高速高精度切削シミュレータのための3Dモデル表現方法とブール演算方法の開発

高速高精度切削模拟器3D模型表示方法和布尔运算方法的开发

• 批准号: 22K14162
• 负责人: 鬼頭 亮太
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kobe City College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14162/
• 关键词: 切削シミュレータ; ポリゴン; 積層; 切削力; 3次元化; 3面図; 5軸マシニングセンタ; 3Dモデル; ブール演算; 三面図

本研究は高速高精度切削シミュレータの開発を目的に行っている．これまで行ってきた研究開発により，2次元ポリゴンを積層することによって，3Dモデルを生成し，Vattiクリッピングと呼ばれる2次元ポリゴンのブール演算を高速に行うことができるアルゴリズムを用いて高速高精度な切削シミュレータ開発を行うことができた．しかし，この方法では2次元ポリゴンを積層しているため，2次元ポリゴンを細かく積層し，積層方向の精度を高めるとブール演算を行うポリゴンが増加し，高速性を担保できない問題点が存在した．そこで，本研究では2次元ポリゴンを積層するのではなく，3面図のように，正面，上面，側面の3つの2次元ポリゴンから3Dモデルを構築する方法の開発を行ってきた．本年度は上記の3面図を用いた切削シミュレータ開発に関して研究を行ってきたが，結果としてこの方法では切削シミュレータ開発が技術的に難しいと判断した．3面図から3Dモデルを生成する方法に関しては，すでに開発されているため，この部分には問題はないが，3面図を生成する方法に問題があった．具体的に説明すると，3面に対して工作物のポリゴンと工具のポリゴンを用意しブール演算を行い，加工途中の3面図を生成しようと考えていたが，工具の位置や工作物の形状によってある線は隠れ線，ある線は外形線となる．この場合別けが非常に複雑で難解であり，アルゴリズムを確立するのが非常に困難であると判断した．そこで，2次元ポリゴンを積層して3Dモデルを生成する方法はそのまま使用し，来年度予定していた5軸マシニングセンタ用切削シミュレータ開発を先に行うこととし，開発を行っている．

这项研究旨在开发高速，高精度切割模拟器。通过迄今为止一直进行的研究和发展，我们能够通过堆叠二维多边形来创建3D模型，并使用称为VATTI剪辑的算法来开发高速，高精度切割模拟器，该算法允许在二维多边形上进行高速布尔操作。但是，由于该方法涉及堆叠二维多边形，因此，如果二维多边形细节堆叠，并且在堆叠方向上的准确性增加，则执行布尔操作的多边形数量会增加，这会导致无法保证高速速度的问题。因此，在这项研究中，我们没有堆叠二维多边形，而是开发了一种方法，可以从三个2D多边形，前，顶部和侧面构建3D模型，如三面视图所示。今年，我们一直在研究使用上述三边观点切割模拟器开发的研究，但是结果，我们确定使用这种方法在技术上很难切割模拟器。至于从3面视图生成3D模型的方法，由于已经开发了该部分没有问题，但是生成3面视图的方法存在问题。具体而言，我打算在三个表面上准备工件和多边形的多边形，执行布尔计算，并在此过程中生成三面视图，但是根据工具位置和形状，有些线条是隐藏的线，有些线条是外线线。在这种情况下，确定分离非常复杂和困难，并且算法非常困难。因此，堆叠二维多边形以生成3D模型的方法被原样使用，并且首先进行开发，并开发了适用于明年的5轴加工中心的切割模拟器的开发。