Система 3D-визуализации управляющих программ для систем PCNC.
Принцип построения и специфика разработки
А. С. Григорьев,
Г. М. Мартинов, д.т.н.
МГТУ «Станкин»
Анализ современных систем трехмерной
визуализации процесса отработки управляющих программ позволяет выделить два
типа систем: CAD-CAM верификаторы управляющих программ и встраиваемые в систему ЧПУ
визуализаторы (Таблица 1). В системах первого типа используется вычислительная
мощность настольных рабочих станций, и
они реализуют сложные функции верификации процесса обработки [1]. Системы
второго типа ограничены ресурсами системы ЧПУ, и они выполняют узко
специфические функции по отображению управляющей программы. Назначение
встроенного в систему ЧПУ визуализатора заключается в:
-
трехмерном
отображение процесса выполнения управляющей программы,
-
получении
наглядного представления о процессе обработки,
-
визуального
отыскания ошибки при внесении непосредственно у станка изменений в коды
управляющей программы,
-
предварительного
просмотра результатов при выполнении параметрических программ для групповых
технологий и т.д.
Таблица 1. Типы систем
трехмерной визуализации
|
CAD-CAM верификаторы управляющих программ |
Встраиваемые в систему ЧПУ визуализаторы
|
|
Кредо
|
Системы ЧПУ SINUMERIC
|
|
SURFCAM
Verify
|
Системы ЧПУ WinPCNC
|
Перед началом визуализации, оператор
системы (пользователь) выбирает управляющую программу, задает форму и габариты
заготовки и загружает необходимый набор инструментов. Далее выполняется процесс
симуляции, результаты которого можно просматривать. Визуализация результата
предполагает реализацию функции масштабирования изображения, его поворота и
перемещения, выбор угла обзора, использования секущих плоскости для просмотров
сечения и т.д.
Далее на базе прецедентов (Рисунок
1) формируются основные элементы архитектуры программируемой системы –
механизмы, классы, функциональности.
рис 1.
Фрагмент диаграммы прецедентов для пользовательского интерфейса
С учетом поставленных задач
была разработана модульная архитектура, представленная на (Рисунок 2).
рис. 2.
Модульная архитектура подсистемы трехмерной визуализации управляющих программ
Эмулятор
системы ЧПУ запускает управляющую программу и передает информацию о номере
выполняемого кадра управляющей программы, о номере инструмента, а также массив
точек, описывающих перемещение инструмента. Визуализация производится с помощью
графической библиотеки Open CASCADE. Контейнер является связующим
звеном между эмулятором ЧПУ и модулем 3D визуализации. Пользовательский
интерфейс реализуется контейнером, где помимо угла обзора просматриваемого
изображения настраиваются габариты заготовки и параметры инструмента.
Использование сложной трехмерной модели заготовки или нестандартного
инструмента возможно посредством загрузки DXF-файла. Файл формата Autocad - DXF, может быть подготовлен любым
стандартным графическим редактором, поддерживающим этот формат.
Для
реализации предложенной архитектуры разработана компонентная модель, имеющая 2
уровня абстракции (Рисунок 3).Абстракция от устройства ЧПУ обеспечивает
универсальность решения и позволяет устанавливать систему на различные системы
ЧПУ. Второй уровень абстрагирует визуализацию от конкретного графического
решения, что позволяет использовать различные графические библиотеки.
рис. 3
Компонентная модель
Эмулятор системы ЧПУ построен по
типу COM компонента и реализует интерфейс команд INCExecuteCommand, интерфейс данных текущего кадра INCBlockData и интерфейс событий INCEvent. Компонент визуализации
построен в виде ActiveX элемента, которой интегрируется в контейнер.
Далее представлен прототип
реализации системы трехмерной визуализации модуля (Рисунок 4), специфицированы
набор функциональных клавиш и содержание экранов для основных режимов.
Например, графический режим реализует функции поворота модели, масштабирования,
сдвига по осям, выбор плоскости отображения и т.д. В интерфейсе оператора
системы ЧПУ мышка является опцией, и поэтому все действия доступны через
функциональные клавиши.
рис. 4
Настройка параметров инструмента
После задания всех необходимых параметров
система проводит симуляцию отработки управляющей программы и отображает ее в
плоскости, которая может быть выбрана оператором. При отображении процесса
пользователь может видеть инструмент, условно изображенный в виде круга и
области которые будут обработаны и которые выделены цветом. На рисунке 5
показан пример отображающий процесс обработки.
рис. 5
Пример практической реализации системы (Отображение процесса обработки)
При отработке управляющей программы эмулятор
постоянно делает запрос на обработку последующего кадра управляющей программы,
являющимся своего рода контрольной точкой прохождения кадра[2]. Данная
последовательность запросов изображена на рисунке 6. И наглядно показывает
последовательность выполнения запросов при отработке управляющей программы.
рис. 6
Последовательность генерации событий
Эмулятором при отработке блока
Предложенные архитектурная и
компонентная модели позволили создать универсальную систему трехмерной
визуализации управляющих программ для отечественных систем ЧПУ, снизить
себестоимость разработки за счет применения готовых графических библиотек и
свести задачу реализации программного обеспечения до уровня инженерного
решения.
Литература
1. Мартинов Г. М. Академическая версия
системы ЧПУ WinPCNC // Инструмент, технология, оборудование. №8.
2. Siemens
SINUMERIK 840D/810D/FM-NC Operator's Guide, 2004 www.siemens.com
3. HEIDENHAIN.
User’s Manual Conversational Programming iTNC 530, 2006. www.heidenhain.com