2.8*tentamenscore + 1.5*cijfer practicum A + 1.5*cijfer practicum B) (2.8* )=10 **************************************************************

Transcriptie

1 TENTAMEN CAD/CAM / Datum : 30 november 2000 Tijd : 9:00 uur - 12:30 uur Plaats: Sportcentrum UT Tracht de antwoorden zo beknopt mogelijk te formuleren (eventueel toegelicht aan de hand van een tekening). Voorzie elk vel van Uw naam en studentnummer! Beoordelingsnorm : maximaal 1 punt per item: totaal 25. Eindcijfer: 2.8*tentamenscore + 1.5*cijfer practicum A + 1.5*cijfer practicum B) (2.8* )=10 dus VEEL SUCCES ************************************************************** 1. U wordt om advies gevraagd door een bedrijf dat een CADCAM systeem wil aanschaffen. Ze ontwerpen en fabriceren scheepsschroeven. Welke geometrische mogelijkheden zou het systeem volgens U minimaal moeten hebben? Surface modelling, 5 assige CAM ondersteuning met eventueel botsingssimulatie. (als extra s ook ook flow en FEM simulatie) 2. In welke fase(n) van het ontwerpproces heeft het gebruik van een 3D CAD systeem zoals bijvoorbeeld SolidWorks zin? Licht Uw antwoord toe. In de embodimentfase (productstructuur) maar vooral in de detailleringsfase, ook als ondersteuning van analyse (FEM, kinematisch, etc.) en werkvoorbereiding. De verantwoording voor 3D (consistentie, volledigheid etc) kan vanuit verschillende invalshoeken belicht worden: wees coulant! 3. Wanneer zou U tijdens het geometrisch modelleren een nieuw werkcoördinatenstelsel creëren? Welke ander coördinatenstelsel komt ook voor in CAD systemen? Wat is de relatie tussen die coördinatenstelsels en wat zijn in dit verband homogene coördinaten? Wanneer een nieuwe deelgeometrie gemakkelijker te creëren en te manipuleren is (bv extrusieoperaties op basis van scetching op een bepaald oppervlak van het model). Globale coördinatenstelsel. De relaties zijn rotaties en translaties. Homogene coördinaten bestaan uit een vector met vier termen: x,y,z en een schalingsfactor, waardoor transformaties via matrixoperaties gemakkelijker kunnen worden gecombineerd (translaties, rotaties en schaling) 4. Waarom is een ruled surface of regelvlak in het algemeen economischer te bewerken dan een B-spline patch? Licht dit toe met schetsen.

2 Bij een ruled surface kan mantelfrezen worden toegepast (lijncontact). Deze vorm van bewerken is veel productiever dan kopfrezen. 5. Waarom paste men in het verleden gefacetteerde solid modellen toe? Waarom tegenwoordig niet meer? Gefacetteerde modellen bestaan uit louter platte vlakken, daardoor is slechts een eenvoudig type snijoperatie nodig, die levert alleen rechte lijnen op. Dit maakt de implementatie van de solid modeller realtief eenvoudig. Nadeel is het grote aantal vlakken dat met elkaar moet worden gesneden (lange rekentijden). Tegenwoordig zijn alle noodzakelijke snijroutines tussen allerlei typen oppervlakken bekend en op stabiele wijze geimplementeerd in alle solid modelling systemen. Ook is de rekensnelheid enorm toegenomen, zodat rekenintensieve snijoperaties (zelfs die voor dubbelgekromde oppervlakken geen praktische problemen meer opleveren) 6. Wat zijn de voordelen en de nadelen van geometrie opslag in de vorm van een geëvalueerd (of expliciet) model? Hoe noemt men dit soort geometrische modellen? Welk type datastructuur leent zich het beste voor het interactief manipuleren van deze modellen? Expliciete modellen zijn zeer groot (meerdere megabytes) dat is dus een nadeel. Voordeel is dat coordinaten van vertices direct beschikbaar zijn en niet geevalueerd hoeven te worden. Dit noemt men Boundary representation (Brep). Een netwerkdatabase voldoet het best omdat men via een pointernetwerk allerlei vragen over de parameters en relaties daartussen kan benaderen. 7. Voldoet een self-intersecting solid aan de formule van Euler (F-E+V=2)? Licht dit toe met een schets. Door welk type operaties zou een self-intersecting solid kunnen ontstaan en welke maatregel(en) dient men bij de implementatie van een CAD systeem te nemen om het ontstaan van self-intersecting solids te voorkomen? Ja. Een selfintersecting solid kan ontstaan door lokale vormoperaties (extrusie of tweaking), waarbij niet gecontroleerd wordt of er zones met dubbel materiaal of dubbel niets ontstaan. Men kan dit voorkomen door alleen globale operaties toe te staan. Dit is echter rekenintensief. Men kan ook een mengvorm hanteren, waarbij het gemanipuleerde oppervlak en de daar direct aan vast zittende gesneden wordt met ieder ander oppervlak van het model, eventueel in een zone van het model, waar men verwacht dat het mis kan gaan (men heeft dan geen absolute zekerheid en moet het resultaat dus visueel controleren) 8. Van welke grootheden hangt de benodigde rekentijd voor Boolean operaties op solid models af? Welk type objecten kan men niet door middel van Boolean operaties modelleren? Van de combinatie van het aantal vlakken en de complexiteit van de snijroutines.

3 Oppervlakken die geen binnenkant of buitenkant hebben (Ring van Moebius) 9. Geef een voorbeeld van een impliciete, een expliciete en een parametrische beschrijving van een cirkel met als middelpunt 0,0 en een straal van 1. Welke problemen worden voorkomen door een parametrische representatie van curven te gebruiken in CAD systemen? Imp: X 2 + Y 2 1=0 Exp: X=+- V1-y 2 Par: X=cos θ Y=sin θ Problemen: als er grote (rekentechnische) verschillen zijn in het uitdrukken van de ene parameter in de andere en omgekeerd (asymptoten, waarbij de curve van het scherm vliegt, en waarbij een kleine variatie in x leidt tot een grote variatie in y of omgekeerd. 10. Welk type curve voldoet aan de volgende drie eigenschappen?: -Gaat door eerste en laatste opspanpunt (control point). -Raakt aan lijn door P0,P1 en Pn-1,Pn -Graad (degree) = aantal opspanpunten-1 Teken de control polygoon, de curve en de basisfuncties voor P0(1,1),P1(3,3),P2(5,4), P3(7,1). Een Bezier functie Wat is in het verband van vraag 10 een convex hull en welke (in CAD opzicht) handige eigenschappen heeft deze. Convex hull: de control polygoon (waarbinnen de spine altijd volledig ligt). Als de opspanpunten binnen het scherm liggen, ligt de curve dat ook. 12. Schets een voorbeeld van een 3 e graads B-spline met 8 enkelvoudige opspanpunten. Schets tevens het verloop zijn basisfuncties over het totale aantal spans van de curve in een aparte tekening.

4 / a b c d e 1/ span a b c d e 13. Kan men de curve van vraag 11 (moet 12 zijn!) lokaal modificeren en waarom (niet)? Licht Uw antwoord toe met een schets. Ja: omdat de invloed van een opspanpunt zich slechts over een deel van de curve uitstrekt. Buiten die invloedszone heeft de verplaatsing van dat opspanpunt geen invloed op de vorm van de curve (bijvoorbeeld verplaatsing van opspanpunt 3 heeft alleen invloed op de spans a, b, c en d en niet op e) Hoeveel opspanpunten heeft een bi-kubische Bezier patch? Geeft dit over het algemeen voldoende vormvrijheid als men C1 continuïteit aan de randen eist? Waarom (niet)? Licht Uw antwoord toe met een schets. Deze patch heeft 16 opspanpunten. Dit geeft niet voldoende vormvrijheid omdat C1 continuïteit eist dat de punten aan weerszijden van de rand op een lijn liggen (zelfde richtingscoeeficent). Dat levert i.h.a. conflicten op met de ligging opspanpunten van aanliggende patches. 15. Welk effect kan bereikt worden door niet uniforme parameterisering van B-spline curves? Licht Uw antwoord toe met een schets. De lengte van de spans kan daardoor verschillend worden gemaakt, waardoor het

5 invloedsgebied van een (set van) opspanpunten smaller of breder kan worden gemaakt en er op die manier extra vormvrijheid kan worden gecreëerd (naast de mogelijkheid van het verplaatsen van opspanpunten) 1 ½ ½ Waartoe dienen computer graphics standaarden? En geometrieuitwisselingsstandaarden? Wat is het fundamentele verschil tussen de geometrieuitwisselingsstandaarden IGES en STEP? Computer graphics standaarden zorgen ervoor dat een afbeelding van een model weergegeven kan worden op verschillende hardware (van verschillend type en verschillend fabrikaat). Geometrie-uitwisselingsstandaarden zorgen voor de uitwisselbaarheid van productmodellen tussen verschillende (CAD)systemen. Het verschil tussen IGES en STEP is dat IGES het fysieke file formaat vastlegt en dat STEP de datamodellering via de taal EXPRESS vastlegt. 17. Welke drie klassen van methoden voor feature recognition (vormgroep herkenning) worden onderscheiden? 1: Syntactic pattern methods (substrings zoeken, kan alleen in 2D) (pag 277) 2: Rule based methods (If then else clauses) 3: Graph based methods (face-edge graphs, classification concave/convex) 18. Wat is het nut van de toepassing van groepentechnologie en welk type werkvoorbereiding is daarop gebaseerd? Groepentechnologie legt (geometrische en technologische) overeenkomsten op onderdeelniveau vast en poogt tot varianten-gebaseerde werkvoorbereiding te komen. 19. Wat is het verschil tussen geometrische en toplogische parameterisering? Maak Uw antwoord duidelijk met een schets. Bij geometrische parameterisering blijft de topologie (aantal entiteiten en hun relaties) gelijk en veranderen alleen de afmetingen, bij topologische parameterisering kan het aantal entiteiten in de productstructuur veranderen (voorbeeld. Het aantal gaten in een flens)

6 Geometrisch topologisch 20. Wat zijn de voordelen van het toepassen van concurrent engineering? En de nadelen? Voordelen: in een vroeg stadium kunnen afstemmen van ontwerpbeslissingen (distribueren van nog niet complete en/of definitieve informatie). Nadelen: Moeten werken met onvolledige of tegenstrijdige informatie. Veel communicatie (kan chaos veroorzaken) 21. Welke geometrische details maken het moeilijk om het onderstaande product foutloos te maken door middel van gieten of smeden? Geef suggesties voor verbetering. Gieten: materiaaldikteverschillen-> krimpscheuren. Oplossing: uniforme wanddikte Smeden: lossing en ruimte voor stuik 22. Welke voorziening is in de meeste NC draaibank besturingen geïmplementeerd om uniforme bewerkingscondities te scheppen voor sneden op verschillende diameter en waarom wordt Tool Radius Compensatie (TRC) toegepast? Uniforme bewerkingscondities: CSS Constant Surface Speed, het continu

7 aanpassen van het toerental aan de draaidiameter, om met constante snijsnelheid te kunnen verspanen. TRC: om aan de machine nog de neusradius van het gereedschap te kunnen kiezen: NC programmeren met radius 0 en aan de machine de werkelijke radius ingeven, waardoor de juiste contour gerealiseerd wordt (look ahead is daarvoor noodzakelijk) 23. Waarom heeft het toepassen van een vooreilhoek bij 5 assig frezen zin? Om ondersnijding door de achterkant van het gereedschap te voorkomen. 24. Wat is de afstand tussen de gereedschapsbanen als een frees van Ø 10 wordt gebruikt en de rilhoogte op een plat oppervlak 1mm bedraagt? 4 5 dus 2*3=6 mm Wat is stereolithografie? Voor welk soort producten is het een interessante vervaardigingsmethode? Het door middel van een laser uitharden van een vloeibaar fotopolymeer, waardoor objecten in laagjes kunnen worden opgebouwd. Het is interessant voor het direct maken van een prototype vanuit een CAD model, waardoor de vorm gevoeld kan worden en onderdelen van een samenstelling gepast kunnen worden.