD 12- 1990 thực tốt) chiều ngược lại 2D sang 3D khó khăn Nhu cầu có “chiếc cầu” hai chiều nối liền hai mô hình thiết kế đặt tự nhiên cấp thiết khoa học kỹ thuật Điều minh chứng hàng loạt công trình khoa học quốc tế suốt nửa kỷ vừa qua kết đạt hạn chế, chưa có mặt phần mềm thực tế thực chiều ngược lại Những điều phân tích lý (sau đồng ý GS hướng dẫn), để tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng phương pháp phản chuyển từ hình chiếu thành mô hình 3D ứng dụng cho hệ CAD/CAM khí” cho luận án tiến sỹ Mục đích nội dung nghiên cứu Mục đích cuối đề tài có công cụ hỗ trợ cho công tác thiết kế 3D dựa thiết kế có sẵn 2D thiết kế 3D theo phương pháp thuận tiện mềm dẻo hơn, làm chủ sở liệu hình học 3D đối tượng thiết kế để phục vụ cho ứng dụng phong phú nghành Kỹ thuật Cơ khí Nội dung nghiên cứu luận án: - Xây dựng phương pháp phản chuyển dựa mô hình B-Rep (boundary representation) từ hai hình chiếu chi tiết kỹ thuật phổ biến - Xây dựng công cụ thực nghiệm là chương trình khoảng 4500 dòng lệnh, viết ngôn ngữ Visual C++ 6.0 kết hợp với thư viện ADSRX AutoCAD R14, để phản chuyển tự động vẽ hai hình chiếu AutoCAD R14 - Thực nghiệm phản chuyển cho nhiều mẫu đa dạng để xác minh tính hiệu minh hoạ, hiệu chỉnh, hoàn thiện phương pháp đề xuất - Thực nghiệm gia công đo lường từ liệu phản chuyển 3D với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ mở hướng ứng dụng Cơ Khí Đối tƣợng, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống phản chuyển tự động từ hình chiếu thành mô hình 3D - Phạm vi nghiên cứu: Bản vẽ 2D thực tế bao gồm nhiều thành phần: Hình chiếu bản, hình cắt, mặt cắt, hình chiếu phụ, hình trích, kích thước Trong luận án, tác giả tập trung nghiên cứu chi tiết trình phản chuyển từ vẽ chi tiết máy biểu diễn xác hai hình chiếu đứng (có đủ nét khuất) chi tiết kỹ thuật phổ biến bao bọc mặt phẳng , mặt trụ vuông góc với mặt phẳng hình chiếu, mặt nón tròn xoay, mặt xuyến có trục vuông góc với mặt phẳng hình chiếu mặt cầu Các vẽ tạo hệ CAD theo chuẩn DXF (Drawing Exchange Format) bao gồm phân đoạn thẳng tròn Phạm vi nghiên cứu không làm tính tổng quát độ mở hệ thống để tiếp tục phát triển sau - Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết (là phương pháp phản chuyển dựa mô hình biểu diễn biên) với thực nghiệm để kiểm chứng hiệu chỉnh phương pháp Ý nghĩa - đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học: Phương pháp đề xuất số phương pháp phản chuyển giới dựa biểu diễn B-Rep từ hai hình chiếu mà thành công cho hàng loạt mẫu đối tượng phức tạp loại mặt (bao gồm mặt tròn xoay nón, cầu, xuyến), giao tuyến cấu trúc hình học vật thể (các khối xuyên tạo nên cấu trúc tô-pô đặc biệt), chứa đựng giải pháp loại bỏ đối tượng sai có sử dụng thông tin thấy khuất hình chiếu, kiểm tra điều kiện tô-pô theo vùng, dùng mặt phẳng cạnh để chia cắt hình chiếu nhằm tăng tốc độ phản chuyển… Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng thành công công cụ thực nghiệm phản chuyển chương trình viết ngôn ngữ Visual C 6.0 4500 dòng lệnh, chạy AutoCAD hỗ trợ cho AutoCAD phản chuyển tự động vẽ hai hình chiếu thành mô hình Solid 3D cung cấp cho ứng dụng kỹ thuật khí hệ thống CAD/CAM tiên tiến, Cơ sở liệu phản chuyển 3D nắm bắt chi tiết cấu trúc tô-pô cung cấp cho ứng dụng đặc biệt Cơ khí Cấu trúc luận án Luận văn trình bày 146 trang bao gồm: Mở đầu (3 trang); Chương (18 trang) - Tổng quan tình trạng nghiên cứu phản chuyển ; Chương (20 trang) - Cơ sở lý thuyết phương pháp phản chuyển; Chương (23 trang) - Nghiên cứu đề xuất phương pháp phản chuyển; Chương (56 trang) - Kết thực nghiệm thảo luận; Kết luận kiến nghị (3 trang); Tài liệu tham khảo (5 trang); Danh mục công trình công bố luận án (1 trang); phụ lục (20 trang) CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG NGHIÊN CỨU PHẢN CHUYỂN 1.1 Diễn tả - Biểu diễn (representation) máy tính vật thể 1.1.1 Biểu diễn biên 1.1.2 Biểu diễn CSG 1.1.3 Biểu diễn khuôn 1.2 Các phƣơng pháp phản chuyển 1.2.1 Phƣơng pháp phản chuyển từ hình chiếu 1.2.2 Phƣơng pháp nhiều hình chiếu - Các phương pháp phản chuyển dựa B-Rep - Các phương pháp phản chuyển dựa CSG - Các phương pháp phân tích khác - Bằng sáng chế 1.3 Tóm tắt đánh giá công trình nghiên cứu phản chuyển, kết luận chƣơng Việc khảo sát đánh giá tình hình nghiên cứu nước (xem tóm tắt đánh giá bảng 1.1) nhằm định hướng cho nghiên cứu luận án dẫn đến kết luận sau: Gần đây, phương pháp phản chuyển dựa mô hình B-Rep đánh giá cao phương pháp dựa mô hình CGS Điều chủ yếu phương pháp dựa mô hình CSG thích hợp với vật thể có hình dạng, cấu trúc phức tạp thường yêu cầu tương tác với người dùng nhiều so với phương pháp dựa mô hình B-Rep Tuy nhiên, cách tiếp cận dựa mô hình Brep số vấn đề lại sau: Hầu hết phương pháp đòi hỏi đầu vào ba hình chiếu vẽ kỹ thuật thường sử dụng hai hình chiếu để mô tả chi tiết máy thông dụng Thời gian xử lý loại bỏ tất yếu tố sai mô hình giả định dài Phạm vi loại đối tượng hạn chế, nhiều phương pháp thích hợp đề xuất cho đối tượng đa diện, số khác mở rộng phương pháp dành cho đa diện vào mô hình vật thể chứa mặt bậc hai khó để loại bỏ bề mặt giả định tạo mô hình Solid từ mô hình khung dây giả định Các công trình trình bày thiên khái niệm, nặng lý thuyết phương pháp trường hợp riêng, khó triển khai cài đặt ứng dụng cụ thể Những kết luận sở hữu ích khách quan cho định hướng nghiên cứu trình bày phần mở đầu Bảng 1.1 Tóm tắt đánh giá tình hình nghiên cứu phản chuyển CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP PHẢN CHUYỂN Chương trình bày sở lý luận phương pháp phản chuyển dựa B-Rep, nội dung chương dựa công trình [30] tổng hợp phát triển phương pháp phản chuyển Idesawa [18], Wesley Markowsky [38], Sakurai Gossard [29], phương pháp phản chuyển quốc tế điển hình dựa BRep trích dẫn nhiều Cơ sở lý luận móng cho phương pháp NCS đề xuất chương 2.1 Các định nghĩa 2.2 Phƣơng pháp phản chuyển dựa mô hình B-Rep điển hình Hình 2.1 Các bước phương pháp phản chuyển mô hình 3D dựa Brep điển hình [30] 2.2.1 Kiểm tra liệu đầu vào 2.2.2 Tạo đỉnh giả định 2.2.3 Tạo cạnh giả định 2.2.4 Tạo mặt giả định 2.2.5 Tạo khối giả định 2.2.6 Ra định Kết luận chƣơng Các định nghĩa, tính chất có chứng minh chương sở thuyết vững cho phương pháp phản chuyển đề xuất chương 3, vấn đề khác tạo đỉnh, cạnh, khối giả định định sử dụng mức độ ý tưởng để so sánh đối chiếu phương phương pháp phản chuyển đề xuất chương sau với phương pháp phản chuyển tổng hợp điển hình công nhận trích dẫn nhiều công trình khoa học quốc tế phản chuyển CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP PHẢN CHUYỂN 3.1 Định nghĩa số đối tƣợng (xem hình 3.1) Hình 3.1 Minh hoạ định nghĩa 3.2 Mô hình hoá vấn đề phản chuyển dựa B-Rep Từ hai hình chiếu view1 view2 cho, tìm solid xem tập {{V}; {E}; {F}} thoả mãn hai nhóm điều kiện Điều kiện chiếu SL1  view1 SL2  view2 Điều kiện Tô-pô (topology) solid: Một cạnh phải thuộc xác hai mặt, đỉnh phải giao tối thiểu ba mặt, vùng hình chiếu phải thuộc hình chiếu chẵn mặt Trong đó: {V } tập hợp đỉnh (Vertex), {E } tập hợp cạnh (Edge), {F } tập hợp mặt (Face), SL: solid, SL1 hình chiếu solid lên mặt phẳng hình chiếu 1, SL2 hình chiếu solid lên mặt phẳng hình chiếu 2, view1 view2: hai hình chiếu cho Một cách khái quát, vấn đề cần giải dựa phương pháp B-Reb bao gồm công đoạn sau:  Từ hình chiếu cho, tìm mô hình khung dây giả định bao gồm tập đỉnh {Vgđ}, cạnh {Egđ} giả định, đối tượng thoả mãn điều kiện chiếu sai Trong báo khoa học quốc tế đối tượng sai mô hình giả định gọi đối tượng “ma” (ghost), đặc biệt đầu vào trình phản chuyển hai hình chiếu số lượng đối tượng “ma” nhiều  Từ mô hình khung dây giả định, xác định tập mặt giả định {Fgđ}  Tìm tập gỉa định{{Vgđ},{Egđ},{Fgđ}} (hoặc nhiều) tập {{V},{E},{F}} thoả mãn hai nhóm điều kiện nêu trên, tức phải loại bỏ đối tượng giả định sai Các tập kết phản chuyển theo mô hình B-rep Với hệ thống phản chuyển hoàn hảo, cần có thêm bước sau:  Tạo mô hình Solid từ tập {{V},{E},{F}} nói 11 đứng range1[k][0] chứa số phân đoạn vùng k, range1[k][i] xác định phân đoạn thứ i vùng k - Tương tự mảng range2[50][30] xác định vùng hình chiếu 3.4 Tạo mô hình khung dây giả định 3.4.1 Xác định đỉnh giả định Nguyên lý: Nếu tồn hai giao điểm hai hình chiếu đứng nằm đường dóng thẳng đứng (có toạ độ X) có khả chúng hai hình chiếu đỉnh Do đó, từ sở liệu mảng node1 node2 trên, tìm cặp i, j thỏa mãn điều kiện đây: | Node1[i][X] - Node2[j][X] | < ‫ﻉ‬ (3.1) ‫ ﻉ‬là giá trị nhỏ tùy thuộc vào độ xác vẽ kích thước vẽ Các cặp i, j nói xác định đỉnh giả định k Các đỉnh tìm thấy lưu trữ vào mảng Ver[100][2] (100 kích thước mảng): Ver[k][1] = i để xác định hình chiếu đứng đỉnh k Ver[k][2] = j để xác định hình chiếu đỉnh k Xác định tọa độ X, Y, Z đỉnh k nói từ hai hình chiếu sau: - Tìm Yo = min{Node1[50][Y]}, nghĩa chọn điểm thấp hình chiếu đứng tương ứng với Z = 0, nói cách khác chọn trục x hình chiếu đứng qua điểm thấp hình chiếu đứng, sau tạo sở liệu đỉnh không gian ba chiều Ver3D mảng loại ADS_3DPOINT (một cấu trúc liệu lập trình ADSRX): -ver3D[k][Z]=Node1[i][Y]–Yo, (3.2) - ver3D[k][X]=Node2[j][X], (3.3) -ver3D[k][Y]=Node2[j][Y] (3.4) 3.4.2 Xác định cạnh giả định Nguyên lý: Nếu tồn hai đỉnh giả định 3D mà hình chiếu đứng chúng nối đường (hoặc trùng nhau) hình chiếu nối đường (hoặc trùng nhau) khả có 12 cạnh qua chúng Do đó, tìm cặp đỉnh k, m thỏa mãn điều kiện sau: - Có thành viên line1 chứa Ver[k][1] Ver[m][1] (3.5) - Có thành viên line2 chứa Ver[k][2] Ver[m][2] (3.6) Các cặp k, m xác định hai điểm cuối cạnh giả định Các cạnh tìm thấy lưu trữ vào mảng Ed[100][4]: (100 kích thước mảng) đó: - Ed[t][1] = k Ed[t][2] = m xác định hai đỉnh cạnh t - Ed[t][3] Ed[t][4] xác định thành viên line1 (gọi front) line2 (gọi top) thoả mãn điều kiện 3.5 3.6 (nghĩa Ed[t][3] Ed[t][4] cho biết hình chiếu đứng hình chiếu cạnh t) 3.5 Xác định mặt giả định Dựa sở liệu khung dây giả định (bao gồm Ver[] Ed[][]) liệu hình chiếu ( bao gồm Node[], Line[][], range[][]) tạo trên, mặt thông dụng kỹ thuật mô hình giả định xác định 3.5.1 Xác định mặt chiếu giả định Xác định mặt chiếu đứng Mặt chiếu đứng mặt có hình chiếu đứng suy biến thành đường, bao gồm mặt phẳng chiếu đứng mặt trụ chiếu đứng Mỗi mặt có hình chiếu đứng suy biến thành đường lưu trữ hàng i mảng Line1[100][20] Nguyên lý Tìm tập hợp cạnh giả định mà có hình chiếu đứng nằm đường liên tục, chúng thuộc bề mặt vuông góc với mặt phẳng hình chiếu đứng (hình chiếu đứng bề mặt suy biến thành đường đó) Từ tập cạnh này, tìm tất vòng khép kín tối thiểu cạnh, chuỗi cạnh xác định phân mặt giả định thuộc bề mặt nói Do đó, với hàng i mảng đường Line1[50][20], tìm tất cạnh j sau: fronted = Ed[j][3]; (xác định hình chiếu đứng cạnh j) begin = Ed[j][1]; end = Ed[j][2]; (xác định hai đỉnh cạnh j) frontbegin = Ver[begin][1]; (xác định hình chiếu đứng đỉnh thứ cạnh j) 13 frontend = Ver[end] [1]; (xác định hình chiếu đứng đỉnh thứ hai cạnh j) Nếu frontbegin frontend chúng thuộc Line1[i] cạnh j cạnh chiếu đứng thuộc bề mặt i (là mặt có hình chiếu đứng tương ứng với Line1[i]) (3.7) Nếu frontbegin khác frontend fronted i cạnh j thuộc bề mặt i (3.8) Từ tập cạnh thuộc mặt j tìm trên, tìm tất vòng khép kín tối thiểu cạnh, chuỗi cạnh xác định phân mặt giả định Xác định mặt chiếu hoàn toàn tương tự xác định mặt chiếu đứng 3.5.2 Xác định mặt trụ giả định Mặt trụ đề cập trụ chiếu (các đường sinh vuông góc với mặt phảng hình chiếu) mà mặt phẳng hình chiếu vuông góc với trục trụ, hình chiếu mặt trụ tròn xoay suy biến thành vòng tròn Các vòng tròn chia thành hai cung Các trụ chia thành hai nửa trụ chiếu nên áp dụng thuật toán xác định mặt chiếu trình bày 3.5.1 3.5.3 Xác định mặt nón (tròn xoay) giả định Các trục hình nón tròn xoay đề cập vuông góc với mặt phẳng hình chiếu, mà mặt phẳng hình chiếu vuông góc với trục nón , hình chiếu mặt nón trở thành hai vòng tròn ( nón cụt), vòng tròn (nón đầy đủ), chúng chia thành bốn (hoặc hai) vòng tròn, sau nối điểm cuối cung hai đoạn thẳng có nghĩa hình nón chia làm hai nửa hình nón Xét đỉnh giả định, có cạnh thẳng không vuông góc với mặt phẳng hình chiếu cạnh khác cung song song với mặt phẳng hình chiếu tạo nửa mặt nón giả định Có thể mở rộng nguyên lý cho mặt tròn xoay khác (cầu, xuyến) 3.6 Loại bỏ đối tƣợng sai Đầu vào : Tập đối tượng giả định {{Vgđ}; {Egđ}; {Fgđ}} 14 Đầu ra: Mọi tập {{V}; {E}; {F}} tập mẹ {{Vgđ}; {Egđ}; {Fgđ}} thoả mãn điều kiện chiếu, Tôpô Sơ đồ khối thuật toán loại bỏ đối tượng sai thể hình 3.9 Hình 3.9 Sơ đồ khối thuật toán loại bỏ đối tượng sai 15 Lý giải khối chức thuật toán sau: Khởi tạo giá trị thuộc tính cho đối tượng giả định Các đối tượng giả định thiết lập thuộc tính đúng, sai, chưa xác định (có thể mã hoá tương ứng với giá trị 1, 2, 3) Thoạt tiên, đối tượng khởi tạo giá trị chưa xác định Sau sử dụng hệ thống luật khẳng định lan toả trạng thái (sẽ trình bày đây) để khẳng định thuộc tính số đối tượng sai Những đối tượng khẳng định thuộc tính không gọi đối tượng giả định chúng loại khỏi danh sách chờ duyệt trạng thái Quản lý trạng thái lập kế hoạch duyệt Mỗi đối tượng giả định ước lượng mức ưu tiên duyệt: Đỉnh: đỉnh có số đỉnh đồng tia chiếu ( nghĩa đỉnh có hình chiếu trùng nhau) mức ưu tiên cao Cạnh : cạnh có số mặt liên kết với mức ưu tiên cao Mặt: mặt có số cạnh nhiều mức ưu tiên cao, mặt thấy ưu tiên mặt khuất Khối quản lý trạng thái làm nhiệm vụ đánh giá mức ưu tiên để đưa giả định (đúng sai) cho đối tượng có mức ưu tiên cao hành Ngoài khối lưu trữ trạng thái giả định đối tượng nhằm đảm bảo không bỏ sót không duyệt thừa khả Hệ thống luật khẳng định lan toả trạng thái đối tượng giả định: Ngoài thuộc tính sai (ý nghĩa có nằm vật thể hay không) liên quan đến điều kiện Tôpô đối tượng giả định có thêm thuộc tính hiển thị hay không hiển thị (các cạnh tiếp xúc hai mặt không hiển thị, đỉnh tiếp xúc hai cạnh không hiển thị) thuộc tính liên quan đến điều kiện chiếu - Nếu node loại b1 b2 liên quan đến đỉnh đỉnh chắn hiển thị - Nếu phân đoạn hình chiếu liên quan đến cạnh cạnh chắn hiển thị 16 Nếu đỉnh khẳng định hiển thị mà thuộc ba cạnh ba cạnh khẳng định hiển thị, tồn ba mặt liên quan đến đỉnh khẳng định - Một cạnh khẳng định đỉnh khẳng định - Một cạnh khẳng định mà gắn với hai mặt hai mặt khẳng định đúng, cạnh mà hiển thị hai mặt phải cắt - Một cạnh liên quan đến n mặt mà (n-1) mặt khẳng định sai cạnh khẳng định sai - Một cạnh sai mặt gắn với sai - Một mặt cạnh cạnh thấy (là cạnh có hình chiếu thuộc đường bao quanh hình chiếu) hiển thị - Một vùng có k-1 mặt liên quan đúng, mà k chẵn mặt lại phải ( k số mặt liên quan đến vùng này) Kiểm tra mâu thuẫn Mâu thuẫn xảy khi: - Một cạch mà có lớn hai mặt gắn với có thuộc tính - Một cạnh mà có n-1 mặt gắn với sai (n số mặt gắn với cạnh đó) - Một vùng mà có m-1 mặt liên quan sai (m số mặt liên quan đến vùng đó) - Một Node loại b1 b2 mà đỉnh liên quan sai - Một mặt cao mà có nét thấy bên hình chiếu (nghĩa hình chiếu mặt cao phải vùng khép kín thấy tối thiểu) - Một mặt xa mà có nét thấy bên hình chiếu đứng ( nghĩa hình chiếu đứng mặt xa phải vùng khép kín thấy tối thiểu) Ngoài mâu thuẫn phát trình lan toả trạng thái mà giá trị thuộc tính đối tượng bị trái ngược với giá trị Như trình lan toả có kiểm tra sơ mâu thuẫn, có ngắt trình lan toả chuyển đến khối chức “quay lui” - 17 Quay lui Khối quay lui có chức khôi phục lại trạng thái đối tượng giả định trạng thái trước ( trước có giả định làm nảy sinh mâu thuẫn) sau trở “quản lý trạng thái” để duyệt phương án Điều kiện cuối: Điều kiện tô-pô thoả mãn đầy đủ trình duyệt lan toả có kiểm tra mâu thuẫn Tuy việc kiểm tra mâu thuẫn trình duyệt chưa đủ chi tiết (vì để giảm thời gian duyệt) để thoả mãn đầy đủ điều kiện chiếu thuộc tính thấy khuất hình chiếu nên cần kiểm tra điều kiện (gọi “điều kiện cuối”) Nguyên lý kiểm tra điều kiện chiếu: Với cạnh hiển thị, xác định hình chiếu phân đoạn hình chiếu, tạo ma trận “cờ” ( 1) tương ứng với phân đoạn hình chiếu Nếu phân đoạn hình chiếu có “cờ” tương ứng điều kiện chiếu thoả mãn Xác định thuộc tính thấy khuất hình chiếu: Nguyên lý: Trên hình chiếu bằng: Với vùng k hình chiếu xác định liệu rangeline2[k][], tìm mặt cao chứa (từ sở liệu Rangeface2[][]), phân đoạn rangeline2[k][j] thuộc hình chiếu cạnh thuộc mặt F có thuộc tính thấy, lại khuất Trên hình chiếu đứng: Với vùng k hình chiếu đứng xác định liệu rangeline1[k][], tìm mặt xa chứa (từ sở liệu Rangeface1[][]), phân đoạn rangeline1[k][j] thuộc hình chiếu đứng cạnh thuộc mặt có thuộc tính thấy, lại khuất Chú ý: Với vùng xác định thuộc tính thấy khuất phân đoạn trên, phân đoạn bên hình chiếu thuộc hai vùng nên cần tổng hợp thuộc tính theo nguyên tắc sau: Nếu phân đoạn có thuộc tính khuất hai vùng chứa thuộc tính khuất, khuất vùng thấy 18 vùng lại phân đoạn thấy Những phân đoạn nằm đường bao quanh hình chiếu chắn thấy, không cần xem xét 3.7 Tạo Solid Nguyên lý Xét vùng hình chiếu (hoặc đứng), có k (chẵn) mặt chứa Sắp xếp mặt theo trật tự độ cao tăng dần (hoặc giảm dần) Các khối Solid thành phần tạo khối 2,5 D (extrude) với đáy vùng xét chặn hai mặt liên tiếp trật tự xếp nói Cặp mặt 1-2; 3-4… Khoảng rỗng tồn cặp mặt 2-3, 4-5…Vật thể tạo toán tử Union tất Solid cấu thành Kết luận chƣơng Trên đây, phương pháp phản chuyển tự động từ hai hình chiếu dựa biểu diễn Brep tìm trình bày chi tiết từ định nghĩa, phương pháp tới tổ chức liệu giải thuật quan điểm thực tiễn, làm sở cho việc phát triển hệ thống thực nghiệm, tiến tới thực tế phản chuyển tự động từ hai hình chiếu đứng Một số nơi chương này, để cụ thể, hai hình chiếu đầu vào ấn định đứng bằng, điều không làm tính tổng quát phương pháp tương tự chuyển đổi sang cặp hình chiếu đứng, cạnh phát triển hệ thống phản chuyển thực tế Một số vấn đề mặt phương pháp bổ sung, làm rõ chương thực nghiệm sau CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM THẢO LUẬN Phương pháp phản chuyển đề xuất chương sử dụng để tạo lập công cụ thực nghiệm chương trình khoảng 4500 dòng lệnh viết ngôn ngữ Visual C++ 6.0 kết hợp với thư viện ADSRX (AutoCAD Develoment System Runtime eXtension) AutoCAD-R14 Sau tạo lập thành công, phần mềm hỗ trợ phản chuyển tự động chạy môi trường AutoCADR14 sử dụng để tiến hành thực nghiệm phản chuyển loạt mẫu lựa chọn khách quan đa dạng với mục đích làm sáng tỏ, kiểm chứng, hoàn thiện phương pháp đề xuất Ba mẫu đầu 19 tiên mẫu công trình nghiên cứu phản chuyển quốc tế (2011) tác giả Ý, mẫu sau đề thi, tập Vẽ kỹ thuật, số mẫu NCS tạo dựng, mẫu cuối chi tiết kỹ thuật thực tế Với mẫu phân tích thảo luận kết trung gian kết cuối trình phản chuyển 4.1 Mẫu - đa diện 4.2 Mẫu - Vật thể có chứa mặt trụ 4.3 Mẫu - Đa diện phức tạp 4.4 Mẫu - Đề thi vẽ kỹ thuật 4.5 Mẫu - Đề thi Vẽ kỹ thuật 4.6 Mẫu - Đề thi Vẽ kỹ thuật 4.7 Mẫu 7- Bài tập vẽ kỹ thuật 4.8 Mẫu - Vật thể chứa nón trụ (mở rộng cho mặt tròn xoay) 4.9 Mẫu 9- Chi tiết kỹ thuật thực tế 4.10 Ứng dụng liệu phản chuyển 3D Cơ khí Dữ liệu 3D trình phản chuyển AutoCAD sử dụng cách tương thích cho hệ CAD/CAM/CAQ khí tiên tiến CATIA, INVENTOR, Pro/ENGINEER, NX… với mục đích ứng dụng phong phú hoàn thiện thiết kế, tính toán sức bền, mô động học, động lực học, thiết kế dụng cụ cắt, gia công theo công nghệ in 3D, điều khiển rô-bốt hàn tự động, tạo chương trình gia công máy CNC, phân tích kết đo 3D… 4.10.1 Kết xuất liệu phản chuyển cho hệ CAD/CAM Cơ khí Sau phản chuyển thành công, môi trường AutoCAD, sử dụng lệnh File/export, chọn loại file ACIS(*.sat) để hầu hết phần mềm CAD/CAM khí quốc tế hiểu 20 4.10.2 Sử dụng mô hình phản chuyển công tác thiết kế hệ CAD/CAM khí kiểm định độ xác mô hình phản chuyển 3D Với chức tạo lập vẽ kỹ thuật thuận tiện Inventor (, Solidwork…), nhanh chóng tạo vẽ 2D từ mô hình phản chuyển 3D hình 4.35 So sánh với vẽ 2D đầu vào phản chuyển, với mẫu (và tương tự cho tất mẫu lại) đạt độ xác phản chuyển 100% Hình 4.35 Kiểm định độ xác mô hình phản chuyển 3D - mẫu 4.10.3 Tạo liệu cho hệ thống điều khiển in 3D từ mô hình phản chuyển 3D 4.10.4 Thực nghiệm gia công khí đo lƣờng với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D 21 Sơ đồ tổng quát trình gia công khí đo lường với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D hình 4.38 Hình 4.38 Sơ đồ ứng dụng liệu phản chuyển 3D gia công đo lường - Sử dụng phần mềm CAM PTC Creo Parametric để tạo chương trình gia công máy CNC - Máy phay CNC cao tốc HS Super MC500 - Vật liệu gia công ba chi tiết hợp kim nhôm Al 6062 - Thiết bị đo đầu quét 3D MMDx100 với cánh tay Rô-bốt MCAx20+ kết hợp với - Phần mềm CAQ Geomegic Qualify 2013 Kết gia công đo lường hình 4.54,4.57 Hình 4.54 Ảnh chụp ba chi tiết sau gia công 22 Hình 4.57 Sai lệch biên dạng thể qua màu sắc chi tiết mẫu 08b KẾT LUẬN Những kết nghiên cứu luận án bao gồm: + Nghiên cứu đề xuất chi tiết phương pháp để phản chuyển cho đối tượng kỹ thuật thông thường bao bọc mặt phẳng, mặt trụ chiếu, mặt tròn xoay (nón, cầu, xuyến) có trục vuông góc với mặt phẳng hình chiếu Những điểm phương pháp gồm có:    Kiểm tra mâu thuẫn thấy khuất hình chiếu để loại bỏ đối tượng sai nên tối thiểu hoá số hình chiếu đầu vào hệ thống phản chuyển Mở rộng phạm vi đối tượng so với phương pháp dựa B-Rep trước đó: Đã xử lý vật thể chứa mặt trụ, cạnh tiếp xúc, mặt tròn xoay với giao tuyến phức tạp điểm kỳ dị cấu trúc tô-pô Đưa đủ tất nghiệm mô hình 3D thoả mãn hai hình chiếu đầu vào 23  Sử dụng khái niệm vùng hình chiếu để tìm mặt giả định, để xây dựng Solid (tương thích nhúng hệ thống CAD/CAM tiên tiến)  Cải thiện tốt tốc độ phản chuyển với giải pháp duyệt lan toả trạng thái đối tượng giả định, chia cắt hình chiếu với đối tượng phức tạp, kiểm tra điều kiện tô-pô theo vùng + Xây dựng thành công công cụ thực nghiệm, chương trình khoảng 4500 dòng lệnh, viết ngôn ngữ Visual C++ 6.0 để phản chuyển tự động vẽ hai hình chiếu AutoCAD R14 + Thực nghiệm phản chuyển cho nhiều mẫu đa dạng xác minh tính hiệu minh hoạ, hiệu chỉnh, hoàn thiện phương pháp đề xuất rút kết luận sau:  Khi sử dụng hai hình chiếu số mặt giả định lớn số mặt thực tế nhiều (đặc biệt đối tượng có nhiều mặt phẳng cạch), thời gian phản chuyển tăng nhanh số mặt giả định lớn 50  Áp dụng kiểm tra điều kiện tô-pô theo vùng tăng tốc độ phản chuyển khoảng 65 lần  Khi không xét thông tin thấy khuất hình chiếu thường cho nhiều nghiệm Những phương pháp phản chuyển mà không sử dụng thông tin buộc phải dùng nhiều hình chiếu để loại bỏ phương án sai  Chia cắt hai hình chiếu mặt phẳng cạnh đem lại hiệu cao thời gian phản chuyển đối tượng phức tạp  Độ xác mô hình phản chuyển 3D AutoCAD kết xuất sang hệ CAD tiên tiến Inventor, SolidWork 100% + Thực nghiệm gia công đo lường từ liệu phản chuyển 3D với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ mở hướng ứng dụng Cơ Khí đề tài rút kết luận sau: 24 Mô hình phản chuyển 3D tương thích hoàn toàn khai thác sử dụng hiệu hệ CAM/CAQ để tạo chương trình gia công cho máy CNC làm chuẩn đo lường, so sánh với mô hình mây điểm từ công nghệ quét 3D với thời gian nhanh chóng đạt độ xác cao Những kết nghiên cứu luận án sử dụng để: - Giảng dạy học tập môn Vẽ kỹ thuật - Thiết kế 3D kế thừa vẽ 2D có sẵn - Thiết kế 3D với cách thức nhanh chóng, dễ dàng cho đối tượng - Gia công khí đo lường với công nghệ CA từ mô hình phản chuyển 3D - Làm sở để xây dựng phát triển hệ CAD/CAM ngày hoàn thiện Khả ứng dụng liệu phản chuyển 3D kỹ thuật khí phong phú, đặc biệt, liệu làm chủ cách chi tiết nên tạo ứng dụng đặc biệt (không dừng lại mức độ gia công đo lường với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ) Kiến nghị hƣớng nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phản chuyển cho vẽ có hình cắt, mặt cắt, kích thước, hình chiếu phụ, vẽ lắp - Nghiên cứu mở rộng đối tượng phản chuyển: có chứa mặt đặc biệt mặt thân khai, mặt xoắn vít, mặt tự - Nghiên cứu phản chuyển từ vẽ giấy, vẽ phác - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phản chuyển vào kỹ thuật thiết kế ngược, xử lý liệu quét 3D dạng mây điểm để tạo mô hình vật thể 3D, tìm tham số phương trình bề mặt - Xây dựng hệ thống tích hợp CAD/CAM “thông minh” - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ tự động dựa kỹ thuật nhận biết cấu trúc 3D với ứng dụng kỹ thuật phản chuyển - Nghiên cứu xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ cắt với ứng dụng kỹ thuật phản chuyển - DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bành Tiến Long, Hoàng Long (2013) Tự động phản chuyển từ File vẽ kỹ thuật sang cấu trúc ba chiều cho hệ CAD/CAM Proceeding of the 3rd National Conference on Mechanical Science & Technology Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, ISBN: 978604670061, tr333-338 Banh Tien Long, Hoang Long (2014) Automatic 3D model reconstruction from a multi-views engineering drawing for CAD/CAM systems Proceedings ISEPD2014, ISBN 978-89-5708236-2, pp.374-377 Hoang Long, Banh Tien Long, (2014) Automatic 3D Model Reconstruction from a Multi-Views Engineering Drawing File Containing even Curves and Hidden Lines for Cad/Cam Systems Proceedings RCMME 2014, ISBN 978-604-911-942-2, pp 20-23 Hoang Long, Banh Tien Long (2015) Automatic Creating 3D Pseudo-Wireframe from 2D Orthographic Views Tạp chí Khoa học Công nghệ ĐHBK Hà nội, số 106/2015, tr 46-49 Hoang Long, Banh Tien Long, Phan Van Hieu (2015) Conical Solid Model Reconstruction of 3D Pseudo-Wireframe Model Found from 2D Orthographic Views Tạp chí hoa học Công nghệ ĐHBK Hà nội, số 108/2015, tr 68-72 [...]... hệ thống điều khiển in 3D từ mô hình phản chuyển 3D 4.10.4 Thực nghiệm gia công cơ khí và đo lƣờng với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D 21 Sơ đồ tổng quát quá trình gia công cơ khí và đo lường với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ ứng dụng mô hình phản chuyển 3D như trên hình 4.38 Hình 4.38 Sơ đồ ứng dụng dữ liệu phản chuyển 3D trong gia công và đo lường - Sử dụng phần mềm CAM là PTC... hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài Nghiên cứu phản chuyển cho bản vẽ có hình cắt, mặt cắt, kích thước, hình chiếu phụ, bản vẽ lắp - Nghiên cứu mở rộng đối tượng phản chuyển: có chứa các mặt đặc biệt như mặt thân khai, mặt xoắn vít, mặt tự do - Nghiên cứu phản chuyển từ bản vẽ trên giấy, bản vẽ phác - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phản chuyển vào kỹ thuật thiết kế ngược, xử lý dữ liệu quét 3D dạng... kết quả đo 3D 4.10.1 Kết xuất dữ liệu phản chuyển cho các hệ CAD/CAM Cơ khí Sau khi phản chuyển thành công, trong môi trường AutoCAD, sử dụng lệnh File/export, chọn loại file là ACIS(*.sat) để hầu hết các phần mềm CAD/CAM cơ khí quốc tế đều hiểu được 20 4.10.2 Sử dụng mô hình phản chuyển trong công tác thiết kế trên các hệ CAD/CAM cơ khí và kiểm định độ chính xác của mô hình phản chuyển 3D Với chức... quét 3D dạng mây điểm để tạo ra mô hình vật thể 3D, tìm ra các tham số của phương trình các bề mặt - Xây dựng hệ thống tích hợp CAD/CAM “thông minh” - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ tự động dựa trên kỹ thuật nhận biết cấu trúc 3D với ứng dụng kỹ thuật phản chuyển - Nghiên cứu xác định mặt khởi thuỷ của dụng cụ cắt với ứng dụng kỹ thuật phản chuyển - DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN... năng tạo lập bản vẽ kỹ thuật rất thuận tiện của Inventor (, Solidwork…), có thể nhanh chóng tạo ra các bản vẽ 2D từ các mô hình phản chuyển 3D như trên hình 4.35 So sánh với bản vẽ 2D đầu vào khi phản chuyển, với mẫu 4 (và tương tự cho tất cả các mẫu còn lại) đều đạt độ chính xác phản chuyển là 100% Hình 4.35 Kiểm định độ chính xác của mô hình phản chuyển 3D - mẫu 4 4.10.3 Tạo dữ liệu cho hệ thống điều... công cơ khí và đo lường với công nghệ CA từ mô hình phản chuyển 3D - Làm cơ sở để xây dựng mới cũng như phát triển các hệ CAD/CAM ngày càng hoàn thiện hơn Khả năng ứng dụng của dữ liệu phản chuyển 3D trong kỹ thuật cơ khí là rất phong phú, và đặc biệt, dữ liệu này được làm chủ một cách chi tiết nên có thể tạo ra những ứng dụng đặc biệt (không chỉ dừng lại ở mức độ gia công và đo lường với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ)... quả cao về thời gian phản chuyển của những đối tượng phức tạp  Độ chính xác của mô hình phản chuyển 3D trong AutoCAD cũng như khi được kết xuất sang các hệ CAD tiên tiến như Inventor, SolidWork là 100% + Thực nghiệm gia công và đo lường từ dữ liệu phản chuyển 3D với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ đã mở ra hướng ứng dụng trong Cơ Khí của đề tài và rút kết luận sau: 24 Mô hình phản chuyển 3D là tương thích... cấu trúc tô-pô Đưa ra đủ tất cả các nghiệm của mô hình 3D thoả mãn hai hình chiếu đầu vào 23  Sử dụng khái niệm vùng trên các hình chiếu để tìm ra các mặt giả định, để xây dựng Solid (tương thích khi được nhúng trong các hệ thống CAD/CAM tiên tiến)  Cải thiện tốt tốc độ phản chuyển với các giải pháp duyệt lan toả trạng thái của các đối tượng giả định, chia cắt hình chiếu với những đối tượng phức... cho các đối tượng kỹ thuật thông thường được bao bọc bởi các mặt phẳng, mặt trụ chiếu, mặt tròn xoay (nón, cầu, xuyến) có trục vuông góc với mặt phẳng hình chiếu Những điểm mới trong phương pháp gồm có:    Kiểm tra mâu thuẫn thấy khuất trên các hình chiếu để loại bỏ các đối tượng sai nên đã tối thiểu hoá số hình chiếu đầu vào của hệ thống phản chuyển Mở rộng phạm vi đối tượng so với các phương pháp. .. thực nghiệm, tiến tới thực tế phản chuyển tự động từ hai hình chiếu ứng và bằng Một số nơi trong chương này, để cụ thể, hai hình chiếu đầu vào được ấn định là ứng và bằng, điều đó không làm mất đi tính tổng quát của phương pháp và sẽ là tương tự khi chuyển đổi sang cặp hình chiếu ứng, cạnh khi phát triển một hệ thống phản chuyển thực tế Một số vấn đề về mặt phương pháp sẽ được bổ sung, làm rõ hơn ... giả lựa chọn đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương pháp phản chuyển từ hình chiếu thành mô hình 3D ứng dụng cho hệ CAD/CAM khí cho luận án tiến sỹ Mục đích nội dung nghiên cứu Mục đích cuối đề... chuyển 1.2.1 Phƣơng pháp phản chuyển từ hình chiếu 1.2.2 Phƣơng pháp nhiều hình chiếu - Các phương pháp phản chuyển dựa B-Rep - Các phương pháp phản chuyển dựa CSG - Các phương pháp phân tích khác... lường từ liệu phản chuyển 3D với công nghệ CAD/CAM/CNC/CAQ mở hướng ứng dụng Cơ Khí Đối tƣợng, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống phản chuyển tự động từ hình chiếu