基于动态聚焦振镜系统的三维激光加工算法及软件设计研究

论文摘要

由于激光加工非接触、高能量、高精度与可控性等优点,其已成为表面加工的主要方式之一。在过往的研究中,研究方向主要针对于二维平面的表面加工,针对于三维表面的高速度与精度的加工方式并不常见,市场上尚未有成熟的整体解决方案。本文旨在针对该领域进行整体的系统开发研究。首先,根据基于动态聚焦的三维振镜和五轴工作台,搭建出了整个系统的软硬件平台。并从实验中测量得出光路真实世界坐标与硬件系统坐标的关系,进一步计算测量得到软件系统与硬件系统之间的坐标映射。其次,根据工业中通用的几种三维模型的特点,对模型进行了解构与拓扑结构重建,并对数据结构进行了优化以加快计算速度。同时在软件中设计了三维视窗,提出了模型分割、拾取与网格化显示等算法。第三,在已分割的重建后三维模型的基础上,根据黎曼几何中共形几何的定义与计算方法,深入研究了计算机图形学中的纹理贴图方式,提出了将三维模型最小失真平面化的优化最小二乘共形参数化（Optimizing Least Squared Conformal Parametrization,OLSCP）算法与将局部区域内失真度降到最低的区域优先多重参数化（Multi-Field Prior Parametrization,MF-P）算法。借助这些算法,可以将三维模型参数化为二维网格,以便将编辑好的二维图形定位到模型上。之后,采用矢量化算法与相交算法,将离散化顶点精确定位到模型上,并进行控制点插补。最后,根据计算结果输出激光器与振镜控制参数,得到在真实物体上的加工轨迹并与常规加工方式对比,分析了实验结果与误差。并提出了一些后续优化改进研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究意义
• 2 三维激光表面加工系统设计
•   2.1 硬件系统组成
•   2.2 光学技术原理与光路调节
•   2.3 软件系统的主要功能模块
•   2.4 计算机三维坐标与真实世界坐标匹配与校正
•   2.5 本章小结
• 3 三维模型结构及模型处理
•   3.1 工业中常用的三维模型格式解析
•   3.2 拓扑逻辑结构重建与优化
•   3.3 数据结构构建与搜索
•   3.4 三维工作区构建与选择算法
•   3.5 本章小结
• 4 用于精确映射模型的参数化算法
•   4.1 参数化与共形几何
•   4.2 最小二乘共形参数化的数学表示
•   4.3 推广OLSCP到分区优先参数化
•   4.4 网格与模型的双向映射与插补
•   4.5 本章小结
• 5 成品展示与实验结果分析
•   5.1 系统成品
•   5.2 现有方式与OLSCP方式参数化效果对比：
•   5.3 OLSCP与MF-P在不同区域加工效果对比
•   5.4 误差分析
•   5.5 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨航

导师: 刘晓东

关键词: 激光加工,动态聚焦,自由表面加工,三维图形处理

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 华中科技大学

分类号: TN249;TP391.41

总页数: 60

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