NYME Informatikai 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

•Az alkatrészmodell elemei

•A geometriai modell elemei

•Testmodellezési megszorítások

•Felületek létrehozása

•A „reverse engineering" elve és alkalmazásai

•Letapogatási stratégiák

•A CAD modell javítását indikáló információk

•A CAE, a számítógépes analízis és szimuláció eszközei és módszerei

•Véges elemek hálója (finite element method)

•A technológiai tervezés szintjei és feladatai

•A szerszámgép és robotvezérlések alapfeladatai

•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

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 számátilletően• Webcad

CAD története

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.


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


Alkatrészmodell elemei

Technológiai modell

• méret, tűrés (szerszámgép hibák stb.)

• felületi érdesség (él geometria, rezgések ...)

• hullámosság (deformáció, lengések ...)

• alakeltérések (egyenesség, síklapuság..> deformáció)

• irányhiba (párhuzamosság, merőlegesség, szöghiba ...)

• pozíció (koncentrikusság, egytengelyűség ...)

• ütés (radiális, axiális szög > mozgások, gépmerevség)

Anyagmodell

• keménység

• szilárdság

• ütőmunka

• rugalmassági modulus

• poisson tényező

Geometriai modell

• drótváz

• test

• felület

• features

Munkadarab geometriai modell elemeiPont : - 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


Modellezés input adatai

• kézi vázlat

• műhelyrajz

• adatfile

• fizikai modellről felvett ponthalmaz


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.


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


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


"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


"Reverse engineering" folyamatábra


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.


CAD modell javítását indikáló információk

• folytonossági hiányok

• szabályos szöget bezáró felületek

• párhuzamos felületek

• egyenesek és körök (analitikus görbék)

• ismétlődő elemek távolsága

• él letörések, lekerekítések


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


Véges elemek hálója (FEM)


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.


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


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)


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)


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


•A robotkar mozgatásával

•Szimulátor mozgatásával

•"Teach box" alkalmazásával

A robot betanítása

Documents

NYME Informatikai Intézet