基于OpenGL的纤维铺放可视化系统探究.pdfVIP

2016年第 l2期 玻 璃 钢 ／复 合 材 料 49 基于 OpenGL的纤维铺放可视化系统研究 李 栓，徐东亮，周旭东，胡 斌 (武汉理工大学机电工程学院，武汉 430070) 摘要：自动铺放 CAD／CAM软件技术是实现复合材料 自动化制造的关键技术之一。针对复合材料纤维铺放工艺及其设 备特点，提 出了利用OpenGL在VC6．0平台上开发纤维铺放可视化系统的设计方法。系统实现了芯模的导入与重构，在系统 中建立相关联顶点、直线与三角面片之间的拓扑关系，为后续可视化显示提供数据支持。对铺放过程进行运动学分析，确定轨 迹点坐标，进而进行纤维绘制。在此基础上，通过可视化系统对芯模表面采用固定角度算法进行铺放 ，从而验证所开发的可视 化 系统的有效性。 关键词 ：自动铺放；OpenGL；可视化系统；固定角度算法 中图分类号 ：TB332；TP391 文献标识码：A 文章编号：1003—0999(2016)12—0049—07 自动铺放技术是一种多学科交叉的技术。自动 现状，对 自动铺丝软件技术进行了探索。为提高可 铺放软件系统是纤维铺放中的重要组成部分，直接 视化系统的通用性，特别是针对不能用数学模型描 影响着构件的质量和加工效率 ¨’引。目前，国外关 述的不规则型面芯模，提出了利用三角面片进行逼 于 自动铺放CAD／CAM软件系统技术的研究相对成 近芯模表面的方法，将曲面问题转化成平面问题解 熟，很早就将虚拟制造技术应用到 自动铺放成型技 决。通过可视化系统对芯模进行重建。建立点、线、 术中。如美国Cincinnati公司开发的ACES软件系 面之间的拓扑关系。为后续计算和铺放提供数据支 统及法国的CADFiber与CATFiber软件系统，已经 持，充分发挥网格化法计算简便及适应性强的优势。 成功地应用于航天设备生产制造中，但其局限性在 在铺放过程中建立人机交互机制，根据需要对丝束 于只能配合 自制设备使用。法国Dassauh公司与 宽度、丝束数量、铺放角度、重合度等进行设置，保证 AFP铺丝机制造商一起研发的基于CATIAV5铺放 和实际铺放效果的吻合度。 软件系统，可以方便地利用 CATIA进行设计和建 模，直接导人铺放软件当中，极大地提高了生产效 l 可视化系统框架结构分析 率，但其局限性在于不能选择其他 CAD设计工 1．1 系统程序结构设计 具-3l4J。国外 自动铺放软件系统多种多样，但其侧 软件开发采用结构化方法，将复杂问题分解成 重点各有不同。国内关于 自动铺放 CAD／CAM软件 几个阶段。本文开发的自动铺丝可视化系统主要包 系统的相关技术仍处于积极探索之中，只有少数几 括铺丝型面建模模块、控制接 口模块、铺丝线型规划 个研究机构从事相关研究，代表性的有武汉理工大 模块等， 学、哈尔滨工业大学、南京航天航空大学等 J。如 周旭东提出了利用VC++平台构建 自动铺放虚拟数 控系统的方法，通过其虚拟数控单元模块实现了代 码解释和驱动功能，可以进行虚拟铺放 ；李东海等 提出了在 VC++平台上利用 OpenGL对铺放机进行 建模的方法，并在所开发的系统里模拟运动过程，但 是在铺放时并未考虑芯模类型、轨迹算法等实际问 题Ll圳；左龙彦等对开孔圆筒芯模在可视化系统中进 行参数化建模，并对铺放过程进行仿真，但其只能针 对特定芯模进行铺放 ¨。 本文根据 目前工业领域 CAD／CAM软件的使用 图1建模程序结构 收稿 日期：2016一o7．15 Fig·1 M。delingprogram smcure 本文作者还有汤保峰。 作者简介：李栓 (1990一)，男，硕士研究生，主要从事先进制造装备与工艺方面的研