Диссертация (1095062), страница 20
Текст из файла (страница 20)
С целью увеличения скоростиобработки трехмерных объектов целесообразно использовать либо модификацииполигональной модели, либо каркасную модель.Каркасная модель описывает объект как совокупность принадлежащих емувершин V (1) и ребер E (2) - дискретных конструктивных элементов каркаса. Как иполигональная модель, она не учитывает внутренние точки объекта. В моделитакже отсутствуетинформация о точках поверхности, лежащих междуэлементами каркаса, поэтому каркасная модель обладает высокой скоростьюобработки. Ее существенным ограничением является отсутствие возможностираспознания криволинейных граней [72].
Но оно преодолевается упрощением(например, представлением поверхности цилиндра в виде множества отрезков).Помимо топологического представления на структуру и сложность моделейтакже оказывает влияние вид примитивов. Возможности примитивов зависят отстепени описывающих их многочленов. На практике нашли применение модели, укоторых описания примитивов имеют нулевую, первую, вторую и реже - болеевысокие степени.Рецепторные модели характерны для описания точек. Они определяютсяфункциями нулевой степени для описания примитивов и требуют большогообъема вычислительных ресурсов. В каркасных моделях поверхности объектовописываются отрезками, а в полигональных – участками плоскостей. Втвердотельных моделях примитивы представляют собой полупространства,ограниченные плоскостями.Формаописанияобъектов–этопризнак,покоторомумоделиклассифицируются на табличные, аналитические и кусочно-аналитические.
Втабличныхмоделяхдляописанияобъектовиспользуютсямножества131пространственных координат. Аналитические модели описывают объекты спомощью уравнений и применяются для объектов простой формы, например,ограниченных поверхностями второго порядка.Кусочно-аналитические модели сочетают аналитическую и логическуюформы описания. Помимо этого, существуют такие виды моделей каккинематические поверхности, поверхности свертки, фрактальные поверхности.Из-за высокой ресурсоемкости они обладают в основном теоретическиминтересом. Классификация моделей пространственных объектов представлена нарисунке 4.8.Рисунок 4.8 – Классификация моделей трехмерных объектовИз приведенного анализа следует вывод о целесообразности использованиякаркасной модели с табличной формой описания граней для обработки деталейпри помощи ИНС. Данная модель наиболее эффективна для быстрой обработкисложных пространственных объектов и содержит всю необходимую информациюоб их топологии.132Для того, чтобы конвертировать в каркасное представление модель детали,представленнуюводномизформатовхранениятрехмерныхобъектов(Stereolithography .stl, Wavefront OBJ .obj, Autodesk FBX .fbx, 3D Studio .3ds идругие), была использована программа-конвертер Mesh Converter.
С ее помощьюмодельпреобразовываетсявкаркасноепредставлениеформатаAsciiStereolithography (.stl) либо Stanford Poligon Library (.ply). На рисунке 4.9представлено каркасное представление скобы мотора оси X и приведенавыдержка из файла, в текстовом виде содержащего информацию о вершинах иребрах модели.Рисунок 4.9 – Каркасное представление скобы мотора оси XПосле преобразования каждой из деталей в каркасное представление следуетэтап нейроэволюции: подбирается наилучшая топология нейросети, задачакоторой заключается в модификации конструкции детали.2.
Этап нейроэволюции. На данном этапе популяции нейросетей обучаютсямодифицироватьструктурудеталейизобучающейвыборки.Оценкаприспособленности в рассматриваемом случае применения метода подразумевает133оценку эффективности модификации детали. Функция приспособленности Fiвычисляется, в том числе, в зависимости от качества вывода нейросети . рассчитывается исходя из объема детали , количества материала ,израсходованного на поддержку и ее прочности: =1 +1+. +13. Этап конструктивной модификации.
С помощью описанного методабыло сгенерировано поколение сетей, имеющих структурное сходство с сетямиХопфилда[24]. При наличиимножества обратных связейв процессефункционирования динамика такой сети конвергирует к положению равновесия[43], что позволяет использовать ИНС для решения задачи модификацииструктуры детали. Положение равновесия достигается при условии равенстватекущего и предыдущего состояний ИНС, при этом начальное состояниепоступает на вход сети, а текущее является ее выходом. Далее рассмотренымодификации, внесенные в конструкции деталей на этапе 3. На рисунке 4.10изображена деталь A для закрепления мотора оси X до модификации, на рисунке4.11 – после модификации.Рисунок 4.10 – Скоба мотора оси X до модификации134Рисунок 4.11 – Скоба мотора оси X после модификацииИз рисунков 4.10 и 4.11 видны несколько характерных различий.Вчастности, растяжки, связывающие вертикальные элементы детали, в целом сталиболее тонкими, но более пространственно-распределенными.
Фланец креплениямотора приобрел сложную форму: в ненагруженных местах понизилась еготолщина без потери прочности.На рисунках 4.12 и 4.13 изображена деталь B - держатель направляющей осиX соответственно до модификации и после модификации.Рисунок 4.12 – Держатель направляющей оси X до модификации135Рисунок 4.13 – Держатель направляющей оси X после модификацииВ результате нейросетевого преобразования конструкции монолитнаяпластина крепления шкива была заменена на ажурный фланец, скрепляемыйрастяжками с основной конструкцией. Тем не менее, в связи со сложностьюпроцесса модификации данной детали, фаски на узле крепления линейныхподшипников сформированы не были. Данный незначительный недостаток можетбыть преодолен повторным запуском алгоритма для держателя направляющейоси X.В данном случае модификация растяжки является менее ресурсоемкой, чеммодификация пластины крепления шкива, и из рисунка 4.13 видно, что не занятыересурсы были израсходованы на коррекцию формы элемента креплениявертикальных подшипников.
Тем не менее, в местах с наибольшей слабинойалгоритм нейроэволюции сформировал ребра жесткости, перераспределивматериал с других частей детали (рисунок 4.12).На рисунках 4.14 и 4.15 изображена деталь C для закрепления мотора оси Zсоответственно до модификации и после модификации.136Рисунок 4.14 – Скоба мотора оси Z до модификацииРисунок 4.15 иллюстрирует, что скоба крепления мотора из монолитнойпреобразована в ажурную. Для сохранения жесткости были сформированы дведополнительные растяжки.Рисунок 4.15 – Скоба мотора оси Z после модификацииПриведенные примеры показывают характерные особенности нейросетевоймодификации конструкции деталей:– снижение материалоемкости деталей;137– сохранение, а в некоторых случаях - существенное повышение жесткостидеталей.Побочнымэффектомнейросетевойобработкиявляетсяустранениетехнологических надписей на деталях (рисунки 4.12 и 4.13), что также привело кнезначительному снижению материалоемкости.
Расчет расхода филаментаосуществлялся программой-слайсером. При помощи полученной в результатенейроэволюции ИНС были спроектированы модернизированные варианты для 11ти из 15-ти деталей принтера Prusa i2. Экономия филамента при ихраспечатывании достигла 27% по сравнению с исходными образцами. Экономиявремени печати деталей достигла 15%.4. Постобработка и проверка качества детали.
Приведение выходноговектора нейросети к формату, пригодному для печати (Binary Stereolithographyосуществлялось.stl),программой-конвертером.Затеммодельпроходилапреобразование из формата stl в g-код для 3D-принтера. После распечатывания стеми же параметрами печати, что и у исходных образцов (заполнение типа«honeycomb50%»пластикомABS),модифицированныедеталибылииспользованы как элементы конструкции 3D-принтера.
Для сравнительнойоценки жесткости деталей были проведены измерения максимальной скоростипечати периметров max 3D-принтера в двух конфигурациях: до и послемодификации. В качестве тестового объекта для печати выступала эталоннаямодель - полый куб 1см3 с толщиной стенки в один слой. При проведении сериитестов скорость печати последовательно увеличивалась с шагом 1 мм/с. Значениеmax – это наибольшее значение скорости печати, при которой:1) Для трех последовательных запусков процесс печати завершается успешнобез отрыва детали от рабочей поверхности.2)Непроисходитпроскальзываниявременно-зубчатых3D-принтера.3) Геометрические искажения детали не превышают 0.3 мм.передачах138Очевидно, при прочих равных более жесткая конструкция позволяет печататьс более высокой скоростью при соблюдении вышеуказанных критериев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
