使用GPU平行刪減三角網格演算法應用於五軸工具機

The Parallel Reduced Triangle-based Algorithm on GPU for 5-axis Machining

呂理樺(LI-HUA LU)

指導教授 ： 張榮貴

國立中正大學/工學院/資訊工程學系/碩士(2016年)

摘要

近年來，智慧製造業快速興起，工具機扮演重要的角色，針對五軸工具機開發防碰撞程式，在機器實際運行時同步執行，以較快的運算速率去計算各軸移動後的結果，判斷有無碰撞發生，避免工具機實際發生碰撞造成巨大損失。

為了能夠即時給予工具機的NC控制器回應，防碰撞程式的運算時間必須超越工具機本身加工的速度。目前主要是使用包覆方法來加速運算，但由於現今的各軸精細度導致三角網格數目上升，單純包覆可能還是無法達到理想的即時效果，並且包覆過後的物體還是和原始物件有所誤差，因此想要藉由實際刪減原始的三角網格來加速運算。

因此我們提出一個方法，藉由找出各軸的外殼來刪減三角網格，除了表面外的內部三角網格一率刪除，因為在碰撞到內部之前必定會先碰撞到外部三角網格。接著透過五軸工具機本身的運動範圍限制再額外刪減不會發生碰撞的三角網格。另外為能夠精確計算表面的三角網格導致花費較多的時間，所以額外使用GPU來優化整個方法的運算速度。根據實驗結果，比起人工耗時又可能有錯誤的情況下，我們的方法是更為精準地去刪減三角網格。

關鍵字

三角網格 ； 工具機 ； GPU

並列摘要

無資料

並列關鍵字

triangle mesh ； machining ； gpu

參考文獻

[15] Chang, J. C., Chien, T. H., & Chang, R. G. (2015). A Cyber Physical System with GPU for CNC Applications. In Algorithms and Architectures for Parallel Processing (pp. 203-212). Springer International Publishing.

[17]Govindaraju, N. K., Lin, M. C., & Manocha, D. (2006). Fast and reliable collision culling using graphics hardware. Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on, 12(2), 143-154.

[18]Zhang, X., & Kim, Y. J. (2014). Scalable collision detection using p-partition fronts on many-core processors. Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on, 20(3), 447-456.

[1] Hoppe, H., DeRose, T., Duchamp, T., McDonald, J., & Stuetzle, W. (1993, September). Mesh optimization. In Proceedings of the 20th annual conference on Computer graphics and interactive techniques (pp. 19-26). ACM.

[2] Garland, M., & Heckbert, P. S. (1997, August). Surface simplification using quadric error metrics. In Proceedings of the 24th annual conference on Computer graphics and interactive techniques (pp. 209-216). ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co..