一种基于数字孪生的减材加工实时仿真方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114169108A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111644325.X(22)申请日2021.12.29(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人刘强李耀波赵荣丽魏丽军张浩(74)专利代理机构佛山市禾才知识产权代理有限公司44379代理人单蕴倩何慧敏(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于数字孪生的减材加工实时仿真方法(57)摘要本发明公开了一种基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，包括以下步骤：构建工件模型；生成刀具模型和输入刀具的移动路径；根据工件模型生成初始高度图，其中，以高度图通道数据表示该位置(x,z)对应的工件在(x,z)的高度值y，采用多通道表示高度值y，y是一个浮点类型；碰撞计算；更新后的高度图数据传输至顶点着色器，生成实时渲染效果图；判断加工是否完成，若未完成则更新刀具位置，重复碰撞计算步骤并更新实时渲染效果图；根据更新后的高度图还原工件模型。本发明的实时仿真方法解决减材加工仿真中的实时加工、实时渲染和精度要求问题。CN114169108ACN114169108A权利要求书1/3页1.一种基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：构建工件模型；生成刀具模型和输入刀具的移动路径；根据工件模型生成初始高度图，其中，以高度图通道数据表示该位置(x,z)对应的工件在(x,z)的高度值y，采用多通道表示高度值y，y是一个浮点类型；碰撞计算：定位刀具在工件的投影区域，判断工件与刀具是否发生碰撞，若工件与刀具发生碰撞，则工件模型与刀具模型进行布尔减运算，根据运算结果更新高度图；更新后的高度图数据传输至顶点着色器，生成实时渲染效果图；判断加工是否完成，若未完成则更新刀具位置，重复碰撞计算步骤并更新实时渲染效果图；根据更新后的高度图还原工件模型。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，所述构建工件模型方法为：所述工件模型为任意单方向的图形拉伸体，根据输入的分辨划分图形拉伸体的精度，得到顶点数据，以顶点数据生成工件模型数据。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，当所述图形拉伸体为正方体时，构建工件模型的步骤为：输入分辨率为ResolutionX，ResolutionZ；生成[ResolutionX*ResolutionZ+(ResolutionX+ResolutionZ)*2]个顶点数据，伪代码如下：根据顶点数据，连接顶点成三角形，生成索引数据，即构成工件模型数据，生成索引数据的伪代码如下：2CN114169108A权利要求书2/3页最后再连接侧边的三角形索引即可。4.根据权利要求2所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，所述根据工件模型生成初始高度图的方法为：R通道用来存储高度值的整数且大小限制在99以下，R＝(int)y，If(R>99)R＝99；G通道数据则用来存储高度值的小数点后两位，G＝((int)(y*100))％100；B通道数据则是用来存储高度值的小数点后第三、四位，B＝((int)(y*10000))％100。5.根据权利要求2所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，所述碰撞计算的步骤为：根据刀具位置(x,y,z)、刀具半径R和工件包围体定位刀具在工件上的投影区域(Xmin,Zmin)(Xmax,Zmax)，伪代码如下：Xmin＝x‑R>Bound.min.x？x‑R:Bound.min.xZmin＝z‑R>Bound.min.z？z‑R:Bound.min.zXmax＝x+R<Bound.max.x？x+R:Bound.max.xZmax＝z+R<Bound.max.z？z+R:Bound.max.z；遍历工件模型的投影区域上的点(x,z)，若工件的高度值y1大于刀具在该位置(x,y2,z)的高度值y2，则将y1更新为y2，若y1小于y2则不更新；将遍历结束后的高度值更新至高度图。6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，所述刀具有两种类型，一种是圆柱，一种是胶囊体；当所述刀具的类型为圆柱形时，刀具的高度每一处均一样，为y1；当所述刀具的类型是胶囊体时，刀具头表面上每一点(a,b,c)的高度b与刀具位置(x,y2,z)的关系是：其中R为胶囊体半径。7.根据权利要求4所述的基于数字孪生的减材加工实时仿真方法，其特征在于，所述生成实时渲染效果图的步骤为：根据输入的高度图数据定位高度图的像素位置；将对应的像素通道