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三维数控激光切割光斑半径补偿算法的研究

作　者: 刘运娇
导　师: 迟关心
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 激光切割三维数控光斑半径补偿激光光轴矢量软件开发
分类号: TG485
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着三维数控激光切割在航空航天、汽车船舶等行业的广泛应用，激光切割的精度要求越来越高。作为激光切割精度的直接影响因素之一，激光光斑半径补偿的研究具有非常重要的研究意义。针对三维数控激光切割，本文在平面刀具半径补偿理论的基础上，提出一种基于激光光轴矢量的激光光斑半径补偿算法，开发激光切割光斑半径补偿软件，实现激光光斑半径的补偿，提高激光切割的精度。对比研究偏置式切割头和单点指向式切割头的性能优势，以单点指向式切割头为对象，实现其空间位姿与激光光轴矢量之间的转换。从实体共面和非共面两方面，研究三维数控激光切割光斑半径补偿算法，并完成数学模型的建立。对共面实体研究直线与直线、直线与圆弧、圆弧与直线和圆弧与圆弧四种类型在插入型、伸长型、缩短型三种过渡方式下的光斑半径补偿算法；对非共面实体提出半径过渡、交点过渡、平行过渡、定长过渡四种过渡方式，深入研究非共面直线与直线转接的光斑半径补偿算法。研究开发三维数控激光切割激光光斑半径补偿软件，设计输入输出模块、核心计算模块（底层基础函数、上层实体计算处理）、OpenGL三维图形显示三大模块。从连续曲线和空间复杂曲线以及基础模块进行左补偿和右补偿的实例仿真验证，对比分析补偿前后的路径，验证三维数控激光切割光斑半径补偿算法和软件的正确性、准确性和通用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 激光切割光斑半径补偿的国内外研究现状  10-12
  1.3 三维数控激光切割光斑半径补偿算法数控装备  12-14
  1.4 课题主要研究内容  14-15
第2章三维数控激光切割光斑半径补偿理论研究  15-31
  2.1 单点指向式切割头空间位姿描述  15-17
  2.2 指定平面上的曲线的补偿算法  17-22
    2.2.1 指定平面上的曲线补偿算法理论分析  17-19
    2.2.2 指定平面上的曲线补偿算法具体模块分析  19-22
  2.3 空间任意自由曲线的补偿算法  22-29
    2.3.1 空间任意自由曲线补偿算法理论研究  22-24
    2.3.2 空间任意自由曲线补偿算法具体模块分析  24-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章三维数控激光切割光斑半径补偿软件开发  31-42
  3.1 开发环境介绍  31
  3.2 三维数控激光切割光斑半径补偿软件总体架构  31-32
  3.3 输入输出模块开发  32-35
    3.3.1 数控指令基本格式设定  32-33
    3.3.2 模块基本流程  33-35
  3.4 核心计算模块开发  35-38
    3.4.1 基础运算模块  35-36
    3.4.2 核心计算  36-38
  3.5 图形显示模块开发  38-40
    3.5.1 基于 MFC 的 OpenGL 编程环境的搭建  38-39
    3.5.2 OpenGL 三维模型的绘制  39-40
  3.6 程序基本界面设计  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第4章三维数控激光切割光斑半径补偿实例仿真  42-66
  4.1 三维数控激光切割补偿软件验证方案设计  42
  4.2 基础模块验证  42-62
    4.2.1 直线与直线模块  43-48
    4.2.2 直线与圆弧模块  48-53
    4.2.3 圆弧与直线模块  53-56
    4.2.4 圆弧与圆弧模块  56-62
  4.3 空间曲线验证  62-65
    4.3.1 连续非闭合曲线  63
    4.3.2 连续闭合曲线  63-64
    4.3.3 空间复杂曲线  64-65
  4.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-71
附录一三维空间激光光斑半径补偿算法非共面直线各转接模块一览表  71-73
附录二核心计算模块主要接口函数  73-76
附录三核心计算框架程序部分源代码  76-80
致谢  80

三维数控激光切割光斑半径补偿算法的研究

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