OFF-LINE ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ CMM

Transcript

1 OFF-LINE ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ CMM ΕΚΠΟΝΗΤΗΣ: ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΑΝΣΟΥΡ ΓΚΑΜΠΡΙΕΛ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ: 6/2013 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2013

2 Ευχαριστίες Όπως είναι κοινώς αποδεχτό, είναι πολύ δύσκολο να φέρεις εις πέρας οποιονδήποτε στόχο έχεις θέσει, χωρίς την βοήθεια κάποιων ανθρώπων. Έτσι και στην παρούσα διπλωματική εργασία, προτού προχωρήσω στην επιστημονική ανάλυση της, θα ήθελα να ευχαριστήσω το καθένα από αυτά τα άτομα ξεχωριστά. Ξεκινώντας λοιπόν θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Μανσούρ Γκαμπριέλ, αρχικά επειδή μου έδωσε την ευκαιρία να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα. Επιπρόσθετα θα ήθελα να τον ευχαριστήσω, όχι μόνο για τις πολύτιμες υποδείξεις του σε θέματα πρακτικά και τεχνολογικά, αλλά και για την βοήθεια και πάνω από όλα κατανόηση που έδειξε σε ζητήματα διαπροσωπικού περιεχομένου, όπως ήταν η περίοδος της εκπλήρωσης της στρατιωτικής μου θητείας. Συνεχίζοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω με την ίδια θέρμη και τον επιστημονικό συνεργάτη του εργαστηρίου, κ. Σαγρή Δημήτρη, ο οποίος παρόλο το επιβαρυμένο πρόγραμμά του κατάφερε και μου αφιέρωσε χρόνο καταλυτικά πολύτιμο για να την εκπόνηση της εργασίας. Οι γνώσεις του πάνω στο θέμα της διπλωματικής μου ήταν πάρα πολύ χρήσιμες και χωρίς την βοήθεια του δε θα τα είχα καταφέρει. Ζούζουλας Γεώργιος 07/07/ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 1. Εισαγωγή Στάθμη γνώσεων Περιγραφή της CMM Brown & Sharpe DEA SCIROCCO Γενικά Χαρακτηριστικά Δομή Ακίδα-Αισθητήρας Αρχή λειτουργίας Διαμόρφωση λογισμικού Σχεδιαστικό μοντέλο της CMM Γενικά Μοντελοποίηση μελών CMM Κινηματικό μοντέλο της CMM Ανάλυση κατά Denavit-Hartenberg Κατάστρωση εξισώσεων κινηματικής Ευθές πρόβλημα Αντίστροφο πρόβλημα Αυτοματοποίηση της διαδικασίας Γενικά Microsoft Visual Basic Φόρμες (Forms) Κυρίως φόρμα (CMM Main) Φόρμα περί του προγράμματος (CMM About) Φόρμα εισαγωγής (CMM Splash) Modules Constants Globals Dll Main OnTop Compaq Visual Fortran Solid-API Wolfram Mathematica Εφαρμογή Ανάπτυξη προγράμματος Αποτελέσματα Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ (ΕΛΛΗΝΙΚΑ) ΠΕΡΙΛΗΨΗ (ΑΓΓΛΙΚΑ) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

4 1. Εισαγωγή Η παρούσα διπλωματική εργασία εντάσσεται στα πλαίσια της προσπάθειας που καταβάλλει το Εργαστήριο Εργαλειομηχανών και Διαμορφωτικής Μηχανολογίας του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την ανάπτυξη μιας εφαρμογής ελέγχου μιας μηχανής τρισδιάστατων μετρήσεων (Coordinate Measuring Machines, CMM) με OFF-LINE προγραμματισμό. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η δημιουργία του κατάλληλου λογισμικού υλικού, ώστε με εύκολο και παραστατικό τρόπο να απεικονίζεται η κίνηση της C.M.M. σε τρισδιάστατο περιβάλλον. Πιο συγκεκριμένα, το συγκεκριμένο λογισμικό αναπτύσσεται ώστε να έχει ο χρήστης την δυνατότητα να κατευθύνει την μηχανή και να βλέπει τις αντιδράσεις της, χωρίς να έρθει καν σε επαφή με την πραγματική μηχανή. Στην προκειμένη περίπτωση πρόκειται για τη C.M.M. SCIROCCO-RECORD της εταιρίας Brown & Sharpe DEA. Για την επίτευξη της όλη διαδικασίας απαιτείται η ολοκλήρωση των εξής βημάτων: 1. Μετρήσεις των διαστάσεων της μηχανής, ώστε να υπάρχει σύγκλιση μεταξύ του πραγματικού και του σχεδιαστικού μοντέλου. 2. Γραφική προσομοίωση της C.M.M.. Για την προσομοίωση και τον οπτικό έλεγχο χρησιμοποιείται το πρόγραμμα SolidWorks, το οποίο ανήκει στην κατηγορία των παραμετρικών στερεών μοντελοποιητών (parametric solid modelers). 3. Ανάπτυξη του κινηματικού μοντέλου και επιλογή συστήματος συντεταγμένων, για το κάθε μέλος, μέσω της μεθόδου Denavit-Hartenberg. 4. Μαθηματική επίλυση του ευθέως και του αντίστροφου προβλήματος, με ολοκληρωμένες ρουτίνες κυρίως σε Visual Fortran. 5. Ανάπτυξη του κυρίως κώδικα με χρήση της αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού Visual basic. (Γίνεται εκτενής αναφορά στα στάδια, αλλά και στα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν, στα επόμενα κεφάλαια) 3 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

5 Το τελευταίο στάδιο είναι πολύ σημαντικό γιατί όχι μόνο είναι υπεύθυνο για την διασύνδεση με το χρήστη (μέσω φορμών), αλλά και για το ότι καθιστά δυνατή την επικοινωνία μεταξύ όλων των λοιπών λογισμικών που χρειάζονται για το επιθυμητό αποτέλεσμα. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι η εξής: Visual Basic SolidAPI Win32 API SolidWorks 3D Σχεδίαση της CMM SolidAPI Visual Fortran Επίλυση ευθέως αντίστροφου SolidWorks Προσομοίωση της κίνησης της CMM Εικόνα 1.1 Διαδικασία επικοινωνίας λογισμικών Επικοινωνία του SolidWorks με την Visual Basic για την μεταφορά δεδομένων (π.χ. γεωμετρία της C.M.M.). Επικοινωνία της Visual Basic με την Visual Fortran για μεταφορά των παραπάνω δεδομένων και κατ επέκταση επίλυση του ευθέως και του αντίστροφου προβλήματος της κινηματικής. Επικοινωνία της Visual Fortran με την Visual Basic για μεταφορά των παραπάνω αποτελεσμάτων. Επικοινωνία της Visual Basic με το SolidWorks για έλεγχο των λύσεων και πραγματοποίηση της προσομοίωσης της κινητικής της C.M.M. Κάπως έτσι ολοκληρώνεται επιγραμματικά, η διαδικασία του OFF-LINE προγραμματισμού της συγκεκριμένης μηχανής. 4 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

6 2. Στάθμη Γνώσεων ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Όπως είναι αναμενόμενο η αυξανόμενη πολυπλοκότητα των προϊόντων στη σημερινή εποχή δημιουργεί μια αυξανόμενη ζήτηση για αυστηρές διαδικασίες παραγωγής και για βελτίωση της ποιότητας. Σαν αποτέλεσμα στα ερευνητικά προγράμματα δόθηκε βάση στον off-line προγραμματισμό για να επιτευχθούν τα ζητούμενα αποτελέσματα. Ανατρέχοντας λοιπόν σε παλαιότερες δημοσιεύσεις και papers βρήκα παραδείγματα τα οποία με βοήθησαν να εξοικειωθώ με την έννοια του off-line προγραμματισμού και να αναπτύξω το επίπεδο γνώσεων μου. Σε πρώτη φάση γίνεται κατανοητό ότι ο συγκεκριμένος τύπος προγραμματισμού έχει αναπτυχθεί περισσότερο για βιομηχανικά ρομπότ. Αυτό είναι εμφανές και από τον αριθμό των δημοσιεύσεων στο συγκεκριμένο αντικείμενο. Σαφώς αυτό μπορούμε να το καταλάβουμε και από το ίδιο το Εργαστήριο Εργαλειομηχανών και Διαμορφωτικής Μηχανολογίας του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, καθότι έχει αναπτύξει και τελειοποιήσει μέσα από μια σειρά διπλωματικών-διδακτορικών διατριβών και papers το λογισμικό για τον off-line προγραμματισμό των ρομποτικών βραχιόνων G Wittenberg /1/, Περιγράφει τις εξελίξεις και τα οφέλη του off-line προγραμματισμού για τα ρομπότ. Ψάχνει στα διάφορα πακέτα λογισμικού για τη δημιουργία και τη προσομοίωση προγραμμάτων ρομπότ και συζητά την έννοια των «ανοικτών συστημάτων» που επιτρέπουν στο χρήστη να αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητες του λογισμικού. Δίνει παραδείγματα του λογισμικού που χρησιμοποιείται στη ρομποτική συγκόλλησης. Τελειώνει με μια σύντομη ματιά στις εξελίξεις για την προσομοίωση και τα Off-line πακέτα προγραμματισμού. Pan, Z., Polden, J., Larkin, N. P., van Duin, S. & Norrish, J./2/, Παρά το γεγονός ότι η ρομποτική λόγω της ευέλικτης αυτοματοποίησης είναι μια ενδιαφέρουσα προοπτική για τις μικρές προς τις μέσες των επιχειρήσεων, στην εποχή του παγκόσμιου ανταγωνισμού, η πολυπλοκότητα του προγραμματισμού παραμένει ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια που περιορίζουν τις εφαρμογές της. Η εργασία αυτή παρουσιάζει μια αυτοματοποιημένη μέθοδο off-line προγραμματισμού (AOLP) για να αντιμετωπίσει το θέμα αυτό. Το AOLP είναι ένα λογισμικό που αυτόματα προγραμματίζει ένα ρομποτικό σύστημα συγκόλλησης με υψηλό βαθμό Ελευθεριών (dofs). Παίρνει ένα CAD μοντέλο ως είσοδο και είναι σε θέση να παράγει το πλήρες ρομποτικό κωδικό συγκόλλησης χωρίς καμία περαιτέρω προσπάθεια. Florin Girbacia, Mihai Duquleana, Adrian Stavar/3/, Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια μεθοδολογία και ένα πρωτότυπο σύστημα για off-line προγραμματισμού ενός βιομηχανικού ρομπότ που χρησιμοποιεί τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας. Το σύστημα ουσιαστικά ελέγχει ένα εικονικό μοντέλο του βιομηχανικού ρομπότ, που βρίσκεται στο πραγματικό περιβάλλον, κάνει τον απαραίτητο έλεγχο για την σύγκρουση με άλλα αντικείμενα, δημιουργεί το πρόγραμμα του ρομπότ και προσομοιώνει τις ενέργειες του πριν από το πραγματικό ρομπότ. Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι η χρήση του φθηνού εξοπλισμό για τον διαισθητικό off-line προγραμματισμό ενός βιομηχανικού ρομπότ. 5 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

7 Σ. Μήτση, Κ.-Δ. Μπουζάκης, Δ. Σαγρής, Γκ. Μανσούρ/4/, Η εργασία παρουσιάζει μια μεθοδολογία βέλτιστου σχεδιασμού διαδρομής σειριακού χωρικού βραχίονα, απαλλαγμένης από συγκρούσεις με εμπόδια, χρησιμοποιώντας πολλαπλά κριτήρια. Κύρια κριτήρια βελτιστοποίησης αποτελούν ο χρόνος κίνησης, η αποφυγή συγκρούσεων και σχηματισμών ιδιομορφίας. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλύεται μέσω υβριδικής μεθόδου που χρησιμοποιεί έναν γενετικό αλγόριθμο, μια μέθοδο αναρρίχησης quasi- Newton και μια μέθοδο ελέγχου των ορίων των μεταβλητών. Οι επιδόσεις της μεθοδολογίας επιβεβαιώνονται με εφαρμογή της σε βραχίονα έξι βαθμών ελευθερίας, χρησιμοποιώντας παράλληλα ένα off-line σύστημα ελέγχου του ρομπότ. Δ. Σαγρής, Κ.-Δ. Μπουζάκης, Σ. Μήτση, Γκ. Μανσούρ/5/, Η εργασία παρουσιάζει μια μεθοδολογία γεωμετρικού σχεδιασμού χωρικού βραχίονα τριών βαθμών ελευθερίας. Ο προτεινόμενος υβριδικός αλγόριθμος επίλυσης αυτού του προβλήματος συνδυάζει έναν γενετικό αλγόριθμο, μια μέθοδο αναρρίχησης με κλίση (gradient) και μια μέθοδο ελέγχου των ορίων των μεταβλητών. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται σε χωρικό βραχίονα RRR τριών βαθμών ελευθερίας με τρεις αρθρώσεις περιστροφής, με τρία προκαθορισμένα σημεία κατεργασίας. Σ. Μήτση, Κ.-Δ. Μπουζάκης,, Γκ. Μανσούρ, Δ. Σαγρής, Γ, Μάλλιαρης /6/, Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η δημιουργία του κατάλληλου λογισμικού υλικού, ώστε με εύκολο και παραστατικό τρόπο να είναι δυνατή η δημιουργία τροχιών, ο έλεγχος της κίνησης του βραχίονα, η προσομοίωση της όλης τροχιάς σε τρισδιάστατο περιβάλλον και η παραγωγή του NC κώδικα. Weidong Zhu,Weiwei Qu,Lianghong Cao,Di Yang,Yinglin Ke/7/, Τα Off-line συστήματα προγραμματισμού αποτελούν απαραίτητα εργαλεία για την αποτελεσματική χρήση των ρομπότ σε περιβάλλοντα παραγωγής. Αυτή η εργασία παρουσιάζει ένα ειδικό off-line σύστημα προγραμματισμού για τις ρομποτικές γεωτρήσεις στην αεροδιαστημικής. Μετά από μια σύντομη εισαγωγή της αρχιτεκτονικής του συστήματος, το έγγραφο εξετάζει δύο σημαντικά προβλήματα προγραμματισμού off-line για τις ρομποτικές γεωτρήσεις, δηλαδή, την ανάλυση πλεονασμού και τη διόρθωση θέσης. Προτείνεται ένας νέος δείκτης απόδοσης για τις συνδυασμένες απαιτήσεις της μοναδικότητας και της αποφυγής των οριακών θέσεων. Μία μέθοδος διόρθωσης θέσης, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα μέτρησης των οπών αναφοράς, έχει αναπτυχθεί για την ενίσχυση της ακρίβειας ρομποτικής γεώτρησης. Τα προγράμματα του ρομπότ που δημιουργούνται, χρησιμοποιώντας το ανεπτυγμένο σύστημα, έχουν δοκιμαστεί σε ένα ρομποτικό σύστημα γεώτρησης, και παρέχονται τα πειραματικά αποτελέσματα. Προφανώς τα παραπάνω με βοήθησαν να βελτιώσω τις γνώσεις μου γενικά για τον συγκεκριμένο τύπο προγραμματισμού. Πιο συγκεκριμένα τώρα για τον off-line προγραμματισμό μιας CMM μηχανής τα αντίστοιχα papers και δημοσιεύσεις σε προϊδεάζουν για το τι περίπου θα αντικρίσεις στον δικό σου προγραμματισμό μιας αντίστοιχης CMM. 6 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

8 D.J. Medeiros, G. Thomas, A.B. Ratkus, D. Cannon/8/, Μια νέα μέθοδος για τον προγραμματισμό μιας μηχανής μέτρησης συντεταγμένων (CMM) περιγράφεται. Μια συσκευή ανίχνευσης-θέσης, έξι βαθμών ελευθερίας, χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό των σημείων μέτρησης σε ένα πραγματικό μέρος, δημιουργώντας έτσι ένα πρόγραμμα CMM. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η συσκευή ανίχνευσης-θέσης, αν και δεν είναι αρκετά ακριβής για την επιθεώρηση του κομματιού, διαθέτει επαρκή ακρίβεια για τον προγραμματισμό μηχανής. Τα αποτελέσματα αυτά επαληθεύονται με το γράψιμο και την εκτέλεση ενός προγράμματος CMM Y.H Chen, Y.Z Wang, Z.Y Yang /9/, Στο έγγραφο αυτό προτείνεται, μια νέα διαδρομή ελέγχου περιβάλλοντος μιας μηχανής μέτρησης συντεταγμένων (CMM), που ονομάζεται απτική εικονική μηχανή μέτρησης συντεταγμένων (HVCMM), η οποία κάνει χρήση της τεχνικής μοντελοποίησης επαφής για CMM off-line προγραμματισμό. HVCMM είναι ένα ακριβές μοντέλο της πραγματικής CMM, προσομοιώνοντας τη λειτουργία μιας CMM και τη διαδικασία μέτρησής της σε ένα εικονικό περιβάλλον, με την αντίληψη απτική. Ο off-line προγραμματισμός της CMM επιτρέπει να λάβει χώρα η όλη διαδικασία ακριβώς όπως εάν ήταν ένας χειριστής μπροστά από μια πραγματικό CMM και μετακινούσε την πραγματική ακίδα της CMM. Επιπλέον, όταν μια επαφή λαμβάνει χώρα μεταξύ της CMM και του αντικειμένου μέτρησης, μια δύναμη που παράγεται με βάση το προτεινόμενο μοντέλο μηχανικής εκτός από οπτικά δείχνει την επαφή στο και HVCMM περιβάλλον. Wenzhe Chen, Xipeng Xu, Pinqiang Dai, Yonglu Chen, Zhengyi Jiang /10/, Ο off-line προγραμματισμός μπορεί να δημιουργήσει προγράμματα με βελτιστοποιημένες δομές και σαφή επίπεδα, πραγματοποιώντας παραμετρικό προγραμματισμο. Είναι σε θέση να επιτύχει σχεδόν όλα τα είδη των αντικειμένων μέτρησης. Μια υπορουτίνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του προγραμματισμού. Η εργασία αυτή εισάγει την εφαρμογή του offline προγραμματισμού μέσω παραδειγμάτων. Bai Yuewei, Wei Shuangyu, Liu Kai, Wang Xiaogang /11/, Η αυτόματα προγραμματιζόμενη συσκευή, που δουλεύει μακριά από την CMM (μηχανή μέτρησης συντεταγμένων) μειώνει το λειτουργικό κόστος και το χρόνο προγραμματισμού. Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια στρατηγική για την αυτόματη μέτρηση σχεδιασμό του προγράμματος με ένα σύστημα συνδυάζοντας κατάλληλα τα σημεία μέτρησης και τα σημεία ελέγχου της διαδρομής με μια λογική ακολουθία. Ένας αλγόριθμος έχει συζητηθεί για το πώς να διαχειρίζονται τα σημεία ελέγχου στο δεδομένο επίπεδο, π.χ., εισαγωγή, επεξεργασία και διαγραφή διαδικασιών. Ο διαλέγει και επεξεργάζεται τα σημεία ελέγχου κατά μήκος της διαδρομής μέτρησης και δημιουργεί ένα πρόγραμμα ελέγχου της σύγκρουσης. Όσον αφορά το αποτέλεσμα της δοκιμασίας, δείχνουν ότι το παραγόμενο πρόγραμμα μέτρησης ανταποκρίνεται στα πρότυπα της DMIS (Πρότυπα μετρούμενων διαστάσεων διεπαφών) και μπορεί να οδηγήσει τη CMM μηχανή για να εκτελέσει όλες τις λειτουργίες μέτρησης σωστά. Με αυτή τη μέθοδο οι χρόνοι μετρήσεων μειώνονται περίπου 30% σε σύγκριση με τη συμβατική μέθοδο. Γενικά το επίπεδο γνώσεων για τον offline προγραμματισμό μιας CMM μπορεί να μην είναι ιδιαίτερα διαδεδομένο, αλλά υπάρχουν επιστήμονες ανά τον κόσμο που έχουν καταλάβει την χρησιμότητα του και αναπτύσσουν σταδιακά διαφόρων ειδών λογισμικά προς αυτή την κατεύθυνση. 7 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

9 3. Περιγραφή της C.M.M. Brown & Sharpe DEA SCIROCCO 3.1 Γενικά Η μηχανή που χρησιμοποιήθηκε για τις ανάγκες της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η SCIROCCO-RECORD της εταιρίας Brown & Sharpe DEA. Η συγκεκριμένη μηχανή, που απεικονίζεται και στην εικόνα 3.1, ανήκει στο εργαστήριο εργαλειομηχανών και διαμορφωτικής μηχανολογίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Εικόνα 3.1 Brown & Sharpe DEA SCIROCCO-RECORD 8 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

10 3.2 Χαρακτηριστικά ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Οι μηχανές τρισδιάστατων μετρήσεων ή μηχανές μέτρησης συντεταγμένων (Coordinate Measuring Machines, CMM) είναι μηχανές με τις οποίες γίνονται μετρήσεις ακριβείας και υποστηρίζουν εργασίες ποιοτικού ελέγχου και σχεδιασμού. Είναι εξαιρετικά χρήσιμες καθότι έχουν την δυνατότητα να καταγράψουν με ακρίβεια τη μορφή και τις διαστάσεις ενός μηχανολογικού τεμαχίου περιορίζοντας παράλληλα το σφάλμα του ανθρώπινου παράγοντα, κατά την διεξαγωγή και ανάγνωση των ενδείξεων, στο ελάχιστο. Επιπρόσθετα, ένα ακόμη σημαντικό πλεονέκτημα της χρήσης μηχανών C.M.M. είναι η δυνατότητα αποτύπωσης καμπυλών και γενικότερα επιφανειών και μορφών κομματιών που είναι αδύνατον με άλλο μέσο να καταγραφούν, όπως π.χ. τα πτερύγια ενός στροβίλου. Η ακρίβεια μέτρησης ενός πολύπλοκου μηχανολογικού εξαρτήματος φτάνει σήμερα ακόμη και την τάξη του 0.001mm (σε ειδικές περιπτώσεις 0,5μm). Λόγω των υψηλών απαιτήσεων ακριβείας, μια μηχανή CΜΜ θα πρέπει να βρίσκεται σε χώρο ελεγχόμενων συνθηκών, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι μια τέτοια μηχανή δεν μπορεί να εγκατασταθεί σε χώρους παραγωγής: 1. Θερμοκρασία Υγρασία μέγιστο 45% 3. Καθαρός περιβάλλοντας χώρος από σκόνες (clean room) Για την σωστή λειτουργία μιας τέτοιας μηχανής εκτός από την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος (προφανώς) απαιτείται και η παροχή συμπιεσμένου αέρα: 1. Ελάχιστη εισαγόμενη πίεση 0,45 Mpa(4,5bar) 2. Κατανάλωση 21 l/min Χαρακτηριστικά εισαγόμενου αέρα στη μηχανή σύμφωνα με ISO : 1. Μέγιστη συγκέντρωση λαδιού 5 mg/m^3 2. Μέγιστο μέγεθος στερεών σωματιδίων 40 μm Αν ο συμπιεσμένος αέρας δεν ικανοποιεί τις παραπάνω απαιτήσεις τότε είναι απαραίτητη η εγκατάσταση μίας μονάδας φιλτραρίσματος η οποία θα αποτελείται από ένα πρωταρχικό φίλτρο πάχους 0,04 ή 0,05mm και ένα δευτερεύων φίλτρο ανθεκτικό στο λάδι. 9 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

11 3.3 Δομή ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Παρακάτω απεικονίζονται τα βασικά μέρη της SCIROCCO-RECORD μηχανής: Εικόνα 3.2 Δομή C.M.M. 1. Υποστηρίγματα μηχανής 2. Τράπεζα εργασίας από γρανίτη 3. Αρθρωτή κεφαλή, κορμός ακίδας, ακίδα, αισθητήρας 4. Αριστερός βραχίονας φορείου μεταφοράς 5. Βασικός κορμός φορείου μεταφοράς 6. Κατακόρυφο έμβολο 7. Κεντρικό φορείο 8. Δεξιός βραχίονας φορείου μεταφοράς Όπως φαίνεται και από την εικόνα 3.2 η συγκεκριμένη μηχανή τρισδιάστατων μετρήσεων, πάνω στην οποία έγινε η διπλωματική εργασία, ανήκει στην κατηγορία των μηχανών τύπου κινητής γέφυρας και έχει την δυνατότητα να κινηθεί με βάση 5 βαθμούς ελευθερίας (3 μεταφορές και 2 περιστροφές): 1 μεταφορά της γέφυρας (4,5,8) στον άξονα Χ 1 μεταφορά του κεντρικού φορείου (7) στον άξονα Υ 1 μεταφορά του κατακόρυφου εμβόλου (6) στον άξονα Ζ 1 περιστροφή της κεφαλής της ακίδας (3) (γωνία β ή γωνία Yaw) 1 περιστροφή της ακίδας (3) (γωνία α ή γωνία Pitch) 10 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

12 3.4 Ακίδα-αισθητήρας ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Ίσως η ακίδα και ο αισθητήρας να είναι το πιο σημαντικό κομμάτι για αυτές τις μετρητικές μηχανές για αυτό το λόγο παρατίθενται αναλυτικά τα μέλη που την αποτελούν: (Στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιήθηκε ακίδα της εταιρίας RENISHAW) 1. Μια αρθρωτή κεφαλή ΡΗ10Τ Εικόνα 3.3 Γωνίες ακίδας Ο άξονας a (Pitch) περιστρέφεται από 0 έως 105 Ο άξονας b (Yaw) περιστρέφεται από -180 έως ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

13 2. Ο κορμός που θα ενώσει το αρθρωτό τμήμα με την κεφαλή της ακίδας TP Η ακίδα Εικόνα 3.4 Επέκταση (probe body) και κορμός ακίδας Εικόνα 3.5 Ακίδα Renishaw Ο επαφέας-ακίδα αποτελείται από τρεις ηλεκτρικές συνδεσμολογίες που βρίσκονται συνέχεια σε επαφή με τη βοήθεια ελατηρίου. Όταν ακουμπήσει σε μια επιφάνεια, τότε παρεκτρέπεται διακόπτοντας έτσι τουλάχιστον μία από τις συνδεσμολογίες, οπότε και καταγράφεται ένα σημείο μέτρησης. 12 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

14 3.5 Αρχή λειτουργίας Η βασική αρχή λειτουργίας μιας μετρητικής μηχανής C.M.M. είναι η εξής: Υπερευαίσθητος επαφέας-αισθητήρας (touch probe) διατρέχει την επιφάνεια του προς μέτρηση κομματιού. Η σχετική μετατόπιση της βάσης του αισθητήρα ως προς σύστημα αναφοράς, που έχει προκαθοριστεί, αντιστοιχεί σε μεταβολή τάσης. Για κάθε σημείο επαφής του αισθητήρα με το τεμάχιο, καταγράφονται οι συντεταγμένες (καρτεσιανές, πολικές και σφαιρικές) του σημείου ως προς το σύστημα αναφοράς. Η αναλογική μεταβολή τάσης μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα μέσω ειδικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που είναι συνδεδεμένα με το σύστημα και στη συνέχεια με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού γίνεται απεικόνιση των θέσεων των σημείων στο χώρο. Με τον τρόπο αυτόν αποτυπώνονται το σχήμα και οι διαστάσεις του αντικειμένου. Οι C.M.M. συνδέονται με ηλεκτρονικό υπολογιστή ή άλλες εξειδικευμένες μηχανές καταγραφής για λήψη, ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων από τις μετρήσεις με τη χρήση ειδικού λογισμικού. Προσεγγίζοντας πρακτικά την υπόθεση λειτουργίας μιας τέτοιας μηχανής αξίζει να τονίσουμε ότι όλο αυτό σύστημα μέτρησης υποστηρίζεται από βοηθητικές μηχανές (servo) και φέρεται πάνω σε έδρανα ολίσθησης με αέρα και βάσεις από γρανίτη. Τα έδρανα με αέρα ελαχιστοποιούν την πιθανότητα να κολλήσει το σύστημα κατά την διαδρομή του. Ο αέρας που είναι γύρω από το σύστημα απαιτείται να είναι καλά φιλτραρισμένος. Ακόμη επιλέγεται η βάση να είναι από γρανίτη, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι πιθανότητες της παραμόρφωσης που επέρχεται στο σύστημα λόγω θερμικής διαστολής των υλικών του (γρανίτης κακός αγωγός θερμότητας). Πολύ σημαντικό είναι προτού πραγματοποιηθεί η οποιαδήποτε μέτρηση να προηγηθεί η διακρίβωση της ακίδας. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια προτύπου υψηλής ακριβείας και καθορίζεται το κέντρο και η ακτίνα του αισθητήρα. Εικόνα 3.6 Διακρίβωση ακίδας 13 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

15 3.6 Διαμόρφωση λογισμικού Το λογισμικό των μηχανών C.M.M. διαμορφώνεται με δύο τρόπους: on-line και off-line προγραμματισμό. Στα πλαίσια της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας θα ασχοληθούμε μόνο με τον off-line προγραμματισμό, παρόλα αυτά θεωρώ πρέπων να γίνει σε αυτό το σημείο μια αναφορά και στο online για λόγους καλύτερης κατανόησης. On-line προγραμματισμός: Ο έλεγχος των τεμαχίων γίνεται χειροκίνητα μέσω του Jogbox portable terminal. Πρέπει κατά σειρά να οριστούν οι κατάλληλοι αισθητήρες, να γίνει η διακρίβωση τους, να οριστεί σύστημα συντεταγμένων και ένα σημείο επιστροφής της κεφαλής μετά από κάθε μέτρηση. Έχοντας η C.M.M. αναγνωρίσει όσα σημεία της χρειάζονται, για να προσδιορίσει τα γεωμετρικά δεδομένα του τεμαχίου, δημιουργεί το ζητούμενο πρόγραμμα σαν αποτέλεσμα. Γενικά πρόκειται για μια χρονοβόρα διαδικασία, καθότι ο χειριστής πρέπει να κινήσει τη μηχανή από σημείο σε σημείο και αυτό συνεπάγεται νεκρά διαστήματα άρα και κόστος. Επίσης πρόκειται και για μια ανακριβή διαδικασία, καθότι η προσέγγιση του σημείου γίνεται με οπτικά μέσα. Εικόνα 3.7 Jogbox Portable terminal 14 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

16 Off-line προγραμματισμός: Τα παραπάνω οδήγησαν στην ανάγκη του προγραμματισμού της μελλοντικής χρήσης της μηχανής την ώρα που ήδη εργάζεται σε ένα πρόγραμμα. Αυτό ουσιαστικά ονομάζεται off-line προγραμματισμός και επιτρέπει την ταυτόχρονη εργασία και προγραμματισμό της C.M.M.. Με άλλα λόγια όσο η C.M.M. εργάζεται πάνω σε ένα πρόγραμμα, ο χειριστής της μπορεί να προγραμματίζει μια μελλοντική της εργασία χωρίς να εμπλέκεται καθόλου με την μηχανή. Ο προγραμματισμός γίνεται σε Η/Υ όπου υπάρχει μια γραφική εξομοίωση της C.M.M. (SolidWorks στη δική μας περίπτωση). Το τελικό πρόγραμμα φτάνει στη μηχανή σε ηλεκτρονική μορφή και μπορεί να τεθεί σε εφαρμογή αμέσως με το που τελειώσει η μηχανή την προηγούμενη της εργασία, χωρίς καμία καθυστέρηση. Επίσης είναι εφικτή και η χρήση περισσοτέρων από μιας μηχανών C.M.M. σε ένα χώρο εργασίας καθότι με τον off-line προγραμματισμό έχουμε στον Η/Υ και χρονικό έλεγχο της εργασίας, αλλά και πλήρη εποπτεία του χώρου εργασίας. Επιπρόσθετα, υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου συγκρούσεων των μελών με κάποιο τμήμα στο χώρο εργασίας, πριν αυτές συμβούν στην πραγματικότητα με τεράστιο κόστος τόσο σε ανταλλακτικά όσο και σε χρόνο παραγωγής. Τέλος, δίνεται η δυνατότητα στον χειριστή ή προγραμματιστή να εργάζεται στον επιθυμητό χώρο εργασίας του (π.χ. γραφείο), έτσι ώστε η πολύωρη ενασχόληση για την δημιουργία μιας σύνθετης τροχιάς να γίνεται σε άνετο για αυτόν περιβάλλον. 15 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

17 4. Σχεδιαστικό μοντέλο της C.M.M. 4.1 Γενικά Για την μοντελοποίηση της C.M.M. χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα SolidWorks και πιο συγκεκριμένα η έκδοση του Πρόκειται για ένα πρόγραμμα που σου δίνει την δυνατότητα να σχεδιάζεις όχι μόνο σε δισδιάστατα(2d) περιβάλλοντα αλλά και σε τρισδιάστατα(3d), παράγοντας εντυπωσιακά αποτελέσματα. Έχει αναπτυχθεί από την Dassault Systèmes SolidWorks Corp, η οποία είναι θυγατρική της Dassault Systèmes, SA (Vélizy, Γαλλία) και αυτή τη στιγμή χρησιμοποιείται από πάνω από 2 εκατομμύρια μηχανικούς και σχεδιαστές σε περισσότερες από επιχειρήσεις σε όλο τον κόσμο. Η επιλογή του συγκεκριμένου προγράμματος έγινε για τρεις κυρίως λόγους: Το πακέτο εγκαθίσταται και συνεργάζεται άριστα με το λειτουργικό σύστημα Windows με αποτέλεσμα να παρουσιάζει αυξημένη ευχρηστία και λειτουργικότητα. (Windows 7 Ultimate στην εργασία) Παρέχει όλα τα απαραίτητα εργαλεία για την μοντελοποίηση ακόμη και των πιο σύνθετων στερεών σωμάτων. Δίνεται η δυνατότητα ελέγχου των εντολών του προγράμματος μέσω προγραμματισμού με την χρήση του SolidAPI. Το SolidAPI αποτελείται από ένα σύνολο εντολών του SolidWorks κατάλληλα διαμορφωμένων ώστε να είναι δυνατή η χρήση τους από διάφορες γλώσσες προγραμματισμού (κυρίως Visual C++, Visual Basic for Applications) Κυριότερο χαρακτηριστικό του πακέτου του SolidWorks, είναι ότι δίνει ουσιαστικά την δυνατότητα υλοποίησης μεγάλων συναρμολογημένων κατασκευών (assemblies), αφού πρώτα σχεδιαστούν τα επιμέρους κομμάτια (parts). Η συναρμολόγηση γίνεται σχετίζοντας την θέση των επιμέρους κομματιών μεταξύ τους (με χρήση mates). Τελειώνοντας είναι ιδιαίτερα σημαντικό να τονίσουμε ότι διαθέτει ακόμη και εντολές φωτορεαλιστικής απεικόνισης. Παρακάτω φαίνεται το γραφικό περιβάλλον εργασίας του προγράμματος, όπου απεικονίζεται η μηχανή τρισδιάστατων μετρήσεων Brown & Sharpe DEA SCIROCCO. 16 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

18 Εικόνα 4.1 Περιβάλλον εργασίας SolidWorks 4.2 Μοντελοποίηση μελών C.M.M. Η στερεή μοντελοποίηση των μελών έγινε λαμβάνοντας υπ όψη τα εξής κριτήρια: Διατήρηση των διαστάσεων των μελών Αποφυγή λεπτομερειών στη σχεδίαση που δεν προσφέρουν ουσιαστικά στην εφαρμοζόμενη μέθοδο, έτσι ώστε να διατηρείται το μέγεθος των αρχείων μικρό. Σχεδίαση των σημείων τα οποία θα βοηθήσουν αργότερα στην συναρμολόγηση της μηχανής. Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να τονιστεί ότι οι διαστάσεις λήφθηκαν από συνδυασμό μετρήσεων στο χέρι, αλλά και από το ίδιο το εγχειρίδιο της μηχανής. 17 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

19 Η C.M.M. αποτελείται από πέντε μέλη (και τη βάση της μηχανής-μέλος 0): 1. Part 0 Βάση μηχανής (μπλε) 2. Part 1 Γέφυρα μεταφοράς (κόκκινο) 3. Part 2 Κεντρικό φορείο (κίτρινο) 4. Part 3 Κατακόρυφο έμβολο (σκούρο κόκκινο) 5. Part 4 Αρθρωτή κεφαλή (πράσινο) 6. Part 5 Ακίδα-Επαφέας (μώβ) Εικόνα 4.2 Μέλη μηχανής Στη συνέχεια δίνεται με λεπτομέρειες ο τρόπος μοντελοποίησης της αρθρωτής κεφαλής(part 4) αλλά και της ακίδας(part 5). Αποτελούν ίσως τα δύο πιο σημαντικά μέλη της μηχανής γι αυτό το λόγο επιλέγεται να αναπτυχθούν αυτά. Τα υπόλοιπα μέλη δημιουργούνται με την ίδια διαδικασία και με τις ίδιες εντολές. 18 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

20 Μέλος 4: Αρχικά επιλέγουμε το επίπεδο Top Plane και με την εντολή Sketch σχεδιάζουμε το ημικύκλιο με βάση τις μετρούμενες διαστάσεις (Εικόνα 4.3). Εικόνα 4.3 Top plane Sketch 19 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

21 Εν συνεχεία δίνουμε όγκο στο σχέδιο με την εντολή Revolve για 360 (Εικόνα 4.4). Εικόνα 4.4(a) Revolve 1 (πριν) Εικόνα 4.4(b) Revolve 1 (μετά) 20 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

22 Στη συνέχεια κάνοντας χρήση πάλι της εντολής Sketch σχεδιάζουμε, αυτή τη φορά στο επίπεδο Right plane ένα ορθογώνιο (μπλε χρώμα στην Εικόνα 4.5), το οποίο θα το χρησιμοποιήσουμε σαν το περίγραμμα που χρειάζεται η εντολή Cut revolve για να κόψει για 143 και να αφαιρέσει ένα μέρος του στερεού. Εικόνα 4.5(a) Cut revolve 1 (πριν) Εικόνα 4.5(b) Cut revolve 1 (μετά) 21 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

23 Έπειτα χρησιμοποιούμε πάλι την εντολή sketch για να σχεδιάσουμε το νέο περίγραμμα που θέλουμε να κόψουμε με την εντολή Cut revolve αυτή τη φορά όμως για 360. Εικόνα 4.6 (α) Cut revolve 2 (πριν) Εικόνα 4.6(b) Cut revolve 2 (μετά) 22 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

24 Ομοίως sketch για το περίγραμμα αλλά αυτή τη φορά χρησιμοποιούμε την εντολή Cut extrude με διεύθυνση through all, δηλαδή να διαπεράσει το στερεό μέχρι το τέλος των διαστάσεών του. Εικόνα 4.7(α) Cut extrude 1 (πριν) Εικόνα 4.7(b) Cut extrude 1 (μετά) 23 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

25 Προχωρώντας έχουμε εκ νέου Sketch και Cut revolve για 360. Εικόνα 4.8(α) Cut revolve 3 (πριν) Εικόνα 4.8(b) Cut revolve 3 (μετά) 24 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

26 Συνεχίζουμε αφαιρώντας κομμάτια του στερεού με τις εντολές Sketch και Cut extrude για Blind διεύθυνση των 26, mm. Blind σημαίνει ότι θα κόψει ακριβώς όσα και τα χιλιοστά που επιθυμούμε. Εικόνα 4.9(α) Cut extrude 2 (πριν) Εικόνα 4.9(b) Cut extrude 2 (μετά) 25 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

27 Επιπρόσθετα, έχουμε sketch και δημιουργία όγκου αυτή τη φορά, με την εντολή Extrude για Blind διεύθυνση των 10mm. Εικόνα 4.10(α) Extrude 1 (πριν) Εικόνα 4.10(b) Extrude 1 (μετά) 26 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

28 Έχουμε ακόμη sketch και Cut extrude για Mid-plane διεύθυνση των 68 mm. Αυτό σημαίνει ότι θα αφαιρέσει όγκο και από τις δύο μεριές κατά 68 mm έκαστη. Εικόνα 4.11(α) Cut extrude 3 (πριν) Εικόνα 4.11(b) Cut extrude 3 (μετά) 27 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

29 Τελειώνοντας θα αφαιρέσουμε για μια ακόμη φορά κάποιο κομμάτι του στερεού με Sketch και Cut extrude για Blind διεύθυνση των 10 mm. Εικόνα 4.12(α) Cut extrude 4 (πριν) Εικόνα 4.12(b) Cut extrude 4 (μετά) 28 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

30 Η τελική μοντελοποίηση του μέλους 4 παρουσιάζεται στην εικόνα Εικόνα 4.13 Τελική μορφή του μέλους 4 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 29 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

31 Μέλος 5: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Το 5 μέλος κατά την σχεδίαση του διαχωρίστηκε σε δύο κομμάτια τα οποία ενώθηκαν στο τέλος θέτοντας σε εφαρμογή τις εντολές του assembly (mate κτλ). Ξεκίνησε η δημιουργία του πρώτου μέρους επιλέγοντας το επίπεδο (plane) πάνω στο οποίο σχεδιάσαμε με την εντολή Sketch έναν κύκλο, ακτίνας 20 mm στον οποίο δόθηκε όγκος με την εντολή Extrude για Blind διεύθυνση των 26,16701mm. Εικόνα 4.14(α) Extrude 1 (πριν) Εικόνα 4.14(b) Extrude 1 (μετά) 30 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

32 Στη συνέχεια σχεδιάζεται κύκλος ακτίνας 11,50mm και επεκτείνεται το στερεό μέσο της εντολής Extrude για Blind διεύθυνση των 25,00mm. Εικόνα 4.15(α) Extrude 2 (πριν) Εικόνα 4.15(b) Extrude 2 (μετά) 31 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

33 Εν συνεχεία, σχεδίαση νέου κύκλου ακτίνας 10mm με χρήση της εντολής Sketch και αφαίρεση μάζας με την εντολή Cut extrude για Blind διεύθυνση των 3,00mm. Εικόνα 4.16(α) Cut extrude 1 (πριν) Εικόνα 4.16(b) Cut extrude 1 (μετά) 32 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

34 Ολοκληρώνοντας το πρώτο μέρος του πέμπτου μέλους έχουμε εκ νέου σχεδίαση κύκλου ακτίνας 2,00mm και Cut extrude για Blind διεύθυνση των 5,00mm. Εικόνα 4.17(α) Cut extrude 2 (πριν) Εικόνα 4.17(b) Cut Extrude 2 (μετά) 33 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

35 Συνεχίζοντας με το δεύτερο μέρος σχεδιάζουμε κύκλο ακτίνας 2,00mm με την εντολή Sketch και δίνουμε όγκο Extrude, Blind των 5,00 mm. Εικόνα 4.18(α) Extrude 3 (πριν) Εικόνα 4.18(b) Extrude 3 (μετά) 34 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

36 Ομοίως, Sketch κύκλο των 10mm και Extrude, Blind των 27mm. Εικόνα 4.19(α) Extrude 4 (πριν) Εικόνα 4.19(b) Extrude 4 (μετά) 35 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

37 Εισάγουμε ένα επίπεδο Plane, το οποίο χρειάζεται για την εκδήλωση της επόμενης εντολής, σε απόσταση 5,00mm από την αμέσως προηγούμενη επιφάνεια. Εικόνα 4.20(α) Plane 1 (πριν) Εικόνα 4.20(b) Plane 1 (μετά) 36 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

38 Περαιτέρω, σχεδιάζουμε στο νεοεισαγώμενο επίπεδο, έναν κύκλο ακτίνας 7,30mm και με την εντολή Loft ενώνουμε τα περιγράμματα των σχεδίων στα επιλεγμένα διαδοχικά επίπεδα. Εικόνα 4.21(α) Loft 1 (πριν) Εικόνα 4.21(b) Loft 1 (μετά) 37 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

39 Επιπρόσθετα, πάνω στον κύκλο των 7,30mm που έχουμε σχεδιάσει, δίνουμε όγκο με την εντολή Extrude για Blind διεύθυνση των 18,59mm. Εικόνα 4.22(α) Extrude 5 (πριν) Εικόνα 4.22(b) Extrude 5 (μετά) 38 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

40 Έχουμε εκ νέου Sketch κύκλο 5,30mm, Extrude με Blind των 25,00mm. Εικόνα 4.23(α) Extrude 6 (πριν) Εικόνα 4.23(b) Extrude 6 (μετά) 39 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

41 Στη συνέχεια έχουμε πάλι εισαγωγή Plane σε απόσταση 5,00mm. Εικόνα 4.24(α) Plane 2 (πριν) Εικόνα 4.24(b) Plane 2 (μετά) 40 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

42 Εκ νέου, σαν συνέχεια του προηγούμενου επιπέδου, Loft για κύκλο 3,970942mm. Εικόνα 4.25(α) Loft 2 (πριν) Εικόνα 4.25(b) Loft 2 (μετά) 41 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

43 Συνεχίζοντας, Sketch κύκλο 5,30mm, Extrude για Blind των 14,00mm. Εικόνα 4.26(α) Extrude 7 (πριν) Εικόνα 4.26(b) Extrude 7 (μετά) 42 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

44 Ομοίως, Sketch κύκλο 0,60mm, Extrude για Blind των 28,00mm. Εικόνα 4.27(α) Extrude 8 (πριν) Εικόνα 4.27(b) Extrude 8 (μετά) 43 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

45 Τελειώνοντας και με το δεύτερο μέρος σχεδιάζουμε με την εντολή Sketch ένα ημισφαίριο ακτίνας 1, mm και μετά για να δημιουργήσουμε τη σφαίρα του δίνουμε όγκο με την εντολή Revolve για 360. Εικόνα 4.28(α) Revolve 1 (πριν) Εικόνα 4.28(b) Revolve 1 (μετά) 44 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

46 Επόμενο πολύ σημαντικό στάδιο είναι η συναρμολόγηση των δυο παραπάνω κομματιών για την τελική μορφή του μέλους 5. Αυτό θα γίνει ανοίγοντας ένα νέο περιβάλλον εργασίας και επιλέγοντας Assembly (εικόνα 4.29). Εικόνα 4.29 Επιλογή Assembly Αρχικά εισάγουμε τα δύο κομμάτια που θέλουμε να συναρμολογήσουμε με την εντολή insert components. Εικόνα 4.30 Insert components 45 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

47 Στη συνέχεια με την εντολή mate επιλέγουμε ποια σημεία ή επιφάνειες ή ακμές των κομματιών μας θέλουμε να ζευγαρώσουν. Με μπλε χρώμα απεικονίζονται αυτές οι επιφάνειες που τις κάνουμε coincident (εφαπτόμενες). Εικόνα 4.31 Mate 1 Εικόνα 4.32 Mate 2 46 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

48 Η τελική μοντελοποίηση του μέλους 5 παρουσιάζεται στην εικόνα Εικόνα 4.33 Τελική μορφή του μέλους 5 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση Εικόνα 4.34 Συναρμολογημένη διάταξη μελών 4,5 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 47 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

49 Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως με την ίδια διαδικασία μοντελοποιούνται και τα υπόλοιπα μέλη της μηχανής, τα οποία απεικονίζονται παρακάτω. Μέλος 0: Εικόνα 4.35(α) Μέλος 0 στο περιβάλλον του SolidWorks Εικόνα 4.35(b) Μέλος 0 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 48 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

50 Μέλος 1: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Εικόνα 4.36(α) Μέλος 1 στο περιβάλλον του SolidWorks Εικόνα 4.36(b) Μέλος 1 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 49 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

51 Μέλος 2: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Εικόνα 4.37(α) Μέλος 2 στο περιβάλλον του SolidWokrs Εικόνα 4.37(b) Μέλος 2 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 50 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

52 Μέλος 3: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Εικόνα 4.38(α) Μέλος 3 στο περιβάλλον του SolidWorks Εικόνα 4.38(b) Μέλος 3 σε φωτορεαλιστική απεικόνιση 51 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

53 Συνολικά το τελικό σχεδιαστικό μοντέλο: Εικόνα 4.39(α) C.M.M. στο περιβάλλον του SolidWorks Εικόνα 4.39(b) C.M.M. σε φωτορεαλιστικη απεικόνιση 52 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

54 5. Κινηματικό μοντέλο της C.M.M. 5.1 Ανάλυση κατά Denavit-Hartenberg Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως η C.M.M. κινείται με βάση πέντε βαθμούς ελευθερίας (3 μεταφορές και 2 περιστροφές). Για την προσομοίωση της κινηματικής της μηχανής στο SolidWorks χρειάζεται να προσδιοριστεί η θέση και ο προσανατολισμός του κάθε μέλους στο χώρο, ως προς ακίνητο σύστημα αναφοράς ( ) Για την περιγραφή της θέσης και του προσανατολισμού κάθε μέλους ως προς ένα ακίνητο σύστημα αναφοράς ( ) χρησιμοποιείται μια γενικευμένη μέθοδος υπό μητρωική μορφή. Σε αυτή τη μέθοδο ορίζεται ένα ακίνητο -ως προς κάθε μέλος- σύστημα συντεταγμένων ( ) με i=1 εώς 5, που ακολουθεί την κίνηση του μέλους στο χώρο. Εισάγονται τα μητρώα θέσης ή μετασχηματισμού, ακριβώς για να περιγραφεί η θέση του συστήματος συντεταγμένων του μέλους ( ) με i=1 εώς 5, ως προς το ακίνητο σύστημα αναφοράς ( ). Τα μητρώα μετασχηματισμού είναι μητρώα διαστάσεων και περιέχουν ένα υπομητρώο περιστοφής διαστάσεων και ένα υπομητρώο μεταφοράς διαστάσεων. 3x3 Υπομητρώο περιστροφής 3x1 Υπομητρώo μεταφοράς Εικόνα 5.1 Μητρώο μετασχηματισμού Κατά τη μέθοδο του Denavit-Hartenberg η εκλογή του συστήματος συντεταγμένων του κάθε μέλους, ( ) με i=1 εώς 5, γίνεται ως εξής: 1. Καθορίζεται ο άξονας κατά μήκος του άξονα κινήσεως (περιστροφή ή ολίσθηση) του επόμενου μέλους. 2. Προσδιορίζεται ο άξονας κατά μήκος της κοινής κάθετης μεταξύ των αξόνων και και η κατεύθυνση του δίνεται από το εξωτερικό γινόμενο ( ). 3. Ο άξονας ορίζεται έτσι ώστε το ( ) να είναι δεξιόστροφο. 53 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

55 Με την μέθοδο αυτή μειώνεται ο αριθμός των παραμέτρων σε μόλις τέσσερις για κάθε μέλος και ορίζονται ως εξής: 1. είναι η γωνία μεταξύ των αξόνων και με θετική τη φορά κατά το μήκος του άξονα. 2. είναι η απόσταση από την αρχή του συστήματος συντεταγμένων ( ) μέχρι το σημείο τομής του άξονα με το άξονα κατά μήκος του άξονα. 3. a είναι το μήκος της κοινής καθέτου των αξόνων και. 4. είναι η γωνία μεταξύ των αξόνων και, θετική κατά μήκος του άξονα. Οι παράμετροι και προσδιορίζουν τη σχετική θέση των γειτονικών μελών, ενώ οι παράμετροι a, προσδιορίζουν τη δομή του μέλους. Εικόνα 5.2 Συστήματα συντεταγμένων κατά D.H. 54 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

56 Μέλος ( ) ( ) a ( ) ( ) Πίνακας 5.1 Οι μεταβλητές,, a, (Τα συστήματα 4 και 5 συμπίπτουν με το σύστημα συντεταγμένων του 3 στο κέντρο της σφαίρας, δηλαδή στο κέντρο του μέλους 4) Ορίζεται και ένα 6 ο μέλος, το οποίο είναι ουσιαστικά ένα επιπλέον σύστημα συντεταγμένων, χωρίς μεταβλητές, τοποθετημένο στον επαφέα της ακίδας το οποίο θα μας είναι χρήσιμο για την επίλυση του αντίστροφου προβλήματος (βλ ) Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η μέθοδος Denavit-Hartenberg ορίζει ότι το μητρώο μετασχηματισμού δύο γειτονικών συστημάτων συντεταγμένων ( ) και ( ) θα είναι: [ ] Οι συντεταγμένες ενός σημείου ως προς το σύστημα συντεταγμένων ( ) σε συνάρτηση με τις συντεταγμένες του ίδιου σημείου ως προς το σύστημα συντεταγμένων ( ) θα δίνονται από τη σχέση: Κατά σύμβαση από εδώ και πέρα θα θεωρείται ότι: ( ) ( ) 55 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

57 Σύμφωνα με τις τιμές των μεταβλητών,, a, που δίνονται στον πίνακα 5.1 και το μητρώο μετασχηματισμού κατά Denavit-Hartenberg, προκύπτει για κάθε μετάβαση από το ένα μέλος στο άλλο: 0 στο 1: 1 στο 2: 2 στο 3: 3 στο 4: 4 στο 5: 5 στο 6: 56 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

58 5.2 Κατάστρωση εξισώσεων κινηματικής Ευθές πρόβλημα Το ευθές πρόβλημα της ανάλυσης θέσεων έχει σαν σκοπό τον προσδιορισμό της θέσης και του προσανατολισμού του άκρου της ακίδας της C.M.M.(Χ,Υ,Ζ,Α,Β) ως προς ακίνητο σύστημα συντεταγμένων ( ), έχοντας γνωστά τα διανύσματα των ανεξάρτητων μεταβλητών των κινηματικών ζευγών της μηχανής ( ) και τη γεωμετρία της. Η θέση και ο προσανατολισμός για κάθε μέλος της C.M.M. θα προκύπτει από διαδοχικούς πολλαπλασιασμούς των παραπάνω μητρώων μετασχηματισμού σύμφωνα μα τον τύπο: Προκύπτει λοιπόν από τις εξισώσεις της παραγράφου 5.1: 57 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

59 Έχοντας επομένως γνωστές τις τιμές των ανεξάρτητων μεταβλητών ( ) και κάνοντάς την αντικατάσταση στο μητρώο τότε μπορώ πολύ εύκολα να διακρίνω, σύμφωνα και με την εικόνα 5.1, τη θέση και τον προσανατολισμού του άκρου της ακίδας της C.M.M.(Χ,Υ,Ζ,Α,Β) ως προς το ακίνητο σύστημα συντεταγμένων ( ). (H αντίστοιχη υπορουτίνα της fortran είναι η th2sw.f90 ) Για να είναι δυνατή η απεικόνιση των μελών της C.M.M. στο περιβάλλον του SolidWorks και κατ επέκταση να υπάρχει πλήρης επίλυση του ευθέως προβήματος και προσομοιωτικά, πρέπει να δίνεται η θέση και ο προσανατολισμός του κάθε μέλους ως προς το ακίνητο σύστημα συντεταγμένων του SolidWorks. Αναλυτικά, χρειάζεται να μετατραπεί ο ορισμός της θέσης και του προσανατολισμού των μελών της C.M.M. από το σύστημα συντεταγμένων της μεθόδου Denavit-Hartenberg σε αυτό που καθόρισε το SolidWorks κατά τη σχεδίαση του μοντέλου. Η θέση και ο προσανατολισμός των μελών στο σύστημα συντεταγμένων της μεθόδου Denavit-Hartenberg δίνεται από τα μητρώα μετασχηματισμού εώς. Στο SolidWorks όμως χρειάζεται να δοθούν τα μητρώα μετασχηματισμού μητρώων:. Χρησιμοποιείται ο πολλαπλασιασμός των Τα μητρώα είναι γνωστά από την ανάλυση Denavit-Hartenberg. Μένει ο υπολογισμός των μητρώων και. 58 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

60 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Μετάβαση από το σχεδιαστικό (S.W.) στο θεωρητικό (D.H.) Μέλος 0: Μετάβαση από το θεωρητικό (D.H.) στο σχεδιαστικό (S.W.) Μέλος 1: Μέλος 2: 59 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

61 Μέλος 3: Μέλος 4: Μέλος 5: Δεν υπάρχει αναφορά στο μέλος 6 γιατί ουσιαστικά δεν αποτελεί μέλος όπως αναφέραμε και προηγουμένως. Η εισαγωγή του σαν σύστημα συντεταγμένων αποκτά νόημα μόνο κατά την επίλυση του αντίστροφου προβλήματος. 60 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

62 5.2.2 Αντίστροφο πρόβλημα ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Το αντίστροφο πρόβλημα κάνει ακριβώς την ανάποδη διαδικασία σε σχέση με το ευθές. Με άλλα λόγια ο σκοπός της επίλυσης του αντίστροφου προβλήματος είναι να υπολογίσει τις μεταφορές ( ) και τις περιστροφές ( ) που πρέπει να έχουν μεταξύ τους τα μέλη της C.M.M., ώστε να βρίσκεται το άκρο της ακίδας σε μια δεδομένη θέση και προσανατολισμό (Χ,Υ,Ζ,Α,Β) ως προς το ακίνητο σύστημα συντεταγμένων ( ). Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να προσομοιωθεί η θέση που θα καταλαμβάνει η C.M.M. στο χώρο για μια συγκεκριμένη τοποθέτηση της ακίδας. Κάπου εδώ αποκτά νόημα και η εισαγωγή του μητρώου, σταθερών όρων, καθώς μας βοηθάει να εισάγουμε επακριβώς τα δεδομένα εισόδου (Χ,Υ,Ζ,Α,Β) στο άκρο της ακίδας. Έχοντας λοιπόν το μητρώο: παίρνουμε ως δεδομένα εισόδου: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Διευκρίνιση: Α, Β: γωνίες προσανατολισμού ως προς το ακίνητο σύστημα : γωνία περιστροφής μέλους 4 ( γωνία b-yaw) : γωνία περιστροφής μέλους 5 ( γωνία a-pitch) 61 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

63 Για την επίλυση του προβλήματος ακολουθούμε την εξής διαδικασία: Διαίρεση σχέσεων (4),(5) κατά μέλη: ( ) ( ) ( ) ( ) Ύψωση στο τετράγωνο και πρόσθεση κατά μέλη: ( ) ( ) ( ) Από την (3) έχουμε: ( ) Από την (1) έχουμε: ( ) Από την (2) έχουμε: ( ) Από τις σχέσεις (6),(7),(8),(9),(10) προκύπτει η διάταξη της C.M.M. για μια συγκεκριμένη θέση εισόδου. (H αντίστοιχη υπορουτίνα της fortran είναι η q2th.f90 ) 62 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

64 6. Αυτοματοποίηση της διαδικασίας 6.1 Γενικά Για την επίτευξη και την ολοκλήρωση του OFF-LINE προγραμματισμού χρησιμοποιήθηκαν διάφορα λογισμικά από τα οποία δεν αρκούσε μόνο η σωστή εκτέλεση τους, για το καθένα ξεχωριστά, αλλά και η ενδεικνυόμενη επικοινωνίας τους. Η αλληλεξάρτηση τους φαίνεται στην εικόνα 6.1 Visual Basic SolidAPI Win32 API SolidWorks 3D Σχεδίαση της CMM SolidAPI Visual Fortran Επίλυση ευθέως αντίστροφου SolidWorks Προσομοίωση της κίνησης της CMM Εικόνα 6.1 Διαδικασία επικοινωνίας λογισμικών Ονομαστικά τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν είναι: 1. Microsoft Visual Basic 6.0 Enterprise Edition 2. Compaq Visual Fortran SolidWorks 2010 Dassault Systèmes 4. Solid-API 5. Wolfram Mathematica 9.0 Παρακάτω γίνεται πλήρης περιγραφή των λογισμικών, πέρα από το λογισμικό του SolidWorks που αναφέρθηκε στη παράγραφο 3.1 κατά την διάρκεια της ανάλυσης του σχεδιαστικού μοντέλου. 63 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

65 6.2 Microsoft Visual Basic 6.0 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Ένα μεγάλο τμήμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μια εφαρμογής με την οποία ο χρήστης θα έχει την δυνατότητα να κατευθύνει την C.M.M. και να έχει μια γενική εποπτεία του πως θα κινηθεί όταν της δώσουμε τα σημεία στόχους της. Η ανάπτυξη έγινε σε Visual Basic 6.0 με την προυπόθεση ο χρήστης να έχει στα χέρια του κάτι εύχρηστο, παραγωγικό και παραστατικό για να βλέπει αυτό που δημιουργεί. Η γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic ανήκει στην κατηγορία του αντικειμενοστραφή προγραμματισμού (Object Oriented Programming). Τα παραγόμενα προγράμματα αποτελούνται από αντικείμενα (objects) και από γεγονότα (events). Ο κώδικας που χρειάζεται να γραφτεί είναι λίγος και αποσκοπεί στο να συνδέει τα διάφορα γεγονότα (π.χ. το κλικ του ποντικιού) με την αλλαγή των ιδιοτήτων των αντικειμένων (object properties) Εικόνα 6.2 Περιβάλλον Visual Basic 1. Toolbox Γραμμή εργαλείων 2. Menu Μενού επιλογών 3. Form Φόρμα 4. Project Explorer Εξερευνητής 5. Properties Window Παράθυρο ιδιοτήτων 6. Form Layout - Επισκόπηση φορμών 64 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

66 Έχοντας όλα αυτά σαν άξονες, αναπτύχθηκε η εφαρμογή C.M.M Simulator που αποτελείται από διάφορες φόρμες και modules που άλλα προσφέρουν στην ουσία του προβλήματος, άλλα στην πληρότητα και άλλα απλώς στην αισθητική: Φόρμες (Forms) Κυρίως φόρμα (CMM Main) Φόρμα περί του προγράμματος (CMM About) Φόρμα εισαγωγής (CMM Splash) Κυρίως φόρμα (CMM Main) Η κυρίως φόρμα εργασίας του προγράμματος είναι η φόρμα εκκίνησης και επεξεργασίας των σημείων και έχει τη μορφή: 6.3 Κυρίως φόρμα CMM Simulator 65 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

67 Παρατηρούμε διάφορα κουμπιά και πλαίσια τα οποία και παρακάτω αναλύουμε. Καταλαμβάνει όσο το δυνατόν μικρότερο χώρο ώστε στην οθόνη να υπάρχει πλεόνασμα χώρου για το σχέδιο του SolidWorks στο οποίο αναπαρίστανται όλες οι ρυθμίσεις μας. Το Μενού: Είναι ένα κλασσικό μενού για Windows, έτσι ώστε να είναι εύχρηστο και κατανοητό. Αποτελείται από τις επιλογές: File Exit. Αδειάζει τη μνήμη και κλείνει το πρόγραμμα C.M.M Simulator About Ενεργοποιεί τη φόρμα που αναφέρει χαρακτηριστικά του προγράμματος όπως συνηθίζεται σε εφαρμογές των Windows, η οποία αναλύεται παρακάτω (Φόρμα περί του προγράμματος-cmm About). Navigation Point Direct: Αποτελεί το χειριστήριο της C.M.M. για το ευθή πρόβλημα. Όπως έχει αναφερθεί στο ευθή πρόβλημα ο χρήστης θα εισάγει τις τιμές των μεταβλητών ( ). Έτσι και εδώ για κάθε μεταβλητή έχουμε: : Άμεση πληκτρολόγηση της τιμής που επιθυμούμε, στο πλαίσιο κειμένου. 2: Με το πάτημα των πλήκτρων 2, αριστερά ή δεξιά, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή κατά 0,1, πράγμα που μας δίνει μεγάλη ακρίβεια στις κινήσεις μας. 3: Με το πάτημα των πλήκτρων 3, αριστερά ή δεξιά, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή κατά 1. 4: Με το σύρσιμο της μπάρας αριστερά ή δεξιά με χρήση του ποντικιού, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή της μεταβλητής. Τα όρια σε κάθε μπάρα έχουν επιλεγεί με βάση τα όρια του χώρου εργασίας. 66 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

68 Navigation Point Inverse: Αποτελεί το χειριστήριο της C.M.M. για το αντίστροφο πρόβλημα. Όπως έχει αναφερθεί στο αντίστροφο πρόβλημα ο χρήστης θα εισάγει τις συντεταγμένες του επαφέα της ακίδας (Χ,Υ,Ζ,Α,Β) ως προς το ακίνητο σύστημα συντεταγμένων ( ). Έτσι και εδώ για κάθε συντεταγμένη έχουμε: : Άμεση πληκτρολόγηση της τιμής που επιθυμούμε, στο πλαίσιο κειμένου. 2: Με το πάτημα των πλήκτρων 2, αριστερά ή δεξιά, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή κατά 0,1, πράγμα που μας δίνει μεγάλη ακρίβεια στις κινήσεις μας. 3: Με το πάτημα των πλήκτρων 3, αριστερά ή δεξιά, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή κατά 1. 4: Με το σύρσιμο της μπάρας αριστερά ή δεξιά με χρήση του ποντικιού, μειώνουμε ή αυξάνουμε αντίστοιχα την τιμή της μεταβλητής. Τα όρια σε κάθε μπάρα έχουν επιλεγεί με βάση τα όρια του χώρου εργασίας. Στο κάτω μέρος αυτού του πλαισίου υπάρχουν οι τιμές των μεταβλητών ( ) για κάθε τρέχον σημείο που εισάγει από πάνω ο χρήστης (Χ,Υ,Ζ,Α,Β), οι οποίες υπολογίζονται κατόπιν επίλυσης του αντίστροφου προβλήματος. Σφάλματα Μεταβλητές Όταν κάποιο από τα όρια των μεταβλητών ( ) ξεπεραστεί, τότε εμφανίζεται μια ένδειξη που μας ενημερώνει για αυτό το σφάλμα, δηλαδή αν πρόκειται για υπέρβαση του άνω ορίου της συγκεκριμένης άρθρωσης (με κόκκινο χρώμα) ή αν πρόκειται για υπέρβαση του κάτω ορίου της συγκεκριμένης άρθρωσης (με μπλε χρώμα). Ταυτόχρονα ανάλογο χρώμα λαμβάνει και η τιμή της μεταβλητής. 67 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

69 Εξίσου πολύ σημαντικό είναι το πλήκτρο Create NC_Code. Πατώντας το συγκεκριμένο πλήκτρο δημιουργείται αυτόματα ο κώδικας μηχανής και αποθηκεύεται σε μορφή.txt, στο ανάλογο αρχείο. Κώδικας μηχανής Στη συνέχεια γίνεται μια περιληπτική περιγραφή των υπορουτίνων που βρίσκονται στη κυρίως φόρμα (CMM main): Form_Load Εκτελείται όταν φορτώνεται η φόρμα στην μνήμη. Καθορίζει τις διαστάσεις της CMM και πραγματοποιεί την σύνδεση με το SolidWorks. Form_Activate: Ενεργοποιεί την φόρμα αφότου φορτώθηκε. FileExit_Click: Εκτελείται όταν ο χρήστης πατάει από το μενού επιλογών File Exit και κλείνει τη φόρμα. ValXYZNav_Direct_GotFocus: Εκτελείται στο ευθύ πρόβλημα όταν εισάγουμε σαν τιμή-value το νούμερο που θέλουμε επακριβώς. BarLeftXYZNav_Direct_Click: Εκτελείται στο ευθύ πρόβλημα όταν ο χρήστης πατάει πάνω στο κουμπί για αλλαγή της τιμής προς τα κάτω κατά 0,1. BarXYZNav_Direct_Change: Εκτελείται στο ευθύ πρόβλημα όταν ο χρήστης πατάει πάνω στο κουμπί για αλλαγή της τιμής προς τα κάτω κατά 1. BarXYZNav_Direct_Scroll: Εκτελείται στο ευθύ πρόβλημα όταν ο χρήστης μετακινεί τον κέρσορα στην τιμή που επιθυμεί. ButtonNav_Direct: Βοηθητική υπορουτίνα η οποία ενημερώνει τα κουμπιά σχετικά με τις αλλαγές που είχε κάνει ο χρήστης. Σε όλες τις παραπάνω υπορουτίνες αν αφαιρέσουμε τη λέξη Direct αναφερόμαστε κατ αντιστοιχία στο αντίστροφο πρόβλημα. 68 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

70 Φόρμα περί του προγράμματος (CMM About) Η φόρμα των περί του προγράμματος είναι μια απλή αναφορά στα χαρακτηριστικά του προγράμματος, της έκδοσης του, των κατασκευαστών του κ.τ.λ. Παράλληλα υπάρχουν τα πλήκτρα: OK Επιστρέφει τον έλεγχο στην κυρίως φόρμα System Info Παρουσιάζει εκτενής πληροφορίες για το σύστημα των Windows, τις ρυθμίσεις τους, τα ενεργά προγράμματα, τους πόρους του συστήματος κ.τ.λ. Εικόνα 6.4 Φόρμα About CMM Simulation Στη συνέχεια γίνεται μια περιληπτική περιγραφή των υπορουτίνων που βρίσκονται στη φόρμα περί του προγράμματος (CMM About): Form_Load: Εκτελείται κατά τη φόρτωση της φόρμας. Καθορίζει το περιεχόμενο του κειμένου που εμφανίζεται στη φόρμα. cmdsysinfo_click: Εκτελείται όταν ο χρήστης πατάει το κουμπί System Info και φορτώνει την εφαρμογή MSINFO32, η οποία παρέχει πληροφορίες σχετικά με το PC. cmdok_click: Εκτελείται όταν ο χρήστης πατάει το κουμπί OK. Κατεβάζει τη φόρμα από την μνήμη. StartSysInfo: Βοηθητική υπορουτίνα που καθορίζει παραμέτρους της MSINFO32. GetKeyValue: Βοηθητική υπορουτίνα που χρησιμοποιείται από την StartSysInfo. 69 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

71 Φόρμα εισαγωγής (CMM Splash) Η φόρμα εισαγωγής κάνει μια απλή αναφορά στον χρήστη, για το πρόγραμμα το οποίο φορτώνει στον υπολογιστή του. Αναγράφει την ονομασία, τους κατασκευαστές, την έκδοση κ.α. Ο χρόνος αναμονής στην οθόνη ρυθμίζεται από τις γενικές ρυθμίσεις του προγράμματος, ενώ είναι δυνατή και η διακοπή της προβολής της με το πάτημα ενός πλήκτρου. Εικόνα 6.5 Φόρμα εισαγωγής CMM Splash Στη συνέχεια γίνεται μια περιληπτική περιγραφή των υπορουτίνων που βρίσκονται στη φόρμα εισαγωγής (CMM About): Form_Load: Εκτελείται όταν φορτώνεται η φόρμα. Form_Click: Κάνοντας ο χρήστης κλικ με το ποντίκι κατεβαίνει και η φόρμα και καλείται η CMMMain. Form_KeyPress: Πατώντας ο χρήστης οποιοδήποτε κουμπί από το πληκτρολόγιο κατεβαίνει και η φόρμα και καλείται η CMMMain. 70 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

72 6.2.2 Modules ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Τα modules αποτελούν αυτόνομα τμήματα κώδικα. Δεν ανήκουν σε καμία φόρμα, έχουν δικό τους όνομα, αποθηκεύονται ξεχωριστά και είναι κατάλληλα για χρήση σε πολλά προγράμματα. Η διαφορά ανάμεσα στις φόρμες και τα modules έγκειται στο γεγονός ότι οι φόρμες περιέχουν εντολές και υπορουτίνες οι οποίες- κατά την μεγαλύτερη πλειοψηφία τους- είναι συσχετισμένες με το γραφικό περιβάλλον. Ένα module περιέχει συνήθως δηλώσεις τύπων και μεταβλητών, συναρτήσεις και υπορουτίνες. Constants Globals Main OnTop DLL Constants Περιέχει τον ορισμό των σταθερών (constants) που χρησιμοποιούν οι εντολές του SolidWorks, αλλά και άλλων διαφόρων όπως π.χ. του π=3, Globals Περιέχει τον ορισμό και την δήλωση διαφόρων μεταβλητών που παραμένουν ενεργές καθ όλη τη διάρκεια που το πρόγραμμα είναι ενεργό. (Declare Variables as Integer/Double/String/Boolean/Variant/Object e.t.c.) DLL Περιέχει την δήλωση των υπορουτίνων της Fortran που έχουν εισαχθεί μέσα στο.dll αρχείο, που είναι τοποθετημένο στον φάκελο Windows System32 για να το καλεί αυτόματα η Visual basic όταν το χρειάζεται Main Περιέχει της υπορουτίνες Redraw_Direct και redraw, οι οποίες είναι οι πιο σημαντικές για το ευθύ και αντίστροφο πρόβλημα αντίστοιχα. Αποτελούν τις πιο σημαντικές υπορουτίνες καθ ότι κατά την λειτουργίας τους, όχι μόνο γίνεται η επαφή με την Fortran αλλά εμφανίζονται και τα αποτελέσματα στο SolidWorks OnTop Περιέχει όλες τις εντολές και τις υπορουτίνες που χρειάζονται προκειμένου η φόρμα την οποία θα χειρίζεται ο χρήστης να είναι μόνιμα πάνω από όλα τα υπόλοιπα προγράμματα που ενδέχεται να είναι ενεργά εκείνη την ώρα στο περιβάλλον των Windows. 71 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

73 6.3 Compaq Visual Fortran 6.6 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Η γλώσσα προγραμματισμού Visual Fortran είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο σε ότι αφορά υπολογισμούς, όπως άλλωστε δηλώνει και το όνομα Fortran (FORmula TRANslation). Ο προγραμματισμός γίνεται πολύ εύκολα σε περιβάλλον Windows και παρέχει ευκολίες κατά τη συγγραφή, για παράδειγμα χρωματισμό του κώδικα ανάλογα αν είναι συνάρτηση ή σχόλιο κ.τ.λ.. Επίσης δίνεται η δυνατότητα αποσφαλμάτωσης (debugging) και παρακολούθηση των τιμών μεταβλητών κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του προγράμματος. Η Visual Fortran μπορεί να δημιουργήσει εκτελέσιμα αρχεία διαφόρων τύπων, μεταξύ των οποίων για χρήση γραφικών (Fortran Standard Graphics) αλλά και DLL (Dynamic Link Library). Ο τελευταίος αυτός τύπος είναι αυτός που μας ενδιαφέρει καθότι αποτελεί μια εναλλακτική λύση ως προς την παραγωγή εκτελέσιμων αρχείων και έχει τα εξής πλεονεκτήματα: 1. Μεταφορά δεδομένων μεταξύ διαφόρων γλωσσών προγραμματισμού. 2. Φορτώνεται στη μνήμη του υπολογιστή μόνο ο κώδικας της καλούμενης ρουτίνας και όχι όλος ο κώδικας του εκτελέσιμου αρχείου. 3. Αμεσότητα στη μεταφορά δεδομένων καθότι η επικοινωνία γίνεται μόνο μέσω της μνήμης του υπολογιστή Εικόνα 6.6 Περιβάλλον Visual Fortran 72 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

74 1. Μενού (Περιέχει όλες τις δυνατές επιλογές της fortran) 2. Project Workspace (αρχεία που συμπληρώνουν το project) 3. Visual Development Environment Editor (ανάπτυξη υπορουτίνων) 4. Output (εμφάνιση αποτελεσμάτων) Το δικό μας Project έχει σαν σκοπό να δημιουργήσουμε την βιβλιοθήκη CMM.dll και να την τοποθετήσουμε στον φάκελο Windows System32, ώστε να την καλεί εύκολα η Visual Basic όποτε την χρειάζεται μέσω της μνήμης του υπολογιστή. Αυτό το Project θα αποτελείται από δύο υπορουτίνες, την th2sw.f90 και την q2th.f90,τις οποίες αφότου τοποθετήσουμε στο αντίστοιχο Workspace και πατήσουμε την εντολή Build δημιουργείται το ζητούμενο.dll αρχείο. 1 Η υπορουτίνα th2sw.f90 αποτελεί την επίλυση του ευθέως προβλήματος και περιλαμβάνει: Δεδομένα εισόδου: th(i) δηλαδή τα ( ) Δεδομένα εξόδου: matrixsw δηλαδή πίνακας ομογενών μητρώων Μητρώα μετασχηματισμού από D.H. σε S.W. ( ) Μητρώα θέσης και προσανατολισμού κάθε μέλους ως προς ( ) Υπολογισμός μητρώων. 2 Η υπορουτίνα q2th.f90 αποτελεί την επίλυση του αντιστρόφου προβλήματος και περιλαμβάνει: Δεδομένα εισόδου: q(i) δηλαδή τα ( ) Δεδομένα εξόδου: th(i) και errcode για μη ομαλές θέσεις Υπολογισμός μητρώου Υπολογισμός μεταβλητών th(i) δηλαδή ( ) Σφάλματα μεταβλητών th(i) 73 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

75 6.4 Solid-API Το Solid-API (Application Programming Interface) αποτελείται από ένα σύνολο εντολών του SolidWorks κατάλληλα διαμορφωμένων, ώστε να είναι δυνατή η χρήση τους από διάφορες γλώσσες προγραμματισμού (VBA, VB.NET, C#, C++). Με άλλα λόγια αυτές οι εντολές μας επιτρέπουν να δημιουργήσουμε την πολυπόθητη επικοινωνία μεταξύ του κώδικα της Visual Basic και των τριασδιάστατων σχεδίων της CMM, που σχεδιάστηκαν στο SolidWorks. Παρακάτω γίνεται ανάλυση κάποιων εκ των πιο βασικών εντολών Σύνδεση φόρμας γραφικού μοντέλου Forms CMMMain Form_Load 1 : Αντιστοίχιση στη μεταβλητή swapp του αντικειμένου Εφαρμογή SolidWorks. Ανοίγει δηλαδή τον δίαυλο επικοινωνίας του προγράμματός μας, με το SolidWorks. 2 : Αντιστοίχιση στη μεταβλητή swdoc του αντικειμένου Ενεργό έγγραφο του αντικειμένου SolidWorks (Τρέχον σχέδιο). Έχοντας πλέον το αντικείμενο swap που αντιστοιχεί στο πρόγραμμα του SolidWorks, χρησιμοποιούμε αυτό ως βάση για να μπούμε πιο βαθία στη δομή. 3 : Αντιστοίχιση στη μεταβλητή swass του αντικειμένου Ενεργό έγγραφο του αντικειμένου SolidWorks (Συναρμολογημένη διάταξη). 4 : Αντιστοίχιση στη μεταβλητή swselmgr του αντικειμένου Διαχειριστή επιλογών χρήστη του ενεργού εγγράφου. Ακολουθείται από πλήθος εντολών, των οποίων οι σημαντικότερες θα χρησιμοποιηθούν. 5 : Αντιστοίχιση στη μεταβλητή swactiveview του αντικειμένου Ενεργής όψης εγγράφου. Θέτει, δηλαδή, στη μεταβλητή αυτό που βλέπει ο χρήστης εκείνη τη στιγμή στο SolidWorks. 6 : Εκκαθάριση των επιλογών του χρήστη στο ενεργό έγγραφο. Γίνεται αυτό ώστε να είναι δυνατή η επιλογή μόνο όσων αντικειμένων είναι επιθυμητά. Αυτό είναι εμφανές και στο σχέδιο, αφού αν υπάρχει κάτι επιλεγμένο, αυτό απενεργοποιείται. 7 : Επιλογή αντικειμένου (COMPONENT) στο ενεργό έγγραφο με κριτήριο επιλογής το όνομα (SelectByID). Ξεκινάει να εισάγει από τη βάση. 8 : Επιλογή πρόσθετων αντικειμένων (COMPONENT) στο ενεργό έγγραφο με κριτήριο επιλογής το όνομα (AndSelectByID). Συνεχίζει με τα υπόλοιπα 5 μέλη. Τα ονόματα έχουν δοθεί κατά τη σχεδίαση και προφανώς δεν πρέπει να αλλάχθουν. 74 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

76 9 : Αντιστοίχηση των επιλεχθέντων αντικειμένων (COMPONENT) σε ανεξάρτητες μεταβλητές. Θέτει στη κάθε μεταβλητή, το μέλος ολόκληρο σαν αντικείμενο ώστε στη συνέχεια να διαβάσει και να επαναπροσδιορίσει το μητρώο θέσης του αυτόματα. 10 : Αντιστοίχηση των επιλεχθέντων αντικειμένων (COMPONENT) σε διάνυσμα μεταβλητών. Παρατήρηση: Το Win 32API χρησιμοποιείται για την σύνδεση της Visual Basic με τη Visual Fortran. Διαφέρει από το SolidAPI στο γεγονός ότι οι εντολές που περιέχει είναι εντολές του λειτουργικού συστήματος (δηλ. του λογισμικού του υπολογιστή). Ευθές πρόβλημα Modules Main Redraw_Direct 1 : Κάλεσμα της υπορουτίνας της Fortran th2sw.f90 για την επίλυση του ευθέως προβλήματος με δεδομένα εισόδου, όπως έχουμε αναφέρει, τις τιμές th(i). Το επιστρεφόμενο μητρώο (4x4x5) περιλαμβάνει τα ομογενή μητρώα μετασχηματισμού κάθε ενός από τα 5 μέλη. 2 : Μετασχηματισμός για κάθε μέλος ανεξάρτητα του ομογενούς μητρώου μετασχηματισμού (4x4) σε διάνυσμα 16 τιμών, μορφή που αναγνωρίζει το σχεδιαστικό πακέτο. Αποθήκευση των μητρώων 4x4 στη μεταβλητή xformarray(i) διανύσματος 16 τιμών. σε μορφή 3 : Επαναπροσδιορίζει το μητρώο θέσης κάθε μέλους ανάλογα με τους υπολογισμούς που έγιναν από τις ρουτίνες της Visual Fortran, για την επίλυση του προβλήματος. Σαν παράμετρο λαμβάνει το προαναφερόμενο διάνυσμα 16 τιμών xformarray. 4 : Επανασχεδίαση όλων των αντικειμένων που ανήκουν στο ενεργό έγγραφο, μια και οι αλλαγές που προγραμματίζονται πολλές φορές αφήνουν κενά στο σχέδιο, που αλλοιώνουν την πραγματική εικόνα. (swdoc = τρέχον σχέδιο). 75 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

77 Αντίστροφο πρόβλημα Modules Main redraw 1 : Κάλεσμα της υπορουτίνας της Fortran q2th.f90 για την επίλυση του αντίστροφου προβλήματος με δεδομένα εισόδου, όπως έχουμε αναφέρει, τις τιμές q(i). Επιστρέφονται οι τιμές των γωνιών th(i), καθώς και μια τιμή σφάλματος όταν δεν υπάρχει λύση. 2 : Κάλεσμα της υπορουτίνας της Fortran th2sw.f90 για την επίλυση του ευθέως προβλήματος με δεδομένα εισόδου, όπως έχουμε αναφέρει, τις τιμές th(i). Το επιστρεφόμενο μητρώο (4x4x5) περιλαμβάνει τα ομογενή μητρώα μετασχηματισμού κάθε ενός από τα 5 μέλη. 3 : Μετασχηματισμός για κάθε μέλος ανεξάρτητα του ομογενούς μητρώου μετασχηματισμού (4x4) σε διάνυσμα 16 τιμών, μορφή που αναγνωρίζει το σχεδιαστικό πακέτο. Αποθήκευση των μητρώων 4x4 στη μεταβλητή xformarray(i) διανύσματος 16 τιμών. σε μορφή 4 : Επαναπροσδιορίζει το μητρώο θέσης κάθε μέλους ανάλογα με τους υπολογισμούς που έγιναν από τις ρουτίνες της Visual Fortran, για την επίλυση του προβλήματος. Σαν παράμετρο λαμβάνει το προαναφερόμενο διάνυσμα 16 τιμών xformarray. 5 : Επανασχεδίαση όλων των αντικειμένων που ανήκουν στο ενεργό έγγραφο, μια και οι αλλαγές που προγραμματίζονται πολλές φορές αφήνουν κενά στο σχέδιο, που αλλοιώνουν την πραγματική εικόνα. (swdoc = τρέχον σχέδιο). 76 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

78 6.5 Wolfram Mathematica 9.0 H Mathematica είναι ένα καθαρά μαθηματικό-επιστημονικό πρόγραμμα, το οποίο ήταν χρήσιμο στην σωστή επίλυση των μητρώων μετασχηματισμού κατά την ανάλυση Denavit-Hartenberg. Διευκόλυνε την διαδικασία διόρθωσης όταν υπήρχαν λάθη με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση πολύτιμου χρόνου. 6.7 Περιβάλλον Wolfram Mathematica ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

79 7. Εφαρμογή ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Έχοντας ολοκληρώσει πλέον τα εργαλεία που χρειαζόμαστε για τον off-line προγραμματισμό της μηχανής τρισδιάστατων μετρήσεων C.M.M., θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμο να παρουσιαστεί ένα παράδειγμα πρακτικής τους χρήσης. Θα βοηθήσει, όχι μόνο στην κατανόηση της όλης διαδικασίας που έχουμε περιγράψει μέχρι τώρα, άλλα θα είναι χρήσιμο και σαν οδηγός για αντίστοιχες διπλωματικές στο μέλλον. 7.1 Ανάπτυξη προγράμματος Τα εργαλεία που έχουμε στη διάθεση μας ξεκινώντας είναι: Το πρόγραμμα CMM Simulator που δημιουργήθηκε με Visual Basic. Τα πλήρη σχέδια της CMM σχεδιασμένα στο SolidWorks (τράπεζα, γέφυρα μεταφοράς, κεντρικό φορείο μεταφοράς, κατακόρυφο έμβολο, αρθρωτή κεφαλή, ακίδα, αισθητήρας). Ένα αρχείο DLL που περιλαμβάνει τις ρουτίνες της Visual Fortran, έτσι ώστε να είναι δυνατή η κλήση τους κάθε φορά που επιθυμεί η εφαρμογή CMM Simulator. Αυτό επιτυγχάνεται, όπως έχει αναφερθεί και προηγουμένως, όταν το συγκεκριμένο αρχείο είναι τοποθετημένο στον υποκατάλογο του συστήματος των Windows C:\Windows\System. Έχοντας λοιπόν ανοιχτά στην οθόνη μας το CMM Simulator και τα σχέδια της CMM, τα βήματα που ακολουθούμε είναι τα εξής: 1. Σχεδιασμός στο SolidWorks του τεμαχίου που θέλουμε να μετρήσουμε. Καθότι οι μετρήσεις με CMM μηχανές είναι μεγάλης ακριβείας, η παραμικρή λεπτομέρεια στη σχεδίαση του τεμαχίου είναι σημαντική. Κάνοντας χρήση ουσιαστικά μόνο τον εντολών Sketch, Boss Extrude και Cut Extrude, αλλά και την λογική του Assembly παρουσιάζονται τα στάδια: Εικόνα 7.1 Παραδειγματικό τεμάχιο (Στάδιο 1) 78 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

80 Εικόνα 7.2 Παραδειγματικό τεμάχιο (Στάδιο 2) Εικόνα 7.3 Παραδειγματικό τεμάχιο (Στάδιο 3) 79 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

81 2. Τοποθέτηση του τεμαχίου που σχεδιάσαμε στην επιθυμητή θέση πάνω στην τράπεζα, εκεί όπου επιθυμούμε να γίνει η μέτρηση. Αυτό επιτυγχάνεται με προσάρτηση του σχεδιασμένου part ή assembly στο πλήρες σχέδιο της CMM, καθορίζοντας ταυτόχρονα και τις παραμέτρους θέσης όπως τα παράλληλα επίπεδα και οι αποστάσεις (mates). Insert Components Browse Παραδειγματικό τεμάχιο Mate Mate selection Coincident Εικόνα 7.4 Προσάρτηση τεμαχίου στη CMM (a) Εικόνα 7.5 Προσάρτηση τεμαχίου στη CMΜ (b) 80 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

82 3. Συνεχίζουμε με την επιλογή των σημείων από τα οποία θέλουμε να περάσει και να μετρήσει ο επαφέας της ακίδας. Προφανώς όσο περισσότερα σημεία επιλέξουμε τόσο πιο ακριβής θα είναι η μέτρηση του τεμαχίου, παρόλα αυτά τις περισσότερες φορές ένα συγκεκριμένος αριθμός σημείων αρκεί για να τα μεταφράσει η μηχανή στην αντίστοιχη γεωμετρική απεικόνιση (π.χ. επίπεδο τουλάχιστον 4 σημεία, κύκλος 3 σημεία κ.τ.λ.). Έχοντας επιλέξει τα σημεία μας, τα περνάμε στην φόρμα του προγράμματος CMM Simulator και παρατηρούμε την προσομοιωτική κίνηση της μηχανής. Εικόνα 7.6 Επιλεγμένα σημεία μέτρησης Χαρακτηριστικά σημεία της προσομοιωτικής πορείας της ακίδας της CMM παρουσιάζονται παρακάτω: Αριστερά παρατηρούμε την φόρμα εισαγωγής δεδομένων. Στο φόντο απεικονίζεται η γεωμετρία του κάθε μέλους της μηχανής για το εκάστωτε σημείο. Κάτω δεξιά απεικονίζεται η λεπτομέρεια της μέτρησης του σημείου για καλύτερη κατανόηση. 81 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

83 Εικόνα 7.7 Μετρώντας το σημείο 1 Εικόνα 7.8 Μετρώντας το σημείο 4 82 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ OFF-LINE CMM ΖΟΥΖΟΥΛΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ