自由曲面CAD模型点云数据生成方法研究

在三维测量点云数据与CAD模型配准过程中,设计了两种自由曲面CAD模型点云数据生成方法:等参数采样离散法和基于曲率的采样离散法。应用两种方法评价离散化结果:首先将点云数据进行曲面重构,并与原曲面比对;然后与三维测量点云数据进行配准,得到等参数离散间隔及基于曲率的离散密度对重构和配准误差的影响。实验表明:等参数方法和基于曲率的方法,当点云数据密度达到一定值时均对重构和配准没有影响;在同样点云数据的情况下,基于曲率的离散化方法精度高于等参数方法;但在最大重构误差一致时,基于曲率的方法需要的点云数据远小于等参数化方法所需要的。     

基于自组织网格的涡轮叶片NURBS曲面重构

涡轮叶片的制造过程中,常采用有限元方法进行铸造变形控制。本文研究了针对有限元网格离散点的NURBS曲面重构方法。方法包括4个步骤:(1)基于网格相邻点分析的边界曲线提取和初始曲面构造;(2)具有自组织特征的基于曲率的离散点抽样和压缩,并进行曲面分片;(3)采用叠代法进行NURBS曲面逼近;(4)简化的NURBS曲面拼接算法。对工程数据的处理结果分析表明,该方法的数据处理精度可以达到工程要求,并且能够较好地保留数据的几何特征。     

基于累积曲率的离散刀轨环预处理优化算法

由离散网格曲面形成的二维截面轮廓对刀轨环的质量和生成效率有重要影响。提出一种基于累积曲率的刀轨环点云数据预处理优化算法。在基于光顺算子和简化算子的误差带控制范围内,首先通过估算点的离散曲率对二维截面轮廓进行粗简化,提出用累积曲率代替离散曲率的精简化算法,然后根据简化后点的均布程度,采用差分差商自适应算法对二维截面轮廓进行光顺。实验结果表明,该算法运行高效,提高了刀位轨迹生成的效率和质量,改善了产品的加工性能。     

逆向工程中密集数据采样以及网格化技术

以激光-机器视觉测量方式得到的曲面数据云为基础,探讨了基于给定精度的曲面密集散乱数据点群的数据压缩以及几何建模方法.其中根据激光测量方式和三维点群分布的特点,提出一种在给定采样精度基于曲率的曲面自适应采样的方法;并通过激光扫描曲线间的采样点匹配为进一步数据压缩提供依据;并由度量曲面的初步网格点阵对测量点逼近程度好坏来进一步完成对曲面模型的修正.通过实例验证了这种方法的可行性.     

基于涡轮叶片有限元分析离散数据点的NURBS曲面重构

为解决有限元方法产生的三角网格数据不利于进行后续的曲面编辑和加工的问题，提出了一套算法将有限元网格逼近为造型和加工常用的NURBS曲面。首先对有限元网格进行预处理，提取出边界曲线并构造出初始曲面；通过基于曲率的自由曲面抽样网格规划方法，将海量离散数据点进行压缩及建立四边域网格，方法具有自组织和压缩比率用户可控等特点；采用迭代逼近的方法进行NURBS曲面拟合，在保证拟合精度的前提下提高了曲面光顺性。对真实叶片数据的处理证明了算法的实用性。     

激光-机器视觉测量系统的数据采样及网格化

以激光-机器视觉测量方式得到的曲面数据云为基础,探讨基于给定精度的曲面密集散乱数据点群的数据压缩以及几何建模方法。其中,根据激光测量方式和三维点群分布的特点,提出一种在给定采样精度基于曲率的曲面自适应采样的方法;通过激光扫描曲线间的采样点匹配为进一步数据压缩提供依据;并由度量曲面的初步网格点阵对测量点逼近程度好坏来进一步完成对曲面模型的修正。通过实例验证这种方法的可行性。     

面向STL格式零件曲面的测点合理规划的研究

首先比较分析了目前国内外几种流行的三角网格（STL格式）曲面的曲率计算方法,并对其中一种最为常用的计算方法进行简化处理,经过简单处理方法所得的曲率值可满足本算法的要求。根据给定采样点数,通过计算各顶点曲率值并考察其变化趋势相应地变搜索步长获取测点,提出一种面向三角网格曲面的测点合理规划算法。最后给出的实例表明该算法效果较好。     

三角网格大面积孔洞光顺修补算法的研究

针对曲率变化复杂区域的大面积孔洞缺陷,提出一种基于曲面拟合的光顺孔洞修补算法。首先提取孔洞基本特征信息,基于孔洞边界直接填充修补;接着通过网格细分与优化,获得孔洞内部采样点;最后通过加权分点曲面拟合,调整采样点的空间位置。应用实例表明,该算法获得的修补网格质量高,能较好地逼近原始缺失曲面,且与周围原始网格光顺连接。     

微型复杂曲面零件散乱点云特征点提取

基于特征线约束的曲面不仅比自由曲面表达的模型有更高的精度,而且能够捕捉到模型其他的几何关系。微型复杂曲面零件多由曲面构成,曲面曲率变化大,曲率估算难度大,是逆向工程的难点。以皮带头复杂曲面为例,对微型复杂曲面微分几何量的估算,特征点的提取进行了研究。通过改进的空间分块策略建立散乱点云的拓扑关系,采用多种曲面模型分别拟合采样点邻域的方法估算曲率,构造协方差矩阵计算特征值和点云法矢,对曲率和协方差矩阵的特征值设置交叉阈值提取特征点。将利用交叉阈值提取到的特征点与利用单一阈值提取的特征点进行对比,结果显示:交叉阈值提取特征点的方法能够较为准确、完整的提取特征点。     

面向STL模型的几何自适应曲面网格生成

采用保特征的模型分解方法将STL模型分割为多个子域,并为每个子域构建参考平面,将一类基于映射思想的前沿推进曲面网格生成算法应用于子域网格生成.在子域上构建G1连续的三角Bemstein-Bézier曲面,利用曲面的方向导矢计算子域的黎曼度量,在黎曼空间生成参数平面网格,以消除映射畸变.考虑曲面曲率和邻近特征计算边界采样点尺寸,利用采样点的Delaunay三角化为背景网格建立几何自适应尺寸场,通过尺寸场光滑化确保不同尺寸网格之间的合理过渡.数值试验表明,算法能针对复杂的STL模型生成高质量的自适应网格.     

复杂曲面特征线自动提取技术研究

复杂曲面零件的几何模型重构是逆向工程的研究重点之一,由零件表面的数字化数据提取特征线是构造几何模型的重要步骤。针对由CMM获取的三维数据“点云”,提出了基于扫描线的三维分层式方法实现特征线的自动提取,提出了基于局部增量网格扩张的三维散乱数据三角剖分算法,实现任意曲面尖锐棱线的自动提取。实践说明,通过该算法得到的复杂曲面的边界线能够满足模型重建的工程需求。     

PRO/E曲面建模的应用

通过Pro/E对剃须刀曲面模型的创建,介绍了Pro/E创建曲面的设计过程.通过Pro/E分析工具可以自行评估和检查曲面质量以及通过扭曲可以改变曲面的设计形式,用实例详细阐述了Pro/E的曲面工具在各个复杂曲面的设计上的应用.     

磨削异型曲面的变性共轭原理

本文说明曲面的“可磨性”是个重要概念。从“可磨性”入手,分析了异型曲面一般是不可能的,只能通过磨出近似是而非曲面的办法来取代,取代的中心问题是要设法使近似曲面能满足工程上的精度要求。文中提出的变性共轭原理,就是为了解决这个问题,使磨出的近似曲面达到最佳逼近所要求的异型曲面效果。通过实例验证,变性共轭原理目前在刀具复杂曲面磨削方面的应用是成功的。     

反求工程自由曲面测量规划及重建技术的研究

反求工程中曲面的测量应遵循采样点密度随曲面曲率变化而疏密不断变化原则,并应根据离散采样点的分布确定自由曲面的重建工作。基于曲面Z向细化分层的测量技术和NURBS曲面方程拟合重建,能有效获取原曲面特征的最少测量点,并进行曲线数学重建,最终获得准确反映表面特征的NURBS曲面方程。     

曲线和曲面造型实验分析与研究

论述了应用Unigraphics(UG)的二次开发工具UG／Open GRIP实现曲线与曲面的造型设计。详细描述了相关数据点的提取及处理方法，描述了实体的边缘提取、测量点的细分及测量轨迹仿真。结合实例介绍了该方法在复杂曲面造型中的应用。     

研究空间啮合的计算机代数系统

计算机代数是研究用计算机进行公式处理的科学，本文以ｍｕＳＩＭＰ语言为工具，将计算机代数方法应用于空间啮合原理的研究中。建立了一个研究啮合空间的公式处理系统，用于曲面的几何分析和共轭曲面的啮合特性分析，实现了空间啮合曲面分析与设计中基本解析式的计算机自动推导，为各种复杂的曲面分析与设计工作提供了一个便利的工具     

基于曲面反求技术的汽车排气歧管逆向开发

以具有复杂自由曲面的汽车排气歧管逆向设计为主线,通过Surfacer和UG NX2软件等相关开发工具,介绍了整个开发过程的具体实施流程,并对其中的数据采集及变截面气道曲面拟合两个关键环节作了详细论述.     

参数几何化曲面造型过程可视化的研究

本文利用参数几何化造型设计原理和方法,研究简单基本形体上复杂曲面造型设计的计算机图示,实现用轴测图直观交互优化曲面造型过程的可视化。     

基于形状特征的自由曲面采样算法的研究

测点采样是自由曲面零件检测的关键步骤.基于零件的两个形状特征因子:曲率因子、局部曲面片大小因子,提出一种面向不同类型曲面的采样算法,推导出曲率因子、局部曲面片大小因子的计算公式,进而优选合理的采样方案.该采样算法具有适应性广、无需繁琐的迭代过程等特点.用NURBS表达曲面,根据零件的梯度信息模拟制造误差并考虑测量误差,对采样过程进行了仿真分析,仿真结果验证了该采样策略的有效性.     

Investigation on sampling size optimisation in gear tooth surface measurement using a CMM

Coordinate measuring machines (CMMs) are widely used in the gear manufacturing industry. One of the main issues for contact inspection using a CMM is the sampling technique. In this paper the gear tooth surfaces are expressed by series of parameters and inspection error compensation and initial value optimisation method are presented. The minimum number of measurement points for 3D tooth surfaces are derived. If high precision is required, more points need to be inspected. The sampling size optimisation is obtained from the criterion equation. The surface form deviation and initial values are optimised using the minimum zone method and genetic algorithms. A feature-based inspection system for spur/helical gears is developed and trials and simulations demonstrate that the method developed is suitable and very effective. This revised version was published online in October 2004 with a correction to the issue number.