臺灣博碩士論文加值系統

虛擬實境是智慧製造中重要的應用技術之一，利用此技術可以快速驗證產品的製造過程，提前發現潛在的問題，達到縮短產品上市的時間和降低生產成本的目的。
本研究利用Unity3D建構三維虛擬環境，開發一套五軸虛擬切削系統，以百德的五軸加工機UX300來建構虛擬工具機，可解譯HEIDENHAIN的NC碼也能與真實工具機進行虛實整合。在虛擬切削方面是以體素做為三維空間中的成像單位，結合適應性八元數減少記憶體的使用量和網格的三角形數量，再利用APT刀具判斷體素與刀具是否干涉，搭配Marching Cube演算法改善切削後模型表面精度，最後使用多核心的平行運算提升系統的效能。本模擬系統可以用來驗證NC加工路徑，預先查看工件加工後的成品是否正確，並且可以即時的遠端監視生產過程。

Virtual reality is one important part of smart manufacture, this technique can verify the process of product rapidly, find out potential problem in advance, achieve the goal of reduce time to market and manufacture cost.
This study applies Unity3D to construct a three-dimensional virtual environment, developing a five-axis cutting simulation system, and construct the virtual machine with the five-axis machine UX300 of Quaser which can read the NC code of HEIDENHAIN and can conduct virtual integration with real machine.
In cutting simulation, it is used voxel as a unit of image in three-dimensional space, and combined with the adaptive octree to reduce memory usage and the number of triangle grids. In addition to using APT tool to determine whether voxel is interfered by a cutter, utilizing the Marching Cube algorithm to improve the surface precision of model after cutting, and use multi-core parallel computing and object pool promote system performance.
The simulation system can be used to verify the machining path of simulating NC, checking whether the finished product of workpiece is correct after processing in advance, and the production process can be monitored remotely in real time.

摘要…………i
Abstract ii
誌謝…………iii
目錄…………iv
表目錄……vii
圖目錄……viii
符號說明……xi
第一章 緒論………………1
1.1 前言………………………1
1.2 研究動機與目的…………………1
1.3 文獻回顧……………2
1.3.1 虛擬環境開發工具…………2
1.3.2 Unity3D的應用………………2
1.3.3 虛擬切削………3
1.3.4 碰撞偵測………4
1.3.5 平行運算………4
1.3 研究方法……………5
1.4論文架構………………6
第二章 Unity3D介紹與機台運動模擬……7
2.1 前言………………………7
2.2 Unity3D………………7
2.2.1 Unity3D功能說明……………7
2.3 五軸工具機構型……………………10
2.4 模擬系統流程……12
2.5 NC碼解譯………………12
2.6 運動控制………………15
第三章 虛擬切削…………17
3.1 前言…………………………17
3.2 虛擬切削流程……17
3.3 建立實體模型……18
3.4 碰撞偵測………………19
3.4.1 邊界盒的分類…………………19
3.4.2 OBB的碰撞偵測方法………20
3.4.3 階層式的方向性邊界盒……………20
3.5 APT刀具………………21
3.6 提高工件模型表面精度……22
3.7 裂縫修補……………24
第四章 效能最佳化………………26
4.1 前言………………………26
4.2 平行虛擬切削……26
4.3 平行渲染………………28
4.4 記憶體最佳化……29
4.5 重建網格………………30
第五章 成果展示與效能比較……31
5.1 前言………………31
5.2 模擬NC加工過程…………………31
5.3 虛實整合……………36
5.4 平行運算的比較結果…………40
5.5 記憶體最佳化的效果…………41
第六章 結論與未來展望……………42
6.1 五軸虛擬切削系統………………42
6.2 虛實整合……………42
6.2 未來展望……………42
參考文獻……44
附錄一…………46
Extended Abstract…………50

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