Моделирование реалистичной аэрозольной покраски роботизированной ячейкой
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Постановка задачи и пути ее решения 6
1.1 Объект автоматизации 6
1.2 Система SprutCAM 6
1.2.1 Процесс создания окрасочной управляющей программы 7
1.2.2 Загрузка 3D модели детали 8
1.2.3 Создание последовательности технологических операций 9
1.2.4 Расчет траектории обработки 12
1.2.5 Моделирование покраски для проверки корректности 13
1.2.6 Генерация управляющей программы 14
1.3 Постановка задачи 16
1.4 Существующие решения 17
1.4.1 IPS Virtual Paint - Spray 17
1.4.2 RobotMaster 18
1.4.3 VR Spray Painting for Training and Design 19
1.4.4 Анализ возможности использования существующих решений 20
1.5 Цели и задачи 21
2 Математическая модель 22
2.1 Математическое представление процесса покраски 22
2.1.1 Факел распыления 22
2.1.2 Процесс распыления 24
2.2 Аспекты программной реализации 27
2.2.1 Инициализация структуры данных 27
2.2.2 Распыление методом прямой трассировки лучей 28
2.2.3 Пересечение луча и треугольника 32
2.2.4 Параметры моделирования 35
2.2.5 Визуализация 36
2.3 Вывод 39
3 Проектирование подсистемы 40
3.1 Требования к проектируемой подсистеме 40
3.1.1 Функциональные требования 40
3.1.2 Нефункциональные требования 42
3.2 Функциональная модель 43
3.3 Диаграмма вариантов использования 43
3.4 Поток событий 45
3.5 Диаграмма деятельности 48
3.6 Диаграмма классов 48
3.7 Вывод 53
4 Разработка и описание пользовательского интерфейса системы 54
4.1 Загрузка детали с первичной траекторией покраски 54
4.2 Настройка робота для покраски 55
4.3 Создание и настройка окрасочной операции 57
4.4 Процесс моделирования 63
4.4.1 Форма управления моделированием 63
4.4.2 Результат первичного моделирования 64
4.4.3 Корректировка траектории покраски и повторная проверка 66
4.5 Вывод 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А Моделирование покраски роботом Fanuc M710 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Программный код 79
1 Постановка задачи и пути ее решения 6
1.1 Объект автоматизации 6
1.2 Система SprutCAM 6
1.2.1 Процесс создания окрасочной управляющей программы 7
1.2.2 Загрузка 3D модели детали 8
1.2.3 Создание последовательности технологических операций 9
1.2.4 Расчет траектории обработки 12
1.2.5 Моделирование покраски для проверки корректности 13
1.2.6 Генерация управляющей программы 14
1.3 Постановка задачи 16
1.4 Существующие решения 17
1.4.1 IPS Virtual Paint - Spray 17
1.4.2 RobotMaster 18
1.4.3 VR Spray Painting for Training and Design 19
1.4.4 Анализ возможности использования существующих решений 20
1.5 Цели и задачи 21
2 Математическая модель 22
2.1 Математическое представление процесса покраски 22
2.1.1 Факел распыления 22
2.1.2 Процесс распыления 24
2.2 Аспекты программной реализации 27
2.2.1 Инициализация структуры данных 27
2.2.2 Распыление методом прямой трассировки лучей 28
2.2.3 Пересечение луча и треугольника 32
2.2.4 Параметры моделирования 35
2.2.5 Визуализация 36
2.3 Вывод 39
3 Проектирование подсистемы 40
3.1 Требования к проектируемой подсистеме 40
3.1.1 Функциональные требования 40
3.1.2 Нефункциональные требования 42
3.2 Функциональная модель 43
3.3 Диаграмма вариантов использования 43
3.4 Поток событий 45
3.5 Диаграмма деятельности 48
3.6 Диаграмма классов 48
3.7 Вывод 53
4 Разработка и описание пользовательского интерфейса системы 54
4.1 Загрузка детали с первичной траекторией покраски 54
4.2 Настройка робота для покраски 55
4.3 Создание и настройка окрасочной операции 57
4.4 Процесс моделирования 63
4.4.1 Форма управления моделированием 63
4.4.2 Результат первичного моделирования 64
4.4.3 Корректировка траектории покраски и повторная проверка 66
4.5 Вывод 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А Моделирование покраски роботом Fanuc M710 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Программный код 79
Нанесение лакокрасочных покрытий в промышленности является завершающим этапом перед выпуском готовой продукции. Это позволяет придать изделию готовый товарный вид и защитить поверхность от коррозии. В связи с этим предъявляются строгие требования к лакокрасочному материалу и к технологии нанесения покрытия.
В настоящее время около 80% покрытий наносят методом распыления, причем основная масса работ выполняется вручную. С появлением промышленных роботов появилась возможность автоматизировать процесс покраски. Управление окрасочными роботами может быть осуществлено несколькими способами:
1. запись траектории в память системы управления роботом с помощью съемного пульта, которую осуществляет опытный маляр [1];
2. создание управляющей программы (УП) по 3 D-модели в специализированных автоматизированных системах(САМ).
Главная задача, которая возникает перед технологами при создании управляющей программы - это обеспечение равномерного нанесения лакокрасочного материала. Одним из решающих факторов, влияющих на создание корректной УП, при первом способе, является опыт маляра, а при втором - надёжность и многофункциональность CAM-системы (в данном проекте рассматривается именно второй способ).
В современных CAM-системах основное внимание уделяется обработке материала методами его снятия (фрезерная, токарная обработки и другие), добавления (наложение расплавленного материала), разрезания (плазменная, лазерная резка, резка ножом и другие) или сваривания. При этом для создания окрасочных управляющих программ имеется лишь упрощенная функциональность, которая не позволяет определить равномерность нанесения лакокрасочного материала. Одной из таких систем является SprutCAM.
В настоящее время около 80% покрытий наносят методом распыления, причем основная масса работ выполняется вручную. С появлением промышленных роботов появилась возможность автоматизировать процесс покраски. Управление окрасочными роботами может быть осуществлено несколькими способами:
1. запись траектории в память системы управления роботом с помощью съемного пульта, которую осуществляет опытный маляр [1];
2. создание управляющей программы (УП) по 3 D-модели в специализированных автоматизированных системах(САМ).
Главная задача, которая возникает перед технологами при создании управляющей программы - это обеспечение равномерного нанесения лакокрасочного материала. Одним из решающих факторов, влияющих на создание корректной УП, при первом способе, является опыт маляра, а при втором - надёжность и многофункциональность CAM-системы (в данном проекте рассматривается именно второй способ).
В современных CAM-системах основное внимание уделяется обработке материала методами его снятия (фрезерная, токарная обработки и другие), добавления (наложение расплавленного материала), разрезания (плазменная, лазерная резка, резка ножом и другие) или сваривания. При этом для создания окрасочных управляющих программ имеется лишь упрощенная функциональность, которая не позволяет определить равномерность нанесения лакокрасочного материала. Одной из таких систем является SprutCAM.
Возникли сложности?
Нужна помощь преподавателя?
Помощь студентам в написании работ!
В ходе выполнения работы был выполнен анализ объекта автоматизации, роботизированной ячейки, и процесса создания покрасочных управляющих программ с использованием системы SprutCAM. Было выявлено, что эта система учитывает кинематическую схему станка, контролирует столкновения, обеспечивает работу робота в зоне его досягаемости и выполняет предварительное моделирование результата покраски, которое показывает, какие области модели будут окрашены. Оказалось, что такое моделирование не обеспечивает требуемую точность, поскольку не учитывает форму факела распыления и не контролирует толщину будущего лакокрасочного покрытия. В связи с этим возникла необходимость повысить эффективность процесса создания управляющих программ для покраски деталей в системе SprutCAM и, как следствие, повысить эффективность роботизированной ячейки.
Для достижения поставленной цели было выполнено проектирование подсистемы. Были решены следующие задачи:
- разработана математическая модель процесса покраски;
- разработаны функциональные и нефункциональные требования;
- выполнено проектирование функциональной модели, диаграммы вариантов использования, потока событий, диаграммы деятельности и диаграммы классов.
По итогам работы была спроектирована и реализована подсистема моделирования аэрозольной покраски с контролем толщины нанесения лакокрасочного материала в составе системы SprutCAM. Это позволило повысить эффективность объекта автоматизации с роботизированной ячейкой за счет уменьшения расхода краски на пробные окрашивания и за счет уменьшения времени на подготовку окончательной управляющей программы.
Для достижения поставленной цели было выполнено проектирование подсистемы. Были решены следующие задачи:
- разработана математическая модель процесса покраски;
- разработаны функциональные и нефункциональные требования;
- выполнено проектирование функциональной модели, диаграммы вариантов использования, потока событий, диаграммы деятельности и диаграммы классов.
По итогам работы была спроектирована и реализована подсистема моделирования аэрозольной покраски с контролем толщины нанесения лакокрасочного материала в составе системы SprutCAM. Это позволило повысить эффективность объекта автоматизации с роботизированной ячейкой за счет уменьшения расхода краски на пробные окрашивания и за счет уменьшения времени на подготовку окончательной управляющей программы.
1 Робототехнические комплексы нанесения лакокрасочных покрытий
[Электронный ресурс] // StudFiles: [сайт] URL:
https://studfiles.net/preview/820824/page:5 (дата обращения: 21.05.2019).
2 Краткие сведения о SprutCAM [Электронный ресурс] // СПРУТ-
Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/products-and-
solutions/products/SprntCAM (дата обращения: 21.05.2019).
3 SprutCAM [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/SprutCAM (дата обращения: 21.05.2019).
4 Методология функционального моделирования IDEF0: Руководящий документ / Научно-исследовательский центр CALS. - Москва: Изд-во стандартов, 2000. - 62 с.
5 Руководство пользователя SprutCAM 11 // СПРУТ-Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/files/SprutCAM11/documentation/index.html (дата обращения: 21.05.2019).
6 SprutCAM v.8: эффективное программирование станков с ЧПУ //
СПРУТ-Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/company/
press/articles/prom-regions-79 (дата обращения: 21.05.2019).
7 Особенности электростатической покраски // Гуру красок: [сайт] URL: https://kraska.guru/kraski/rabota/elektrostaticheskoe-nanesenie-sostava.html (дата обращения: 21.05.2019).
8 VR Spray Painting for Training and Design / J. Konieczny, G.W. Meyer,
C. Shimizu, J. Heckman и др. - 2008. - VRST.
9 Automotive Spray Paint Simulation / J. Konieczny, G.W. Meyer, M. Manyen, M. Rabens и др. // Advances in Visual Computing. - Тахо, штат Невада, 2008. - С. 998-1007.
10 Пажи, Д.Г. Распыливающие устройства в химической промышленности / Д.Г. Пажи, А.А. Корягин, Э.А. Ламм. - М.: Химия, 1975. - 199 с.
11 Трассировка лучей [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Трассировка_лучей (дата обращения: 21.05.2019) .
12 Random points in a circle [Электронный ресурс] // xdPixel: [сайт]
URL: http://xdpixel.com/random-points-in-a-circle (дата обращения: 21.05.2019) .
13 Ray-Triangle Intersection: Geometric Solution [Электронный ресурс] // Scratchapixel 2.0 [сайт] URL: https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic- rendering/ray-tracing-rendering-a-triangle/ray-triangle-intersection-geometric- solution (дата обращения: 24.05.2019).
14 Барицентрические координаты [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Барицентрические_координаты (дата обращения: 23.05.2019).
15 Barycentric Coordinates [Электронный ресурс] // Scratchapixel 2.0
[сайт] URL: https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/ray-
tracing-rendering-a-triangle/barycentric-coordinates (дата обращения: 24.05.2019) .
16 А.Заславский, Д.Косов, М.Музафаров Траектории замечательных точек треугольника Понселе // Научно-популярный физико-математический журнал «Квант». - 2003. - №2. - С. 23.
17 Векторное произведение [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт]
URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Векторное_произведение#Геометрическое
_определение (дата обращения: 24.05.2019).
18 OpenGL [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/OpenGL (дата обращения: 21.05.2019) .
19 Интерполяция цветов [Электронный ресурс] // Программирование с
использованием OpenGL: [сайт] URL: http://www.opengl.org.ru/books/
open_gl/chapter4.3.html (дата обращения: 21.05.2019).
20 The secrets of colour interpolation [Электронный ресурс] // Alan
Zucconi: [сайт] URL: https://www.alanzucconi.com/2016/01/06/colour-
interpolation (дата обращения: 21.05.2019).
21 Требования к программному обеспечению [Электронный ресурс] //
Википедия: [сайт] URL: https://m.wikipedia.org/wiki/Требования_к_
программному_обеспечению (дата обращения: 21.05.2019).
22 Диаграмма прецедентов [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Диаграмма_прецедентов (дата обращения: 21.05.2019) .
23 Визуальное моделирование систем в StarUML: Учебное пособие /
А.В. Каюмова. - Казань: Казанский федеральный университет, 2013. - 104 с.
24 What is Activity Diagram? [Электронный ресурс] // Visual Paradigm:
[сайт] URL: https://www.visual-paradigm.com/guide/uml-umfied-modelmg-
language/what-is-activity-diagram (дата обращения: 21.05.2019).
25 Арлоу, Д. UML2 и Унифицированный процесс. Практический объектно-ориентированный анализ и проектирование, 2-е издание / Д. Арлоу, И. Нейштадт. - СПб.: Символ-Плюс, 2007. - 624 с.
26 Моделирование покраски [Электронный ресурс] // SprutCAM User Manual [сайт] URL: https://kb.sprutcam.com/SCmanual/latest/all/ru/simulation/ painting-simulation (дата обращения: 24.05.2019).
27 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Использование метода кэширования для ускорения алгоритмов с полигональными моделями // Инновации в науке и практике (ч.2). - ноябрь 2017. - С. 90-94.
28 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Оптимизация поиска пересечений полигонов с использованием параллельных вычислений // Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте: сб. материалов. - Кемерово, 2017 - С. 157-159.
29 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Формирование топологически
связанной полигональной модели // Информационные технологии. Автоматизация. Актуализация и решение проблем подготовки высококвалифицированных кадров (ИТАП-2017): сб. материалов. -
Набережные Челны, 2017 - С. 61-67.
30 Rustam R. Miftakhov, Evgenij V. Zubkov. Formation of the Topologically Connected Polygonal Model in CAM software for CNC machines // Contemporary dilemmas: Education, Politics and Values: Year VI, Special Edition. - Mexico, Toluca, December 2018 - P.14.
31 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В Полигональная модель в CAM-системах для станков с ЧПУ // Итоговая научно-образовательная конференция студентов КФУ 2018: сб. статей и тезисов научных докладов - февраль 2019.
[Электронный ресурс] // StudFiles: [сайт] URL:
https://studfiles.net/preview/820824/page:5 (дата обращения: 21.05.2019).
2 Краткие сведения о SprutCAM [Электронный ресурс] // СПРУТ-
Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/products-and-
solutions/products/SprntCAM (дата обращения: 21.05.2019).
3 SprutCAM [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/SprutCAM (дата обращения: 21.05.2019).
4 Методология функционального моделирования IDEF0: Руководящий документ / Научно-исследовательский центр CALS. - Москва: Изд-во стандартов, 2000. - 62 с.
5 Руководство пользователя SprutCAM 11 // СПРУТ-Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/files/SprutCAM11/documentation/index.html (дата обращения: 21.05.2019).
6 SprutCAM v.8: эффективное программирование станков с ЧПУ //
СПРУТ-Технология: [сайт] URL: https://www.sprut.ru/company/
press/articles/prom-regions-79 (дата обращения: 21.05.2019).
7 Особенности электростатической покраски // Гуру красок: [сайт] URL: https://kraska.guru/kraski/rabota/elektrostaticheskoe-nanesenie-sostava.html (дата обращения: 21.05.2019).
8 VR Spray Painting for Training and Design / J. Konieczny, G.W. Meyer,
C. Shimizu, J. Heckman и др. - 2008. - VRST.
9 Automotive Spray Paint Simulation / J. Konieczny, G.W. Meyer, M. Manyen, M. Rabens и др. // Advances in Visual Computing. - Тахо, штат Невада, 2008. - С. 998-1007.
10 Пажи, Д.Г. Распыливающие устройства в химической промышленности / Д.Г. Пажи, А.А. Корягин, Э.А. Ламм. - М.: Химия, 1975. - 199 с.
11 Трассировка лучей [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Трассировка_лучей (дата обращения: 21.05.2019) .
12 Random points in a circle [Электронный ресурс] // xdPixel: [сайт]
URL: http://xdpixel.com/random-points-in-a-circle (дата обращения: 21.05.2019) .
13 Ray-Triangle Intersection: Geometric Solution [Электронный ресурс] // Scratchapixel 2.0 [сайт] URL: https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic- rendering/ray-tracing-rendering-a-triangle/ray-triangle-intersection-geometric- solution (дата обращения: 24.05.2019).
14 Барицентрические координаты [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Барицентрические_координаты (дата обращения: 23.05.2019).
15 Barycentric Coordinates [Электронный ресурс] // Scratchapixel 2.0
[сайт] URL: https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/ray-
tracing-rendering-a-triangle/barycentric-coordinates (дата обращения: 24.05.2019) .
16 А.Заславский, Д.Косов, М.Музафаров Траектории замечательных точек треугольника Понселе // Научно-популярный физико-математический журнал «Квант». - 2003. - №2. - С. 23.
17 Векторное произведение [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт]
URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Векторное_произведение#Геометрическое
_определение (дата обращения: 24.05.2019).
18 OpenGL [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/OpenGL (дата обращения: 21.05.2019) .
19 Интерполяция цветов [Электронный ресурс] // Программирование с
использованием OpenGL: [сайт] URL: http://www.opengl.org.ru/books/
open_gl/chapter4.3.html (дата обращения: 21.05.2019).
20 The secrets of colour interpolation [Электронный ресурс] // Alan
Zucconi: [сайт] URL: https://www.alanzucconi.com/2016/01/06/colour-
interpolation (дата обращения: 21.05.2019).
21 Требования к программному обеспечению [Электронный ресурс] //
Википедия: [сайт] URL: https://m.wikipedia.org/wiki/Требования_к_
программному_обеспечению (дата обращения: 21.05.2019).
22 Диаграмма прецедентов [Электронный ресурс] // Википедия: [сайт] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Диаграмма_прецедентов (дата обращения: 21.05.2019) .
23 Визуальное моделирование систем в StarUML: Учебное пособие /
А.В. Каюмова. - Казань: Казанский федеральный университет, 2013. - 104 с.
24 What is Activity Diagram? [Электронный ресурс] // Visual Paradigm:
[сайт] URL: https://www.visual-paradigm.com/guide/uml-umfied-modelmg-
language/what-is-activity-diagram (дата обращения: 21.05.2019).
25 Арлоу, Д. UML2 и Унифицированный процесс. Практический объектно-ориентированный анализ и проектирование, 2-е издание / Д. Арлоу, И. Нейштадт. - СПб.: Символ-Плюс, 2007. - 624 с.
26 Моделирование покраски [Электронный ресурс] // SprutCAM User Manual [сайт] URL: https://kb.sprutcam.com/SCmanual/latest/all/ru/simulation/ painting-simulation (дата обращения: 24.05.2019).
27 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Использование метода кэширования для ускорения алгоритмов с полигональными моделями // Инновации в науке и практике (ч.2). - ноябрь 2017. - С. 90-94.
28 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Оптимизация поиска пересечений полигонов с использованием параллельных вычислений // Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте: сб. материалов. - Кемерово, 2017 - С. 157-159.
29 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В. Формирование топологически
связанной полигональной модели // Информационные технологии. Автоматизация. Актуализация и решение проблем подготовки высококвалифицированных кадров (ИТАП-2017): сб. материалов. -
Набережные Челны, 2017 - С. 61-67.
30 Rustam R. Miftakhov, Evgenij V. Zubkov. Formation of the Topologically Connected Polygonal Model in CAM software for CNC machines // Contemporary dilemmas: Education, Politics and Values: Year VI, Special Edition. - Mexico, Toluca, December 2018 - P.14.
31 Мифтахов Р.Р., Зубков Е.В Полигональная модель в CAM-системах для станков с ЧПУ // Итоговая научно-образовательная конференция студентов КФУ 2018: сб. статей и тезисов научных докладов - февраль 2019.
Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (149577)
- Бакалаврская работа (38342)
- Диссертация (978)
- Магистерская диссертация (22138)
- Дипломные работы, ВКР (60355)
- Главы к дипломным работам (2138)
- Курсовые работы (10522)
- Контрольные работы (6265)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1481)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы