Transcript vetítés - Informatikai és Gazdasági Intézet

NYME Informatikai Intézet
Számítógépes alkalmazások
Kalmár János
6. előadás
NYME Informatikai Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Tartalom
•A virtuális tervezés és gyártás
folyamatábrája
•A tervezés automatizálásának története
•A CAD hatékonyságának összetevői
•Az alkatrészek geometriai modellezése
•Letapogatási stratégiák
•A CAD modell javítását indikáló
információk
•A CAE, a számítógépes analízis és
szimuláció eszközei és módszerei
•Véges elemek hálója (finite element method)
•Az alkatrészmodell elemei
•A technológiai tervezés szintjei és feladatai
•A geometriai modell elemei
•A szerszámgép és robotvezérlések
alapfeladatai
•Testmodellezési megszorítások
•Felületek létrehozása
•A „reverse engineering" elve és
alkalmazásai
•Az ipari robotok definíciója és
alkotóegységei
•A robot programozás három fajtája
Virtuális tervezés és gyártás
CAD története
• Ivan Sutherland (MIT) tekinthető a számítógépes grafika a CAD rendszerek
„atyjának”
• MIT fejlesztési projekt 1963, a számítógépes rajztábla Sketchpad” kifejlesztése
• 60’ –as évek végére 2D és 3D rajzolásra volt lehetőség, USA-ban 200 CAD
munkaállomás (UNIX)
1970-es évek:
• megjelenik a testmodellezés
• A modelleknek felülete van és analizálhatók a számítógép segítségével
• 12,000 CAD munkaállomás az USA-ban.
1980-as évek:
• PC-k népszerűsége és teljesítőképessége a mikroprocesszorok révén jelentősen
megnő.
• RISC –(Redukált utasításkészletű) processzorok nagyobb feldolgozási
sebességet tesznek lehetővé.
• Mérnöki munkaállomások,
• mainframe számítógépek
CAD története
1990-es évek:
• parametrikus, feature alapú testmodellezés
• Szoborfelületek modellezése
• NURBS felületek
• Hálózati számítógép rendszerek.
2000-es évek:
• parametrikus, feature alapú felületmodellezés
• Jelentős koncentrálódás a rendszerek számát
illetően
• Webcad
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
E rendszerek elterjedése, hatékonyságuk főképpen a következőkkel
magyarázható :
• a minőségi szellemi munkát jelentő tervezést mentesítik az
automatizálható rutinfeladatoktól
• a tervek módosítása e rendszerekkel jóval kisebb ráfordítással,
kevesebb hibával elvégezhető
• nem kell költséges prototípusokat megépíteni, a tervek
szimulációval jól tesztelhetők
• az újabb CAD rendszerek lehetővé teszik a megtervezett
objektumok valósághű, foto minőségű megjelenítését is. Ez javítja a
megrendelő és a tervező kommunikációját. Például egy megtervezett
házat a megrendelő 3D szimulációval "bejárhat", megnézhet, az
épület valós természeti környezetben is elhelyezhető.
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Alkatrészek geometriai modellezése
• modellezés input adatai (konstrukciós vázlat műhelyrajz, ...)
• 2D és 3D drótváz, felület és testmodellek.
• alaksajátosság alapú alkatrészmodellek
• modellrekonstrukciós módszerek és eszközök
• felületek, testek valósághű megjelenítése, animáció
• adatcsere eszközei (interface-k: DXF, IGES, VDA-FS, SAT, STEP)
• dokumentáció és rajzkészítés
• modellezési példák
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Alkatrészmodell elemei
Anyagmodell
Technológiai modell
• méret, tűrés (szerszámgép hibák stb.)
• felületi érdesség (él geometria, rezgések ...)
• hullámosság (deformáció, lengések ...)
• alakeltérések (egyenesség, síklapuság..> deformáció)
• keménység
• szilárdság
• ütőmunka
• rugalmassági modulus
• poisson tényező
• irányhiba (párhuzamosság, merőlegesség, szöghiba ...)
• pozíció (koncentrikusság, egytengelyűség ...)
• ütés (radiális, axiális szög > mozgások, gépmerevség)
Geometriai modell
• drótváz
• test
• felület
• features
Munkadarab geometriai modell elemei
Pont : - a munkadarab modell legegyszerűbb eleme
- a pont lehet térbeli vagy síkbeli : P=P(x,y,z) - térben , P=P(x,y,z0) - síkon
Pontok : - bizonyos tervezési szempontból összetartozó pontok összerendelése (pl.: furatkör)
Görbe : - osztályozhatók : 3Dgörbe - G=G(x,y,z) , 2Dgörbe - G=G(x,y,z0)
- az egyenes és kör görbének kitüntetett szerepe van
- az analitikus görbéken túl használunk pontokkal adott görbéket is (pl.: splines)
Kontúr : - a görbékből van összerakva
- tartalmazhat analitikus és pontsorozattal adott görbéket is
- fontos az átmenetek kezdeti feltételeinek pontos meghatározása
Felület : - csoportosítási lehetőség : "bonyolultságuk" szerint
+egyszerű felületek - sík, henger, kúp, tórusz stb.
+bonyolult felületek - generálható, szorzat-, spline-, szobor-, stb.
(egyszerű felületek meghatározásának módjai a geometriából közismertek)
Test : - a geometriai modellek legösszetettebb építőelemei - primitívek
- tipikus elemkészlet lehet például: tégla, henger, kúp, gömb, ék
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Modellezés input adatai
• kézi vázlat
• műhelyrajz
• adatfile
• fizikai modellről felvett ponthalmaz
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Testmodellezési megszorítások
A testmodellezés a modellezett objektumra az alábbi feltételezéseket,
illetve megszorításokat alkalmazza:
• az objektum merev test, konkrét és invariáns alakkal rendelkezik
• az általa lefoglalt teret homogénen tölti ki
• kiterjedése véges, a modellje leképezhető
• véges számú elemi test kompozíciójaként létrehozható
• a merevtestszerű mozgások és a halmaz-műveletek szempontjából zárt
halmazként modellezhető
Felületek létrehozása
• a bonyolult felületek egy jelentős csoportja
• a közelmúlt geometriai modellezésének középpontjában állt
Oka: az ilyen felületek gyártásának feltételeiben bevált változás:
többtengelyes szerszámgépek és vezérlések létrejötte volt
egy sík- vagy térgörbét (leírógörbe)
egy másik, sík- vagy térgörbe (vezérgörbe) által meghatározott pályán
előírt módon (generálási mód - transzláció) mozgatunk (pl.: eltolás, forgatás,...)
bonyolult felület keletkezik (transzlációs felület)
alakja alapvetően a fenti három összetevőből
-a generáló görbék közvetlenül szolgáltatják a lehetséges szerszámpályákat
-a generálási mód pedig egyértelmű utalást adhat a felület gépi megmunkálással történő
előállításakor alkalmazható gyártástechnológiai eljárásokra, módokra, eszközökre.
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
NYME Informatika Intézet
Vonalfelületek
Definíció : azon bonyolult felületek, melyek egyenes leírógörbével generálhatók
Leírógörbe (generátor): egyenes
Vezérgörbe (direktrix): általános sík vagy térgörbe
A generálási módtól (transzláció) függően alapvetően három típusa:
• hengeres vonalfelület
• kúpos vonalfelület
• általános vonalfelület
NYME Informatika Intézet
A "Reverse engineering"
(mérnöki rekonstrukció)
folyamata
• fizikai modell digitalizálása
• mérési pontok editálása
• mérési pontok beolvasása CAD
rendszerbe
• pontokra felületi görbék illesztése
• görbékre felület vagy felületek
illesztése
• modell pótlása, kiigazítása
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
"Reverse engineering" alkalmazása
• alkatrészről dokumentáció készítése
• alkatrész ellenőrzése, megjelenítése
• többet megtudni a versenytárs konstrukciójáról
• régészeti leletekből modell építése
• sebészeti segédeszközök előállítása
• "földidegen" alkatrészek űrkutatás számára
• protézisek, művégtagok gyártása
• multimédia és animáció
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
"Reverse engineering" folyamatábra
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Letapogatási stratégiák
Manuális letapogatás
Ebben az esetben a felhasználó mozgatja a mérőfejet az általa legjobbnak tartott pálya mentén. Az előre
meghatározott stratégia hiánya nem segít a pontokra történő görbék vagy felületek illesztésnél
Lineáris letapogatás
A modellek egyenes mentén kerülnek letapogatásra. A digitalizálás iránya a majdani vagy feltételezett
megmunkálás irányával lehet párhuzamos, illetve azzal szöget bezáró.
Egy vagy kétirányú letapogatás is lehetséges. Egyirányú letapogatás esetén a tapintó kiemelés után
gyorsmenetben tér vissza kiinduló pozíciójába.
Radiális letapogatás
Azok a felületek digitalizálhatók ezzel a módszerrel, amelyek egy adott forgástengelyhez viszonyítva
megközelítőleg szimmetrikusak.
Útmenti letapogatás
Egy jól definiált poligon görbe mindenkori pontjára merőlegesen történik a digitalizálás. A merőleges
irányú elmozdulás mértéke tetszőleges lehet.
Kontúrmenti letapogatás
Egy adott kontúr irányában ekvidisztans görbék mentén történik meg a felületi pontok meghatározása.
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
CAD modell javítását indikáló információk
• folytonossági hiányok
• szabályos szöget bezáró felületek
• párhuzamos felületek
• egyenesek és körök (analitikus görbék)
• ismétlődő elemek távolsága
• él letörések, lekerekítések
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
CAE, a számítógépes analízis és
szimuláció eszközei és módszerei
• hálógenerálás
• alkatrészek hő és feszültség analízise
• rugalmas, képlékeny alakváltozások
• műanyagok folyásanalízise
• kinematikai analízis eszközei és módszerei
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Véges elemek hálója (FEM)
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
IPARI ROBOTOK
Definíció: Ipari robotoknak azokat a szabadon programozható, többcélú
mechanizmusokat nevezzük, amelyek anyag, alkatrész, szerszám vagy egyéb
eszköz egyszerűen változtatható program szerinti mozgatását, térbeli helyzetének
megváltoztatását vagy megtartását, megfogását vagy elengedését, vagyis
manipulálását végzik.
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
A robotok alkotóegységei
Mechanika : A tárgy pozícionálását és mozgatását biztosítja
Effektorok : A tárgy megfogását vagy megmunkálását végzi
Motorok : A mozgás vagy az effektorok számára szükséges energiát biztosítja
Szenzorok : Érzékeli vagy analizálja a mechanizmus aktuális állapotát illetve
környezetét
Vezérlés : A robotmechanizmus mozgását szinkronizálja
Számítógép : A robotprogram szerkesztése és futtatása, a robot tesztelése
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Az inverz transzformáció
A robotprogramozás alapproblémája a következő :
A tárgy egy pontja a szerszám koordinátarendszerében adott, és azt kell a világ
koordinátarendszerbe transzformálni, vagyis az előzőekben felírt számítás inverze
a feladat. Ennek az inverz transzformációnak azonban több megoldása is
lehetséges (tehát szinguláris pontjai vannak a robot munkatérnek)
Néhány konfigurációs definícióval egyértelművé tehető a megoldás (jobb illetve
bal kezes konfiguráció, alsó vagy felső állás)
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
A robot programozás három fajtája
• betanítás és a feladat ismétlése
• kódrendszerben történő programozás
• magasszintű programnyelven történő programozás
(az utasítások az emberi nyelv azonos értelmű szavainak felelnek meg)
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
Számítógéppel Segített Robot Programozás
Computer Aided Robot Programming (CARP)
• a robotpályák meghatározása (CAD/CAM software segítségével)
• posztprocesszálás (a robot program generálása)
• a program áttöltése
• futtatás
NYME Informatika Intézet
Tárgy : Számítógépes alkalmazások
A robot betanítása
•A robotkar mozgatásával
•Szimulátor mozgatásával
•"Teach box" alkalmazásával