GIÁO TRÌNH CAD/CAM - PHẦN 2 CAD - THIẾT KẾ NHỜ MÁY TÍNH - CHƯƠNG 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

81
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

PHẦN MỀM ĐỒ HỌA MÁY TÍNH VÀ CƠ SƠ DỮ LIỆU Phần cứng CAD mà chúng ta bàn luận trong chương 5 sẽ là vô ích nếu không được hỗ trợ bởi phần mềm. Trong chương này chúng ta sẽ bàn luận một số vấn đề liên quan đến phần mềm và cơ sở dữ liệu cho đồ họa máy tính tương tác và CAD.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH CAD/CAM - PHẦN 2 CAD - THIẾT KẾ NHỜ MÁY TÍNH - CHƯƠNG 6

Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc CHÖÔNG 6 PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA MAÙY TÍNH VAØ CÔ SÔ DÖÕ LIEÄU 6.1. 6.1. TOÅNG QUAN Phaàn cöùng CAD maø chuùng ta baøn luaän trong chöông 5 seõ laø voâ ích neáu khoâng ñöôïc hoã trôï bôûi phaàn meàm. Trong chöông naøy chuùng ta seõ baøn luaän moät soá vaán ñeà lieân quan ñeán phaàn meàm vaø cô sôû döõ lieäu cho ñoà hoïa maùy tính töông taùc vaø CAD. phaà Phaàn meàm ñoà hoïa laø taäp hôïp caùc chöông trình ñeå ngöôøi duøng thao taùc treân heä Phaà thoáng ñoà hoïa maùy tính. Noù bao goàm caùc chöông trình taïo ra hình aûnh treân maøn hình Noù taï CRT, xöû lyù hình aûnh vaø thöïc hieän vieäc töông taùc khaùc nhau giöõa ngöôøi duøng vaø heä xöû töông thoáng. Phuï vaø vôùi phaàn meàm ñoà hoïa coù theå coù nhöõng phaàn meàm cung caáp theâm nhöõng chöùc naêng chuyeân duïng lieân quan ñeán CAD/CAM. Chuùng bao goàm caùc chöông trình phaân tích thieát keá, thí duï phaân tích phaàn töõ höõu haïn, moâ phoûng chuyeån ñoäng, vaø caùc phaâ moâ chöông trình thieát keá quùa trình coâng ngheä. Chöông naøy chuû yeáu chæ noùi veà phaàn meàm thieá ñoà hoïa. Phaàn meàm ñoà hoïa ñoái vôùi moät heä thoáng ñoà hoïa maùy tính rieâng bieät phuï thuoäc Phaà phuï nhieàu vaøo kieåu phaàn cöùng ñöôïc duøng trong heä thoáng. Phaàn meàm phaûi ñöôïc vieát rieâng cho kieåu CRT vaø kieåu thieát bò nhaäp duøng trong heä thoáng. Caùc chi tieát trong phaàn meàm vieát cho maøn hình CRT vaïch neùt coù theå khaùc so vôùi maøn hình CRT kieåu queùt maønh. Söï khaùc nhau giöõa oáng oáng löu aûnh vaø oáng naïp laïi aûnh cuõng aûnh höôûng ñeán phaàn meàm ñoà hoïa. Maëc duø nhöõng khaùc bieät naøy trong phaàn meàm ngöôøi duøng khoâng nhìn thaáy ñöôïc nhöng chuùng raát quan troïng trong ñoà hoïa maùy tính. Caù Caùc nguyeân taéc cô baûn Coù 6 nguyeân taéc cô baûn trong trong vieäc thieát keá phaàn meàm ñoà hoïa • Tính ñôn giaûn (simplicity). Phaàn meàm ñoà hoïa phaûi deã söû duïng Tính • Tính chaéc chaén (consistancy). Phaàn meàm phaûi hoaït ñoäng moät caùch Tính chaéc chaén vaø coù tính gôïi yù cho ngöôøi duøng • Tính ñaày ñuû (completeness). Khoâng ñöôïc thieáu moät thöù gì veà caùc Tính chöùc naêng ñoà hoïa • Tính meàm deûo (Robustness). Heä thoàng ñoà hoïa phaûi deã daøng boû qua Tính loãi cuûa ngöôøi duøng. • Tính thöïc thi (Performance). Khi coù haïn cheá trong phaàn cöùng, phaàn Tính meàm phaûi ñöôïc söû duïng moät caùch trieät ñeå. Chöông trình ñoà hoïa phaûi hieäu quaû vaø toác ñoä ñaùp öùng phaûi nhanh choùng vaø chaéc chaén. • Tính Tính kinh teá (Economy). Chöông trình ñoà hoïa khoâng ñöôïc quùa lôùn hoaëc ñaét giaù ñeán möùc laøm cho noù khoâng theå coù ngöôøi mua ñeå duøng CAD/CAM 60
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc 6.2. CAÁU HÌNH PHAÀN MEÀM CUÛA MOÄT HEÄ THOÁNG ÑOÀ HOÏA Khi söû duïng heä thoáng ñoà hoïa ngöôøi duøng phaûi thöïc hieän caùc hoaït ñoäng sau: 1. Töông taùc vôùi maøn hình ñoà hoïa ñeå taïo ra vaø bieán hoùa hình aûnh treân maøn hình. taï bieá 2. Xaây döïng moät model vaät lyù töø nhöõng hình aûnh treân maøn hình. Caùc model ñoâi khi ñöôïc goïi laø model öùng duïng. 3. Ñöa model vaøo trong boä nhôù chính vaø/hoaëc boä nhôù phuï. Khi veõ, ngöôøi duøng phoái hôïp caùc leänh vôùi nhau chöù khoâng phaûi theo moät thöù töï nhaát ñònh. Vieäc chia caùc hoaït ñoäng naøy ra laø do muoán cho chöông trình thích öùng vôùi caáu hình chung cuûa boä phaàn meàm ñöôïc duøng vôùi heä thoáng ñoà hoïa maùy tính töông taùc. Phaàn meâm ñoà hoïa coù theå bao goàm 3 modul : 1. Boä ñoà hoïa (Graphics package, Foley vaø Van Dam goïi laø Graphics system) 2. Chöông trình öùng duïng (The Application program) 3. Cô sôû döõ lieäu öùng duïng (The Application Databage) Caáu hình phaàn meàm cuûa moät heä thoáng CAD ñöôïc veõ treân hình 6.1 Maøn hình ñoà hoïa Boä ñoà hoïa Caùc chöông Cô sôû döõ lieäu trình öùng duïng öùng duïng Thieát bò nhaäp cuûa ngöôøi duøng Design workstation Hình 6.1. Caáu hình cuûa phaàn meàm ñoà hoïa Module troïng taâm laø caùc chöông trình öùng duïng (Application programs). Noù ñieàu khieån vieäc löu döõ lieäu vaøo vaø laáy döõ lieäu ra khoûi cô sôû döõ lieäu öùng duïng. Chöông trình öùng duïng ñöôïc ñieàu khieån bôûi ngöôøi duøng qua heä thoáng ñoà hoïa. Chöông trình öùng duïng ñöôïc ngöôøi duøng söû duïng ñeå xaây döïng model treân maøn Chöông xaâ hình. Chöông trình öùng duïng ñöôïc vieát rieâng cho moãi lónh vöïc rieâng bieät. Caùc lónh vöïc lónh trong thieát keá kyõ thuaät coù theå bao goàm: kieán truùc, xaây döïng, cô khí, ñieän töû, hoùa chaát, haøng khoâng... Nhöõng lónh vöïc khaùc ngoaøi thieát keá bao goàm moâ phoûng vaät bay, cho döõ moâ döõ lieäu ôû daïng ñoà hoaï, phaân tính toaùn hoïc, vaø ngay caû hoäi hoïa. Trong moãi tröôøng hôïp, phaâ hoä chöông trình öùng duïng ñöôïc phaân tích ñeå taïo ra hình aûnh vôùi nhöõng quy öôùc thích öùng trong lónh vöïc ñoù. Heä thoáng hay boä ñoà hoïa (Graphics Package) laø phaàn meàm hoã trôï giöõa ngöôøi duøng Heä vaø maøn hình ñoà hoïa. Noù quaûn lyù söï töông taùc giöõa ngöôøi duøng vaø heä thoáng. Noù cuõng quaû duøng nhö laø giao dieän (keát noái trung gian) giöõa ngöôøi duøng vaø phaàn meàm öùng duïng. Heä giao CAD/CAM 61
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc thoáng ñoà hoïa goàm caùc chöông trình con nhaäp (input subroutines) vaø caùc chöông trình chöông chöông con xuaát (output subroutines). Caùc chöông trình con nhaäp nhaän caùc leänh vaø döõ lieäu töø ngöôøi duøng vaø ñöa chuùng ñeán chöông trình öùng duïng. Chöông trình con xuaát ñieàu khieån maøn hình (hoaëc caùc thieát bò khaùc) vaø bieán ñoåi model öùng duïng sang hình aûnh ñoà hoïa 2 hoaëc 3 chieàu. Modul thöù 3 trong phaàn meàm ñoà hoïa maùy tính töông taùc (ICG) laø cô sôû döõ lieäu. Cô cô sôû döõ lieäu chöùa caùc ñònh nghóa toùan hoïc, soá hoïc, vaø loâgic hoïc cuûa model öùng duïng, thí chöù duï nhö cuûa maïch ñieän töû, phaàn töû cô khí. Noù cuõng goàm thoâng tin ôû daïng chöõ (ABC) ñi thoâ vôùi models, thí duï nhö danh saùch vaät lieäu. Noäi dung cuûa cô sôû döõ lieäu coù theå hieän ra nhanh choùng treân maøn hình CRT hoaëc in ra giaáy. Muïc 6.6. seõ baøn veà cô sôû döõ lieäu cho ñoà hoïa maùy tính. 6.3. 6.3. CAÙC CHÖÙC NAÊNG CUÛA BOÄ (PHAÀN MEÀM) ÑOÀ HOÏA (FUNCTIONS OF GRAPHICS PACKAGE) Ñeå thöïc hieän vai troø cuûa mình trong caáu truùc phaàn meàm cuûa moät heä thoáng CAD, boä phaàn meàm ñoà hoïa hay noùi ngaén goïn laø boä ñoà hoïa phaûi thöïc hieän haøng loaït chöùc naêng. Moãi chöùc naêng coù theå nhoùm laïi thaønh moät boä. Moãi boä thöïc hieän moät soá coâng vieäc giöõa ngöôøi duøng vaø maùy tính. Caùc boä chöùc naêng naøy laø: 1. 1. Chöùc naêng taïo ra caùc phaàn töû ñoà hoïa 2. Chöùc naêng bieán ñoåi 3. Chöùc naêng ñieàu khieån vaø caùc chöùc naêng cöûa soå 4. Chöùc naêng taïo ñaëc tính (Attribute): neùt veõ, maøu, ñoä daøy. 5. Chöùc naêng chia nhoû ñeå chænh söûa ñoái töôïng (Segmenting function.) 6. Chöùc naêng taïo haøm nhaäp cuûa ngöôøi duøng (User input Function) Chuùng ta seõ xem xeùt moät soá chöùc naêng naøy kyõ hôn trong caùc muïc keá tieáp ôû chöông naøy. Trong muïc naøy chuùng ta chæ moâ taû sô qua veà moãi chöùc naêng. Chöù Chöùc naêng taïo ra caùc phaàn töû ñoà hoïa: Moät phaàn töû trong ñoà hoïa maùy tính laø moät ñoái töôïng hình aûnh cô sôû nhö ñieåm, Moä ñöôøng thaúng, ñöôøng troøn,... Taäp hôïp nhöõng phaàn töû naøy trong heä thoáng cuõng coù theå bao goàm caû chöõ vieát vaø kyù hieäu ñaëc bieät. Nhieàu khi moät thaønh phaàn chuyeân duïng trong phaàn cöùng cuûa heä thoáng ñoà hoïa ñaõ ñöôïc lieân keát vôùi vieäc cho hieån thò nhieàu phaàn töû. Vieäc naøy laøm taêng toác ñoä taïo phaàn töû. Ngöôøi duøng coù theå xaây döïng model öùng duïng baèng caùch gom caùc phaàn töû coù treân heä thoáng. Teân goïi “primitives” thöôøng ñöôïc duøng ñeå goïi caùc phaàn töû ñoà hoïa nguyeân thuyû. Chuùng ta seõ duøng laïi teân goïi naøy khi xaây döïng keát caáu 3D. Thuoäc “primitive” coù hình caàu, hình laäp phöông, hình truï,... Trong moâ hình 3D kieåu khung daây vaø solid, caùc phaàn töû nguyeân thuûy ñöôïc duøng ñeå xaây döïng caùc block taïo ra model 3D theo yù ngöôøi duøng. CAD/CAM 62
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Chöùc naêng bieán ñoåi (Transformation): Duøng ñeå thay ñoåi hình aûnh treân maøn hình vaø di chuyeån ñeán choã khaùc, phoùng to, thu nhoû, di chuyeån (pan), xoay (rotate). Chuùng ta seõ baøn veà caùc pheùp bieån ñoåi hình aûnh 2D vaø 3D trong muïc 6.5. Chöùc naêng ñieàu khieån maøn hình vaø caùc chöùc naêng cöûa soå (Display Chöù control and windowing functions): Chöùc naêng naøy ñaûm baûo khaû naêng xem aûnh: • Töø goùc ñoä mong muoán • Phoùng to theo yù muoán Khi thöïc hieän caùc chöùc naêng ñoù, ngöôøi duøng söû duïng cöûa soå treân maøn hình, luùc phoùng to, luùc thu nhoû, di chuyeån töø choã naøy tôùi choã kia. Thöïc chaát laø söû duïng chöùc naêng bieån ñoåi ñeå hieån thò model treân maøn hình theo yù muoán. Moät chöùc naêng nöõa trong vieäc ñieàu khieån maøn hình laø xoùa caùc ñöôøng khuaát. Trong nhieàu heä thoáng ñoà hoïa, aûnh cuûa moät vaät cuï theå ñöôïc theå hieän baèng nhöõng ñöôøng thaúng. Vieäc xoùa ñöôøng khuaát laø thuû tuïc maø hình aûnh ñöôïc chia ra thaønh ñöôøng troâng thaáy ñöôïc vaø khoâng thaáy ñöôïc (töùc ñöôøng khuaát). Trong moät soá heä thoáng CAD yeáu keùm, ngöôøi duøng phaûi chæ ra ñöôøng naøo laø ñöôøng khuaát ñeå xoùa noù khoûi hình aûnh vaø laøm cho vaät theå deã hieåu hôn. Trong nhöõng heä thoáng CAD hieän ñaïi, thí duï nhö PROENGINEER cuûa haõng PTC (Parametric Technology Company), boä ñoà hoïa ñuû thoâng minh ñeå coù theå töï ñoäng xoùa caùc ñöôøng khuaát. Taï Taïo ñaëc tính (Attribute): choïn neùt veõ, maøu, ñoä daøy neùt veõ. Chöù Chöùc naêng choïn vaø chænh lyù caùc ñoái töôïng (Segmenting function). Ñaûm baûo khaû naêng thay theá, xoùa, söûa ñoåi caùc ñoái töôïng cuûa baûn veõ. Teân goïi “segment” laø coù yù noùi ñeán moät phaàn rieâng bieät cuûa hình aûnh ñöôïc nhaän ra vaø söûa ñoåi. Segment coù theå xaùc ñònh moät phaàn töû hoaëc moät nhoùm logic caùc phaân töû. Maøn hình Segment moä moä CRT kieåu löu aûnh ( storage type CRT) khoâng thích hôïp cho chöùc naêng segmentation. Ñeå xoùa hay chænh lyù moät phaàn aûnh treân CRT kieåu löu aûnh phaûi xoùa caû hình aûnh vaø veõ laïi vôùi nhöõng thay ñoåi ñaõ thöïc hieän. Maøn hình kieåu queùt maønh (raster scan) laø lyù töôûng cho chöùc naêng segmentation vì maøn hình luoân ñöôïc töï ñoäng veõ laïi khoaûng ≥ 30 laàn trong moät giaây. Chöù nhaä Chöùc naêng nhaäp cuûa ngöôøi duøng (USER INPUT FUNCTION - UIF) Chöùc naêng nhaäp cuûa ngöôøi duøng goàm moät taäp caùc chöùc naêng ñaëc thuø (critical) trong heä thoáng ñoà hoïa vì noù cho pheùp ngöôøi duøng nhaäp leänh hoaëc döõ lieäu vaøo trong heä thoáng. Chöùc naêng naøy phaûi ñöôïc vieát ñeå boå sung rieâng cho caùc thieát bò nhaäp duøng trong heä thoáng, sao cho ngöôøi duøng caûm thaáy tieän duïng nhaát. UIF phaûi ñöôïc vieát ñeå taêng naêng suaát, hieäu quûa cuûa ngöôøi thieát keá, ñaûm baûo ñuû chöùc naêng cho söû duïng nhöng khoâng quùa nhieàu ñeå ngöôøi duøng choaùng ngôïp, khoâng nhôù noåi. Moät trong nhöõng muïc tieâu maø ngöôøi thieát keá phaàn meàm caàn theo ñuoåi laø sao cho ngay caû nhöõng ngöôøi khoâng coù moät chuùt kinh nghieäm veà laäp trình cuõng coù theå söû duïng heä thoáng CAD moät caùch deã daøng. CAD/CAM 63
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc 6.4. 6.4. XAÂY DÖÏNG HÌNH HOÏC 6.4.1 6.4.1 Söû duïng caùc phaàn töû hình hoïc Heä thoáng ñoà hoïa xaây döïng model töø caùc phaàn töû ñoà hoïa. Caùc phaàn töû naøy ñöôïc goïi ra bôûi ngöôøi duøng trong quaù trình xaây döïng vaø laàn löôït theâm vaøo töøng caùi moät ñeå taïo neân model. Coù nhieàu khía caïnh cuûa vieäc xaây döïng moâ hình maø chuùng ta seõ baøn ñeán. 1/ Tröôùc khi moãi phaàn töû ñöôïc goïi ra vaø theâm vaøo model ngöôøi duøng phaûi xaùc ñònh kích thöôùc, vò trí vaø ñònh höôùng noù. Ñeå taïo ra model coù hình daïng vaø tæ leä caàn thieát, caàn phaûi thöïc hieän nhöõng pheùp bieán ñoåi khaùc nhau. 2/ Phaàn töû ñoà hoïa coù theå ñöôïc tröø ñi cuõng nhö coäng laïi, noùi caùch khaùc model coù theå taïo ra töø phaàn töû aâm cuõng nhö phaàn töû döông. Hình 6.2 minh hoïa vieäc xaây döïng phaàn töû C töø 2 phaân töû A vaø B. Phaàn töû C ñöôïc taïo ra baèng caùch laáy phaàn töû A tröø ñi phaàn töû B. 3/ Yeáu toá thöù 3 khi xaây döïng moâ hình laø khaû naêng nhoùm caùc phaàn töû thaønh caùc boä maø ñoâi khi goïi laø teá baøo (cell hay block). Moät teá baøo, theo yù nghóa naøy, laø söï phoái hôïp caùc phaàn töû coù theå ñöôïc goïi ra ñeå duøng baát cöù ñaâu trong model. Thí duï: Neáu moät bulong ñöôïc duøng nhieàu nôi trong moät model laép raùp cô khí thì Thí bulong caàn ñöôïc taïo thaønh moät teá baøo vaø ñaët vaøo baát cöù choã naøo trong model. A-B=C Hình 6.2 Thí duï xaây döïng moâ hình 2D baèng caùch laày phaàn töû A tröø ñi phaàn töû B ñeå ñöôïc phaàn töû C Vieäc duøng teá baøo ñoà hoïa (block) laø moät trong nhöõng ñieåm maïnh cuûa vieäc xaây döïng model. phaà Xaùc ñònh caùc phaàn töû ñoà hoïa Ngöôøi duøng coù nhieàu caùch ñeå goïi ra moät phaàn töû cuï theå vaø ñaët vaøo model. Baûng 6.1 lieät keâ moät soá phöông phaùp xaùc ñònh ñieåm, ñöôøng cong, ñöôøng troøn vaø caùc phaàn töû hình hoïc khaùc nhau qua vieäc töông taùc vôùi heä thoáng ICG . Caùc phaàn töû naøy ñöôïc löu trong cô sôû döõ lieäu ôû daïng toaùn hoïc vaø ñöôïc heä thoáng toïa ñoä 3 chieàu goïi tôùi. Thí duï moät ñieåm coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng toïa ñoä X, Y, Z. Moät Polygon (ña giaùc) coù theå ñöôïc xaùc ñònh CAD/CAM 64
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc baèng 1 taäp ñieåm ôû caùc goùc. Moät ñöôøng troøn ñöôïc xaùc ñònh bôûi taâm vaø baùn kính. Baèng toaùn hoïc 1 ñöôøng troøn coù theå ñöôïc xaùc ñònh trong maët phaúng XY bôûi phöông trình: ( x – m)2 + ( y – n)2 = r2 (6.1) Ñieàu naøy coù nghóa laø ñöôøng troøn coù baùn kính r vaø toïa ñoä taâm x = m vaø y = n. Trong moãi tröôøng hôïp, ñònh nghóa toaùn hoïc coù theå ñöôïc bieán thaønh caùc caïnh vaø maët töông öùng ñeå taïo neân hoà sô cô sôû döõ lieäu vaø hieån thò treân maøn hình CRT. Baûng 6.1. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh caùc phaàn töû trong ñoà hoïa maùy tính töông taùc Caùc phöông phaùp xaùc ñònh ñieåm: Caù 1. Duøng chuoät chæ moät ñieåm baát kyø treân maøn hình 2. Nhaäp toïa ñoä tuyeät ñoái 3. Nhaäp vaøo offset ( khoaûng caùch X, Y, Z) töø moät ñieåm cho tröôùc (toïa ñoä töông ñoái 4. Giao ñieåm. 5. Caùc ñieåm naèm doïc theo phaàn töû cho tröôùc vaø caùch nhau moät ñoaïn coá ñònh (ñieåm chia) … Caùc phöông phaùp xaùc ñònh ñöôøng (line) Caù 1. Söû duïng 2 ñieåm ñöôïc xaùc ñònh töø tröôùc 2. Söû duïng moät ñieåm, chieàu daøi vaø moät goùc so vôùi phöông naèm ngang 3. Söû duïng moät ñieåm vaø cho ñöôøng thaúng song song hoaëc vuoâng goùc vôùi moät ñöôøng cho tröôùc 4. Tieáp xuùc vôùi hai ñöôøng cong 5. Vöøa tieáp xuùc maø // hoaëc ⊥ vôùi moät ñöôøng cho tröôùc. … Caùc phöông phaùp xaùc ñònh cung troøn vaø ñöôøng troøn: (Arc vaø circles) Caù 1. Chæ ñònh taâm vaø baùn kính cuûa ñöôøng troøn 2. Chæ ñònh taâm vaø1 ñieåm treân ñöôøng troøn 3. Chæ ñònh 3 ñieåm 4. Tieáp xuùc 3 ñöôøng thaúng 5. Chæ ñònh baùn kính vaø tieáp tuyeán vôùi hai ñöôøng cho tröôùc … Caùc phöông phaùp xaùc ñònh ñöôøng ellipse (conics) Caù Ñöôøng conics bao goàm caùc ñöôøng ellipses, parabolas vaø hyperbolas, coù theå ñöôïc xaùc ñònh trong moät maët phaúng bôûi moät trong caùc phöông phaùp sau. 1. Chæ ñònh töø 1 ñieåm taâm vaø baùn kính hai truïc. 2. Chæ ñònh töø 3 ñieåm vaø 1 ñieàu kieän tieáp tuyeán Caùc phöông phaùp xaùc ñònh caùc ñöôøng cong. Caù CAD/CAM 65
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Caùc ñöôøng splines ñöôïc duøng ñeå taïo neân ñöôøng cong qua caùc ñieåm döõ lieäu cho ñöôø tröôùc. Thí duï, trong ñöôøng spline baäc 3, ñöôøng polynomial baäc ba naèm giöõa moãi caëp ñieåm keá nhau. Caùc kyõ thuaät khaùc taïo ñöôøng cong trong ñoà hoïa maùy tính bao goàm caùc phöông phaùp taïo ñöôøng cong Bezier vaø B – spline. Caû 2 phöông phaùp ñeàu duøng thuû tuïc blending ñeå taïo neân hieäu quûa cong ñeàu ñaën qua caùc ñieåm döõ lieäu. Ñöôøng cong thu ñöôïc khoâng ñi qua taát caû caùc ñieåm. Trong caùc tröôøng hôïp naøy caùc döõ lieäu ñieåm phaûi ñöôïc nhaäp vaøo heä thoáng ñoà hoïa vaø kyõ thuaät taïo ñöôøng cong phaûi ñöôïc chæ ñònh ñeå xaùc ñònh ñöôøng cong. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh maët Caù Caùc phöông phaùp ñöôïc moâ taû ôû treân ñeå taïo neân caùc ñöôøng sinh cuõng ñöôïc duøng ñeå taïo neân caùc beà maët. Caùc nhaø cheá taïo oâ toâ duøng kyõ thuaät naøy ñeå theå hieän caùc maët laäp theå cuûa voû xe hôi laøm töø theùp taám. Moät soá caùc phöông phaùp taïo beà maët bao goàm: 1. Phöông phaùp taïo maët troøn xoay: ñöôïc taïo neân baèng caùch quay baát cöù moät Phöông caïnh hay moät ñöôøng naøo xung quanh moät truïc cuï theå. 2. Phöông phaùp taïo maët keû (ruled surfaces): Noái hai ñöôøng cho tröôùc baèng Phöông taï nhöõng ñöôøng thaúng 3. Phöông phaùp taïo maët queùt (swept surfaces): Cho moät ñöôøng maët caét queùt Phöông theo moät quyõ ñaïo cho tröôùc. 4. Phöông phaùp taïo maët caét: taïo neân maët caét ngang cuûa chi tieát baèng caùch Phöông caét laùt taïi moät ñieåm baát kyø bôûi moät maët phaúng theo moät phöông cho tröôùc. Caù Caùc phöông phaùp chænh lyù hình hoïc (geometry editing): Heä thoáng CAD ñaûm baûo nhöõng khaû naêng söûa ñoåi vaø hieäu chænh moâ hình hình hoïc. Khi xaây döïng moâ hình, ngöôøi duøng phaûi coù khaû naêng xoùa, di chuyeån, sao cheùp vaø xoay caùc phaàn töû cuûa moâ hình . Chuùng ta ñaõ baøn ñeán moät soá nhöõng chöùc naêng naøy trong muïc 6.3 khi noùi veà heä thoáng ñoà hoïa. Thuû tuïc chænh lyù goàm choïn caùc phaàn töû cuûa moâ hình vaø choï thöïc hieän leänh hieäu chænh caàn thieát. leä Moãi heä thoáng CAD coù phöông phaùp rieâng ñeå choïn phaàn töû cuûa moâ hình. Thoâng phöông choï thöôøng ngöôøi ta duøng chuoät taïo ra moät hình chöõ nhaät (cöûa soå) bao laáy phaàn töû caàn choïn treân maøn hình CRT. Moät phöông phaùp khaùc khi duøng buùt quang laø ñaët buùt leân phaân töû khi ñaë caàn choïn. Vôùi baûng vaø buùt ñieän töû thì phöông phaùp coù theå laø vaïch moät ñöôøng qua caùc vaï qua phaân töû caàn choïn cuûa moâ hình. Heä thoáng ñoà hoïa phaûi chæ ra cho ngöôøi duøng thaáy phaàn naøo cuûa moâ hình ñöôïc choïn. Laøm vaäy laø ñeå maùy tính kieåm tra phaàn ñöôïc choïn coù ñuùng yù ngöôøi duøng khoâng. Nhöõng heä thoáng ICG khaùc nhau duøng nhöõng kyõ thuaät khaùc nhau ñeå phaân bieät phaân töû ñöôïc choïn. Nhöõng phöông phaùp naøy coù theå laø ñaët daáu leân phaàn töû, laøm cho phaân töû noãi baät hôn, laøm cho phaân töû nhaáp nhaùy,... Moät soá khaû naêng chænh lyù thoâng duïng trong caùc heä thoáng CAD thöông maïi ñöôïc cho trong baúng 6.2. Baûng 6.2. Moät soá ñaëc ñieåm chænh lyù thoâng duïng trong maùy tính CAD. Baû CAD/CAM 66
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Move: Di chuyeån phaân töû ñeán choã khaùc: ñöa phaân töû töø choã naøy ñeán choã Move: 1. kia. 2. Copy: Sao cheùp phaân töû ñeán choã khaùc Copy: 3. Rotate: Xoay phaân töû ñi moät goùc Rotate 4. Mirror: Laáy ñoái xöùng Mirror: 5. Delete: Xoùa haún khoûi maøn hình vaø cô sôû döõ lieäu Delete: 6. Remove: Remove: Xoùa taïm thôøi (khoâng xoùa khoûi cô sôû döõ lieäu) 7. Trim: Trim Caét xeùn caùc ñoaïn thöøa 8. Block: Xaây döïng teá baøo töø caùc phaân töû ñöôïc choïn. Teá baøo sau ñoù ñöôïc Block: coäng vaøo moâ hình ôû baát cöù nôi naøo caàn. 9. Scale: Phaàn töû ñöôïc choïn coù theå ñöôïc chæ ñònh heä soá khuyeách ñaïi theo Scale phöông X, Y, Z. Coù theå khuyeách ñaïi theo 1, 2 hoaëc caû 3 phöông. 6.5. 6.5. CAÙC PHEÙP BIEÁN ÑOÅI HÌNH HOÏC 2D VAØ 3D (TRANSFORMATIONS) Nhieàu ñaëc ñieåm chænh lyù laø bieán ñoåi ñoái töôïng ñoà hoïa hoaëc teá baøo hoaëc caû moâ hình. Trong muïc naøy chuùng ta seõ baøn veà phöông dieän toaùn hoïc cuûa nhöõng pheùp bieán ñoåi naøy. Ñeå minh hoïa, tröôùc tieân ta choïn vieäc bieán ñoåi trong khoâng gian 2 chieàu (2D). Sau ñoù chuùng ta seõ noùi ñeán 3 chieàu (3D). 6.5.1. 6.5.1. Bieán ñoåi hình hoïc trong khoâng gian 2 chieàu (2D): Ñeå ñònh vò moät ñieåm trong heä toïa ñoä 2 truïc, phaûi chæ ra toïa ñoä X, Y . Nhöõng toïa ñoä naøy coù theå coi nhö moät ma traän 1 x 2 : (x,y). Thí duï: Ma traän (2,5) laø moät ñieåm coù toïa ñoä x = 2 vaø y = 5 tính töø goác toaï ñoä. Phöông phaùp naøy coù theå phaùt trieån cho vieäc xaùc ñònh ñöôøng nhö laø ma traän 2x2 baèng caùch cho toaï ñoä 2 ñieåm cuûa ñöôøng thaúng. Coâng thöùc coù daïng:  x y1  (6.2) L= 1 x2 y2    Baèng caùch duøng caùc quy taéc ma traän, moät ñieåm hay moät ñöôøng (hoaëc phaàn töû hình hoïc khaùc vieát döôùi daïng ma traän) coù theå ñöôïc bieán ñoåi ñeå taïo ra moät phaàn töû môùi. Coù nhieàu pheùp bieán ñoåi ñöôïc duøng trong ñoà hoïa maùy tính. Chuùng ta seõ baøn veà 3 pheùp bieán ñoåi: di chuyeån, khuyeách ñaïi vaø xoay. Di Di chuyeån: Laø ñöa phaàn töû hình hoïc töø choã naøy tôùi choã kia. Trong tröôøng hôïp 1 ñieåm, phöông trình ñöôïc vieát nhö sau: x’ = x + m , y’ = y + n (6.3) Trong ñoù x’, y’ laø toïa ñoä cuûa ñieåm di chuyeån tôùi x,y laø toïa ñoä ban ñaàu cuûa ñieåm di chuyeån ñi, m,n - löôïng di chuyeån töông öùng theo phöông x,y. Vieát döôùi daïng ma traän: (x’,y’) = (x,y) + T (6.4) Trong ñoù T = (m,n) ma traän di chuyeån (6.5) Kyù hieäu T laø do chöõ Transformation. CAD/CAM 67
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Baát cöù moät phaàn töû hình hoïc naøo cuõng coù theå ñöôïc di chuyeån trong khoâng gian baèng caùch aùp duïng coâng thöùc treân cho moãi ñieåm thuoäc phaàn töû ñoù. Ñoái vôùi moät ñöôøng thaúng, ma traän bieán ñoåi seõ ñöôïc aùp duïng cho 2 ñieåm ñaàu vaø cuoái. Scaling: laáy tæ leä Scaling: Duøng ñeå taêng hoaëc giaûm kích thöôùc cuûa ñoái töôïng hình hoïc. Khoâng nhaát thieát phaûi coù tæ leä khuyeách ñaïi nhö nhau theo caû 2 phöông x,y. Thí duï moät ñöôøng troøn coù theå bieán ñoåi thaønh ellipse baèng caùch laáy tæ leä khuyeách ñaïi theo phöông x vaø y khaùc nhau. Caùc ñieåm cuûa moät phaân töû coù theå ñöôïc laáy tæ leä khuyeách ñaïi baèng ma traän tæ leä nhö sau: ( x’,y’) = (x,y) S (6.6) trong ñoù m 0  (6.6) S=   0 n laø ma traän tæ leä . Ñieàu naøy coù nghóa laø kích thöôùc cuûa phaân töû ñöôïc thay ñoåi bôûi heä soá tæ leä m theo phöông x vaø heä soá tæ leä n theo phöông y. Vieäc laáy tæ leä cuõng aûnh höôûng ñeán vieäc boá trí laïi phaàn töû trong heä toïa ñoä x, y. Neáu heä soá tæ leä nhoû hôn 1, chi tieát thu nhoû laïi vaø di chuyeån gaàn ñeán goác toïa ñoä. Neáu heä soá tæ leä lôùn hôn 1, chi tieát seõ to ra vaø di chuyeån ra xa so vôùi goác toïa ñoä. Xoay Xoay (Rotation) Trong pheùp bieán ñoåi naøy caùc ñieåm cuûa moät phaân töû ñöôïc xoay quanh goác toïa ñoä moät goùc θ. Ñoái vôùi goùc θ döông, chi tieát xoay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà. Vieát döôùi daïng ma traän seõ nhö sau: ( x’, y’) = (x,y) R (6.8) trong ñoù  cosθ sin θ  (6.9) R= cosθ  − sin θ  laø ma traän xoay. Thí duï 6.1. Thí Ñeå minh hoïa caùc bieán ñoåi trong maët phaúng 2D haõy xeùt moät ñöôøng thaúng ñöôïc xaùc ñònh bôûi ma traän. 1 1  L=   2 4 Giaû söû ta caàn di chuyeån L ñi 2 ñôn vò theo x vaø 3 ñôn vò theo y Vieäc naøy coù nghóa laø ta phaûi coäng theâm 2 vaøo caùc giaù trò x hieän taïi vaø 3 vaøo gía trò y hieän taïi cuûa caùc ñieåm ñaàu vaø cuoái cuûa ñöôøng thaúng. Nghóa laø ñöôøng thaúng môùi coù caùc ñieåm cuoái laø (3,4) vaø (4,7). Hieäu quûa cuûa pheùp di chuyeån minh hoïa treân hình 6.3 CAD/CAM 68
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc (4,7) (2,4) (3,4) (1,1) x Hình 6.3. Keát quûa di chuyeån trong thí duï 6.1 Thí duï 6.2: Thí Cuõng vôùi ñöôøng thaúng nhö trong thí duï 6.1, ta haõy nhaân tæ leä leân 2. Khi ñoù ma traän tæ leä ( 2x2) ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: 2 0  T =  0 2 Phöông trình khuyeách ñaïi ñöôïc vieát 1 1   2 0   2 2 2 4.0 2 = 4 8      Keát quûa cuûa ñöôøng thaúng môùi ñöôïc veõ treân hình 6.4 (4,8) (0.-2684,4.4648) (2,4) (2,4) (2,2) (0.366,1.366) (1,1) (1,1) x Hình 6.4. Keát quûa phoùng ñaïi Hình 6.5. Keát quûa xoay trong thí duï 6.2 trong thí duï 6.3 Thí duï 6.3. Chuùng ta seõ söû duïng cuøng ñöôøng thaúng treân vaø cho xoay moät goùc 300 quanh goác toïa ñoä. Phöông trình (6.8) seõ ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh ñöôøng thaúng ñaõ bieán ñoåi, trong ñoù ma traän xoay ñöôïc vieát. CAD/CAM 69
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc  cos 30 sin 30  0,866 0,5  R= =  − sin 30 cos 30  − 0,5 0,866 Ñöôøng thaúng môùi ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: 1 1  0,866 0,5   0,366 1,366  2 4. − 0,5 0,866 = − 0,268 4,464     Keát quûa xoay ñöôøng thaúng ñöôïc veõ treân hình 6.5 Bieá Bieán ñoåi trong khoâng gian 3 chieàu (3D) Bieán ñoåi nhôø phöông phaùp ma traän coù theå phaùt trieån cho khoâng gian 3D. Chuùng ta haõy xem cuõng vôùi 3 pheùp bieán ñoåi nhö treân, xeùt trong khoâng gian 3D thì seõ nhö theá naøo. Di chuyeån: Ma traän dòch chuyeån cho moät ñieåm trong khoâng gian 3D laø: Di T = ( m,n,p) (6.10) Caùc toïa ñoä ñieåm cuûa ñoái töôïng seõ phaûi coäng theâm m ñôn vò theo phöông X n ñôn vò theo phöông Y p ñôn vò theo phöông Z ñeå taïo neân phaàn töû môùi trong khoâng gian 3D Scaling Scaling (nhaân tæ leä) Nhaân tæ leä ñöôïc cho bôûi ma traän tæ leä m 0 0 S = 0 n 0   (6.11) 0 0 p   Khi nhöõng gía trò m,n,p baèng nhau, tæ leä laø tuyeán tính. Rotation Rotation – xoay: Xoay trong khoâng gian 3D coù theå ñöôïc thöïc hieän ñoái vôùi moãi truïc toïa ñoâ. Xoay quanh truïc Z moät goùc θ ñöôïc thöïc hieän bôûi ma traän Xoay cosθ 0 − sin θ (6.12) Rz =  sin θ 0 cosθ    1 0 0  CAD/CAM 70
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Xoay quanh truïc Y moät goùc θ ñöôïc thöïc hieän bôûi ma traän Xoay  cosθ 0 sin θ  Ry =  0 0 (6.13) 1   − sin θ 0 cosθ    Xoay quanh truïc X moät goùc θ ñöôïc thöïc hieän bôûi ma traän Xoay 1  0 0 0 cosθ − sin θ  (6.14) Rx =   0 sin θ cosθ    Bieán ñoåi phöùc hôïp: Nhöõng bieán ñoåi ñôn coù theå ñöôïc phoái hôïp vôùi nhau taïo thaønh moät chuoãi caùc bieán ñoåi. Trong qui trình thieát keá, vieäc bieán ñoåi phöùc hôïp thöôøng xaûy ra. Thí duï xoay vaät quanh 1 ñieåm roài khuyeách ñaïi, hay di chuyeån trong khoâng gian. Vieäc bieán ñoåi phöùc hôïp phaûi thöïc hieän thöù töï chöù khoâng ñoàng thôøi ñeå maùy tính coù theå deã daøng giaûi baøi toaùn bieán ñoåi. 6.6. 6.6. CAÁU TRUÙC DÖÕ LIEÄU VAØ NOÄI DUNG Cô sôû döõ lieäu CAD laø moät trong 3 modul quan troïng cuûa phaàn meàm CAD. Haàu nhö toaøn boä chöùc naêng cuûa heä thoáng CAD phuï thuoäc vaøo cô sôû döõ lieäu. Noù bao goàm: • Model öùng duïng (Application models) • Vaät thieát keá (Designs) • Baûn veõ (Drawings) • Baûn laép raùp (Assemblies) • Thoâng tin daïng chöõ nhö danh saùch vaät lieäu vaø vaên baûn (Alphanumerical information as Bill of Materials and text) Cô sôû döõ lieäu cuõng chöùa phaàn meàm ñoà hoïa töông taùc nhö Caùc leänh heä thoáng (System commands) • • Thöïc ñôn chöùc naêng (Function menus) • Caùc chöông trình con duøng cho maùy veõ (Plotter output routines) Cô sôû döõ lieäu chöùa trong boä nhôù chính vaø phuï. Chuùng ta seõ xem xeùt noäi dung cuûa data base vaø caùch toå chöùc noù. Noâ Noâi dung cuûa data base bao goàm 1. Caùc phaàn töû hình hoïc cô sôû (Basic graphics elements - points and other elements) 2. Hình daïng caùc phaàn töû cuûa model vaø söï boá trí trong khoâng gian (Geometry) 3. Söï lieân keát cuûa caùc phaàn töû taïo neân model CAD/CAM 71
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc 4. Döõ lieäu chuyeân bieät cuûa öùng duïng nhö tính chaát vaät lieäu 5. Caùc chöông trình phaân tích chuyeân bieät cuûa öùng duïng, thí duï chöông trình phaân tích phaàn töõ höõu haïn Vieäc hình thaønh moâ hình ñöôïc xaây döïng töø thaáp ñeán cao. Caáu truùc cuûa model bao xaâ Caá goàm caû döõ lieäu vaø caùch thöùc lieâân keát, moâ taû vaø phaân tích model. lie Coù nhieàu phöông phaùp taïo caáu truùc döõ lieäu khaùc nhau tuyø theo kieåu model öùùng khaù kieå ö duïng nhö cô khí, ñieän,… vaø söï öa chuoäng cuûa ngöôøi thieát keá. Model coù theå laø hoaøn duï vaø hoaø chænh hoaëc sô boä. Moâdel hoaøn chænh thì coù kích thöôùc file lôùn nhöng thôøi gian tính toaùn sô hoaø chænh kích tính nhanh. Model sô boä cho kích thöôùc file nhoû nhöng thôøi gian tính toaùn laïi laâu. Thí duï sô nho laâ moät kieåu caáu truùc döõ lieäu ñôn giaûn chæ chöùa thoâng tin veà toïa ñoä cuûa caùc phaàn töû hình döõ hoïc cuøng vôùi nhöõng thoâng tin caàn thieát cho vieäc xaùc ñònh toaøn boä moâ hình hoaëc ñeå duøng cho caùc chöông trình öùng duïng nhaát ñònh nhö phaân tích kyõ thuaät hoaëc laäp trình NC ñeå gia coâng. Kieåu döõ lieäu naøy coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhaát ñònh. Thí duï, ta haõy xem vieäc nhöôï xaùc ñònh moät cylindre. Vieäc xaùch ñònh bao goàm ñöôøng sinh song song vôùi truïc cuûa hình truï vaø goùc xoay cuûa ñöôøng sinh quanh truïc ñeå taïo neân maët truï. Döõ lieäu ñöôïc ghi seõ bao goàm toïa ñoä cuûa ñöôøng sinh vaø cuûa ñöôøng taâm truïc. Maùy tính coù theå taïo ra aûnh cuûa hình truï treân maøn hình, nhöng noù laïi khoâng coù taát caû caùc döõ lieäu cuûa hình truï ñaëc trong baûn khoâ ghi. Vì vaäy maùy tính khoù coù theå xaùc ñònh ñoù laø moät vaät theå ñaëc. Ñaëc tính ñaëc cuûa vaät theå laø raát quan troïng trong vieäc phaân tích ñeå kieåm tra söï giao nhau cuûa caùc phaàn töû khi laép raùp vôùi caùc phaàn töû ñaëc khaùc. Caáu truùc döõ lieäu kieåu graph-based model thì laïi khaùc haün. Thí duï moâ hình graph Caá graph- cuûa moät töù dieän veõ treân hình 6.6 bao goàm moät loaït caùc ñieåm vaø ñöôøng xaùc ñònh quan heä giöõa caùc ñænh, caïnh vaø maët cuûa phaàn töû hình hoïc. Chæ coù caùc ñænh laø chöùa döõ lieäu khoâng gian trong baûn ghi. Theá nhöng moái lieân keát caïnh vôùi ñænh, maët vôùi caïnh, vaø vaät theå ñaëc vôùi caùc maët cuõng ñöôïc ghi laïi. Roõ raøng ñaây laø caùch xaùc ñònh vaät theå ñaëc moät caùch ñaày ñuû nhaát. Coù ba kieåu cô sôû döõ lieäu cho vieäc moâ hình hoùa theo caùch töông taùc: quan heä, nhaùnh ba caây vaø maïng. Cô sôû döõ lieäu kieåu quan heä: döõ lieäu ñöôïc löu thaønh baûng goïi laø baûng quan heä, trong quan ñoù löu quan heä giöõa caùc ñoái töôïng hình hoïc vôùi nhau. Thí duï treân hình 6.7 vaät theå ñöôïc moâ taû banèg ba moái quan heä: ÑÆNH, ÑÖÔØNG VAØ MAËT. Moät trong nhöõng nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa cô sô döõ lieäu kieåu quan heä laø ñoøi hoûi phaûi phaân loaïi maø keát quaû laø laøm cho hoaït ñoäng cuûa maùy tính chaäm laïi trong vieäc ñaùp öùng leänh cuûa ngöôøi duøng. Caáu truùc döõ lieäu kieåu caây: Caùc ñoái töôïng hình hoïc coù quan heä vôùi nhau theo lieåu kieå nhaùnh caây. Caáu truùc naøy coù theå laø kieåu caây chuøm (nhieàu nhaùnh töø moät goác) hoaëc kieåu nhò phaân (hai nhaùnh töø moät goác). D d e f C c b A CAD/CAM 72 a B
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Solid (a) Faces d e f Edges a b c Vertices A B C D (b) Hình 6.6 Graph-based model (b) cho töù dieän (a) Caáu truùc döõ lieäu kieåu maïng cho pheùp bieåu dieãn quan heä giöõa caùc ñoái töôïng moät maï caùch tuøy yù. Moãi ñoái töôïng laø moät baûn ghi, coù theå coù quan heä vôùi moät hay vaøi baûn ghi khaùc theo kieåu maïng. Thí duï, treân hình 6.6, quan heä giöõa maët vaø caïnh cuõng nhö giöõa caïnh vaø caùc ñænh, mang caáu truùc maïng, giöõa khoái töù dieän vaø caùc maët mang caáu truùc caây. Caùc döõ lieäu ñoà hoïa coù theå ñöôïc löu döôùi daïng tuaàn töï hoaëc ngaãu nhieân. Nhöôïc tuaà ñieåm cuûa kieåu löu döôùi daïng tuaàn töï laø truy xuaát chaäm vì phaûi traûi qua nhieàu giai ñoaïn. Döõ lieäu ñöôïc löu döôùi daïng ngaãu nhieân cho pheùp truy xuaát nhanh. Nhöõng heä thoáng ngaã CAD/CAM hieän nay ñeàu coù duøng caû hai phöông phaùp löu döõ lieäu laø tuaàn töï vaø ngaãu nhieân, cho pheùp heä thoáng choïn phöông phaùp toát nhaát. Caùc pheùp toaùn cuûa ñaïi soá Boole coù theå duøng khi xaây döïng moâ hình. Caùc pheùp Caù toaùn naøy laø pheùp Union-Hoäi, Substract-Khöû vaø Intersection-Giao. Hình 6.7 minh hoïa quùa trình taïo moâ hình nhôø caùc pheùp toaùn Boole. Moâ hình khoái ñaëc cuûa chi tieát (a) treân hình veõ ñöôïc taïo ra nhôø pheùp toaùn GIAO cuûa phaàn töû truï C vôùi pheùp HOÄI cuûa hình chöõ nhaät A vaø hình tam giaùc B. A CAD/CAM 73 C B
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Hình 6.7 Pheùp toaùn Boole ñöôïc duøng ñeå xaây döïng phaàn töû ôû hình (a) töø caùc phaàn töû ôû hình (b) (b) (a) Hình 6.8. Vaät theå ñaëc phöùc taïp cho thaáy caùch taïo ra vaät theå ôû (b) nhôø caùc pheùp khöû vaät lieäu töø vaät theå ôû (a). Vieát moät caùch ngaén goïn, chi tieát ôû hình 6.7 (a) baèng: C(A + B) Phaàn (b) treân hình cho thaáy ba phaàn töû A, B, C trong hình chieáu maët caét. Hình 6.8 laø moät moâ hình hình hoïc phöùc taïp hôn ñöôïc taïo ra moät caùch töông töï nhôø pheùp toùan Boole 6.7. CAÙC COÂNG CUÏ MOÂ HÌNH HOAÙ (MODELING) 6.7.1. Moâ hình hoùa trong khoâng gian 2D 6.7.1. Trong khoâng gian hai chieàu (2D) moät vaät theå baát kyø coù theå ñöôïc bieåu dieãn baèng ñieåm, ñöôøng thaúng, ñöôøng cong thoâng qua caùc hình chieáu, maët caét,… Vieäc thöïc hieän caùc baûn veõ trong khoâng gian 2D raát laø ñôn giaûn. Vôùi 2D phaàn lôùn caùc baûn veõ thieát keá chi tieát maùy vaø sô ñoà ñieän trong coâng nghieäp ñaõ ñöôïc taïo ra baèng tay. Nhôø coù maùy tính vaø öùng duïng caùc phaàn meàm ñoà hoïa, caùc baûn veõ 2D ñöôïc hình thaønh vôùi toác ñoä nhanh hôn, chính xaùc hôn, roõ raøng hôn, vaø ñaëc bieät laø deã chænh lyù, söûa chöõa hôn. Tuy nhieân, so vôùi veõ trong khoâng gian 3D, noù coù moät soá nhöôïc ñieåm sau: • Khoâng theå töï taïo ra caùc hình chieáu phuï thoâng qua hình chieáu coù treân maøn hình. CAD/CAM 74
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Caùc hình aûnh nhö hình chieáu truï ño, hình chieáu thaúng chæ laø giaû taïo vaø khi veõ thì • khoâng coù lieân heä gì vôùi nhau caû. Phaàn meàm veõ 2D ñôn giaûn hôn 3D nhieàu, nhöng chuùng ñöôïc söû duïng raát roäng raõi, vì giaù thaønh raát reû. Ñoâi khi ñeå theå hieän khoaûng caùch giöõa veõ vôùi tính toaùn phaân tích, ngöôøi ta ñöa ra khaùi nieäm”heä thoáng veõ vaø thieát keá töï ñoäng”. Tuy nhieân khi noùi ñeán thieát keá töùc laø coù vieäc veõ. Do ñoù chuùng ta thoáng nhaát teân goïi laø “thieát keá töï ñoäng” Ñeå xaây döïng moâ hình 2D ngöôøi thieát keá duøng caùc coâng duï veõ (draw), chænh lyù (modify) vaø tuyø bieán maøn hình. Caù Caùc coâng cuï veõ: goàm vieäc söû duïng caùc leänh vaø haøm ñeå taïo neân caùc phaàn töû ñôn giaûn nhö ñöôøng (LINE), ñöôøng troøn (CIRCLE), cung troøn (ARC), ellipse, spline, point. Vieäc veõ coù theå ñöôïc thöïc hieän theo hai caùch: • Veõ phaùc - veõ tröôùc khi cho kích thöôùc • Veõ chính xaùc - khi veõ phaûi chæ ra toïa ñoä cuûa ñoái töôïng caàn veõ Veõ phaùc laø moät coâng cuï veõ nhanh choùng vì khoâng yeâu caàu ñoä chính xaùc cao. Thí duï veõ moät ñöôøng thaúng ñöôïc thöïc hieän nhö sau a)Veõ phaùc: a)Veõ 1. Duøng leänh Line 2. Pick hai ñieåm ñieåm baát kyø 3. Cho kích thöôùc b) Veõ chính xaùc: b) Nhaäp soá chæ toïa ñoä cuûa hai ñieåm taïo neân ñöôøng thaúng. 1. Ñieåm ñaàu: X1 , Y1. 2. Ñieåm sau: X2 , YØ 2 Vieäc veõ chính xaùc ngay töø ñaàu coù öu ñieåm laø coù theå cho baûn veõ ñuùng, nhöng toác ñoä chaäm hôn so vôùi veõ phaùc. Caù Caùc coâng cuï chænh lyù hình veõ (Modify) Ñeå chænh lyù hình aûnh, coù nhieàu coâng cuï. Caùc coâng cuï thoâng duïng laø: Erase, Offset, Copy, Move, Mirror, Array, Lengthen, Break, Chamfer, Fillet, Trim, Extend, Rotate. Coâ tuyø Coâng cuï tuyø bieán maøn hình: goàm caùc coâng cuï Zoom, Pan,. Thí duï trong AutoCAD coù caùc coâng cuï Zoom sau: Zoom[All/Center/Dynamic/Extents/Previous/Scale(X/XP)/Window/:] Vôùi coâng cuï Zoom, Pan, ngöôøi duøng coù theå phoùng to, thu nhoû hình aûnh theo tæ leä mong muoám, di cuyeån hình aûnh treân maøn hình ñeán vò trí caàn thieát gioáng nhö ta ñöa tôø giaáy veõ treân maët baøn khi thöïc hieän baûn veõ baèng tay. Taï Taïo lôùp Ñeå thöïc hieän nhieàu hình veõ coù nhöõng chöùc naêng khaùc nhau treân cuøng moät khoâng gian veõ, moät coâng cuï raát höõu ích laø taïo lôùp. taï Thí duï:Lôùp 1. Baûn veõ chi tieát khoâng kích thöôùc Lôùp 2 . Baûn veõ phoâi Lôùp 3. Kích thöôùc Tuyø theo nhu caàu cuûa ngöôøi duøng lôùp naøy hay lôùp kia coù theå cho hieän treân baûn veõ. Thí duï khi caàn in baûn veõ coù kích thöôùc thæ ta cho hieän hai lôùp 1 vaø 3, coøn khi cho chi tieát laép raùp vôùi chi tieát khaùc ta chi cho xuaát hieän lôùp 1 thoâi. CAD/CAM 75
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Taï Taïo thö vieän caùc phaàn töû ñoà hoïa Ñeå thöïc hieän baûn veõ phöùc taïp nhanh choùng, caàn phaûi taïo ra caùc thö vieän phaàn töû ñoà hoïa. Ñaây laø nhöõng baûn veõ chi tieát maãu maø khi caàn, ta goïi ra ñeå cheøn vaøi caùc vò trí caàn thieát treân baûn veõ. Thö vieän coù theå chöùa caùc chi tieát chuaån vôùi kích thöôùc coá ñònh hoaëc caùc chöông trình con (macro). Trong caùc heä thoáng CAD, coù caùc macro heä thoáng, thí duï laøm troøn, vaùt meùp laø nhöõng macro heä thoáng. Coù theå taïo ra caùc macro ôû daïng tham soá ñeå taïo ra caùc phaàn töû ñoà hoïa theo yù muoán nhö bulong, ñai oác, voøng ñeäm, baùnh raêng, baùnh ñai, voøng bi,… Thí duï: Moät loø xo goàm caùc tham soá: ñöôøng kính daây loø xo, , ñöôøng kính trung bình, chieàu daøi, böôùc xoaéc cuûa loø xo, Baèng caùch duøng macro tham soá ta coù theå khai baùo ñeå taïo ra nhöõng vaät theå töông töï vôùi caùc tham soá tuøy yù. Caùc heä thoáng CAD coøn coù nhöõng macro modify toång theå - moät coâng cuï raát maïnh ñeå thay ñoåi toaøn boä caùc tham soá treân baûn veõ (update). Thí duï caùc macro lieân quan ñeán kích thöôùc cuûa baûn veõ. Khi ta tay ñoåi tính chaát, thí duï kieåu chöõ, ñoä lôùn cuûa neùt chöõ thì sau khi caäp nhaät, toaøn boä caùc chöõ vaø soá ghi kích thöôùc treân baûn veõ seõ thay ñoåi theo. 6.7.2. COÂNG CUÏ MOÂ HÌNH HOÙA TRONG KHOÂNG GIAN 3D Khaû Kh Khaû naêng cuûa heä thoáng 3D Model 2D ñöôïc heä thoáng nhôù qua caùc toïa ñoä X, Y Model 3D ñöôïc heä thoáng nhôù qua caùc toïa ñoä X, Y,Z Treân maøn hình phaúng ta thaáy Model 3D ôû daïng aûo aûnh. Nhöng trong boä nhôù coù ñaày ñuû caùc toïa ñoä cuûa moät theå tích nhoû ôû khoâng gian 3 chieàu (hình 6.9) 3D model 2D model CAD/CAM 76 2D model 3D model
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Hình 6.9. So saùnh caùc phöông phaùp taïo moâ hình 2D vaø 3D Coù nhieàu öu ñieåm trong vieäc taïo moâ hình 3D: öu - 3D coù theå taïo ra 2D deã daøng qua caùc hình chieáu - 3D coù theå xoay quanh baát cöù truïc naøo. - Trong moâ hình 3D khi theâm, bôùt caùc phaàn töû, aûnh höôûng ngay ñeán caùc hình chieáu. Moät soá heä thoáng CAD coù theå töø moâ hình 2D xaây döïng thaønh moâ hình 3D. - 3D coù theå taïo ra nhöõng baûn veõ phöùc taïp nhö boá trí maùy, ñöôøng oáng trong nhaø maùy… - 3D coù theå moâ phoûng quùa trình di chuyeån cuûa duïng cuï - moät coâng cuï khoâng theå thieáu cuûa CAD/CAM - Moät soá heä thoáng CAD coù khaû naêng tính khoái löôïng, troïng taâm, moâment quaùn tính,… Nhöôïc ñieåm: - Gía thaønh ñaét: Phaàn meàm vaø phaàn cöùng ñeàu ñaét tieàn, nhöng so vôùi hieäu quûa thì khoâng ñaùng keå. Caùc phöông phaùp moâ hình hoaù trong khoâng gian 3D: Coù 3 phöông phaùp taïo moâ hình theo caáu truùc: - Caáu truùc khung daây (Wire - Frame) - Caáu truùc maët (Surface) - Caáu truùc khoái (Solid) 1) 1) Thieát keá moâ hình 3D kieåu khung daây Baûn chaát: Baû Hình thaønh model töø caùc ñieåm, caùc ñöôøng. Moâ hình khung daây laø möùc thaáp nhaát moâ taû model. Do ñoù coù nhieàu nhöôïc ñieåm do khoâng ñuû thoâng tin veà caùc beà maët naèm giöõa caùc ñöôøng vaø khoâng theå phaân bieät khoâng gian beân trong vaø beân ngoaøi vaät theå. Tuy vaäy noù coù öu ñieåm laø khoâng caàn boä nhôù maùy tính lôùn vaø hoaøn toaøn coù theå ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu neáu vaät theå ñôn giaûn. Moâ hình khung daây ñöôïc duøng nhieàu nhaát ñeå moâ phoûng chuyeån ñoäng cuûa duïng cuï gia coâng treân maùy phay 2,5X, 3X. Khaùi nieäm 2,5X lieân quan ñeán vaán ñeà laø nhieàu heä thoáng ñôn giaûn coù theå taïo ra moâ hình vôùi maët caét khoâng ñoåi. Nhöõng vaät theå nhö vaäy laø vaät theå 2,5 chieàu. Ñeå taïo moâ hình 2,5X luùc ñaàu taïo maët caét trong maët phaúng XY, sau ñoù cho moãi ñieåm queùt theo phöông Z moät “chieàu cao”. CAD/CAM 77
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Nhöõng chi tieát coù chieàu cao thay ñoåi vôùi tieát dieän thay ñoåi khoù nhìn trong moät hình chieáu baèng. Khi ñoù, phaûi chæ roõ töøng toïa ñoä caùc ñieåm trong khoâng gian 3 chieàu. Model ñöôïc xaây döïng nhö theá goïi laø 3X. Nhöõng haïn cheá cuûa moâ hình khung daây. Nhöõ 1. Khoâng nhaát quaùn: Coù theå hieåu nhaàm hình chieáu. Thí duï, treân hình 6.10 laø moät moâ hình khung daây vaø ngöôøi xem coù theå hieåu theo hai caùch khaùc nhau. Vieäc nhaän ra ñöôøng khuaát vaø ñöôøng thaáy ñöôïc chæ coù theå baèng caùch xoùa baèng tay töøng ñöôøng treân hình chieáu trucï ño. Nhöng coù nhöõng ñöôøng nöûa thaáy nöûa khoâng, khi xoùa coù theå laøm hoûng caû phaàn thaáy ñöôïc. Maët khaùc, khi xoùa ôû moät hình chieáu naøy thì cuõng xoùa luoân caùc ñöôøng ôû treân caùc hình chieáu khaùc . Hình 6.10. Hai caùch hieåu khaùc nhau veà moät moâ hình 3D kieåu khung daây 2. Khoâng theå phaân bieät ñöôïc caùc maët cong 2. Nhöõng maët truï trong thöïc teá khoâng coù gaân, maëc duø khi veõ ngöôøi ta theâm vaøo ñeå moâ taû giôùi haïn cuûa beà maët ñoù. Caùc “gaân” treân maët truï xuaát hieän trong khoâng gian tuøy theo ñieåm nhìn, vì vaäy caùc “boùng” gaân naøy khoâng ñöôïc coi laø thaønh phaàn cuûa moâ hình khung daây vaø khoâng ñöôïc veõ treân ñoù. Hình 6.11 (a) laø moät moâ hình coù cung troøn vaø moät loã maø ta coù theå thaáy treân baûn veõ 3D. Treân moâ hình khung daây (b), chuùng ta thaáy hình daïng cuûa vaät khoâng roõ raøng. Hình 6.11 cuõng laøm cho chuùng ta nhaàm laãn khi maët cong ñöôïc moâ taû baèng caùc ñöôøng boùng. (a) (b) CAD/CAM 78
Chöông 6. PHAÀN MEÀM ÑOÀ HOÏA VAØ CÔ SÔÛ DÖÕ LIEÄU Leâ Trung Thöïc Hình 6.11 Vaät theå a) ñöôïc theå hieän ôû daïng khung daây b) 3. 3. Khoâng theå thaáy ñöôïc aûnh höôûng laãn nhau giöõa caùc phaàn töû. Moâ hình khung daây khoâng mang thoâng tin veà maët bao vaät theå, neân khoâng theå thaáy ñöôïc söï töông taùc baát lôïi giöõa caùc beà maët cuûa vaät theå vaø haïn cheá ñaùng keå vieäc duøng moâ hình khung daây khi phaân tích chuyeån ñoäng trong khoâng gian cuûa caùc cô caáu, khi moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot, thieát keá maët baèng nhaø maùy, thöïc hieän baûn veõ caùc ñöôøng oáng phöùc taïp, keå caû vieäc moâ phoûng chuyeån ñoäng cuûa duïng cuï cuõng haïn cheá. Do vaäy khoâng phaùt hieän ra söï coá trong khi thieát keá. 4. Khoù khaên xuaát hieän khi tính toaùn caùc tính chaát vaät lyù Khoù Vì thieáu thoâng tin veà caùc beà maët, neân coù khaû naêng xaûy ra laø moät vaät theå hình hoïc vaø theå tích cuûa noù ñöôïc thieát keá coù veû laø chính xaùc, nhöng thöïc teá so vôùi nhöõng thaønh phaàn cô sôû thì laïi ñöôïc xaùc ñònh laø khoâng chính xaùc [3]. Nhö vaäy caùc thoâng soá vaät lyù, thí duï khoái löôïng, dieän tích beà maët, troïng taâm hoaëc moâment quaùn tính laø khoâng tin caäy. 5. Khoâng coù khaû naêng toâ boùng vì thieáu beà maët. 5. 2) Taïo moâ hình theo caáu truùc maët - surface modeling 2) Moâ hình maët ñöôïc xaùc ñònh nhôø ñieåm, ñöôøng, maët Kyõ thuaät naøy cao hôn so vôùi khung daây, linh hoaït hôn vaø nhieàu chöùc naêng hôn. Öu ñieåm so vôùi khung daây: Öu 1. Coù theå taïo ra caùc maët phöùc taïp 2. Coù theå toâ boùng 3. Coù theå phaân bieät caùc phaàn töû ñaëc bieät treân maët nhö caùc loã. 4. Coù theå thu ñöôïc hình aûnh chaát löôïng vaø ñaûm baûo giao dieän thuaän tieän vôùi maùy CNC khi moâ phoûng chuyeån ñoäng cuûa coâng cuï trong khoâng gian 3 chieàu khi gia coâng chi tieát vôùi beà maët phöùc taïp theo nhieàu truïc. 5. Ñaûm baûo coâng cuï hieäu quûa hôn khi moâ phoûng chuyeån ñoäng cuûa robot. Caùc heä thoáng CAD taïo moâ hình maët coù theå thích öùng vôùi heä maùy tính, nhöng trong phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp ñeå ñaït ñöôïc hieäu quûa söû duïng cao neân duøng treân heä maùy tính 32 bit. Phöông phaùp taïo moâ hình beà maët coù hieäu quûa nhaát khi thieát keá vaø cheá taïo caùc maët cong phöùc taïp nhö voû oâ toâ. Caù Caùc daïng beà maët. Caùc maët hình hoïc cô sôû goàm: 1. Maët keû –Ruled surface (hình 6.12) 1. 2. Maët troøn xoay – revolved surface (hình 6.13) 2. 3. Maët bo troøn vaø maët giao tuyeán. (hình 6.14) Ñaây laø moät coâng cuï taïo moâ hình 3. maët maø khoâng phaûi heä thoáng CAD naøo cuõng coù CAD/CAM 79