基于CAD曲面测量方法研究及仿真

曲面可以具体的分为规则的曲面与自由的曲面其依据就是对于标准的数学模型是否可以进行适用.若是依据特征对曲面进行分类,又可以对CAD模型进行已知和未知的曲面划分.对曲面进行测量是为了给予曲面在进行精度检验以及反求的时候提供保证.利用三坐标测量机进行测量能够保证高精度、目的明确以及灵活的方法,可以使得在测量大部分加工过程中的参数对于误差的表现包括形状以及位置都满足要求.因此,被广泛应用于曲面的测量.本论文对基于CAD的已知曲面和未知曲面的测量分别进行了研究分析.     

复杂曲面自动化测量程序生成及分析

着重分析了基于坐标测量机的复杂曲面自动化测量中的测量程序生成和曲面轮廓度评价方法问题。对一张曲面,采用单一测量头,根据曲面的最小曲率半径确定测量头半径,根据曲面精度等级、机床加工能力、曲面的复杂程度等因素确定采样样本大小。利用自适应采样方法,使得采样点的分布完全符合曲率大处采样点多、曲率小处采样点少。评价曲面轮廓度时,针对无基准要求的面轮廓误差采取曲面的最佳匹配,给出了一个参数曲面的最佳匹配算法。     

复杂曲面测量数据的位姿配准方法

针对三维测量数据和自由曲面模型之间的位姿配准问题,研究了先粗后精的两步配准方法。在初始配准的基础上,融合最小二乘法和最小条件原则构造目标函数,应用微分进化算法对目标函数寻优,找出三维测量数据与理论曲面的最佳匹配矩阵以实现最优配准。实验结果表明,该方法与遗传算法相比具有运算速度快和精度高等特点,能较好的解决复杂曲面类零件测量数据的位姿配准问题,并且可用于逆向工程中曲面误差的分析及修正。     

自由曲面测量的三维散乱点云无约束配准

结合局部曲面拟合和广义二分优化搜索,提出了用于大尺寸自由曲面形貌测量中多视三维散乱点云自动配准的算法.首先,对点云微小局部区域进行标准最小二乘曲面拟合,根据拟合残差提取给定点云的全部非平坦区;借助图论中“邻接”与“可达”的概念以及非平坦区的空间分布统计特征,进行相邻点云非平坦区的区域聚类计算以及区域匹配,进而自动获得配准位姿初值.然后,计算源点云在目标点云中最靠近点的k邻近,并向k邻近点的局部移动最小二乘拟合曲面做正交投影,以提取对应点.最后,采用广义二分优化搜索进行位姿变换的优化求解.试验结果表明:该方法稳定、可靠,无需人工交互,适用于采样错移情形.在重叠区域内选取150个对应点进行位姿优化时,平均配准缝隙约为0.02mm,可以满足大尺寸自由曲面形貌测量的多视三维散乱点云配准的要求.     

自由曲面测量中曲面匹配的建模及算法分析

为了更好地消除自由曲面测量中的定位误差 ,提出了一种新型的、有效的基于最大最小原则的自由曲面匹配的数学模型。通过曲面的旋转、平移以及改进的坐标轮换法完成对实测曲面的预定位、精调整 ,较好地解决了曲面匹配的问题 ,为测量自由曲面轮廓度误差提供了良好的方法。论文最后的运行实例论证了该算法的正确性及可靠性     

三坐标测量机接触模型构建及数值算法研究

在复杂曲面测量中,接触式坐标测量机有着广泛的应用。针对目前坐标测量机(CMMs)在复杂曲面测量中缺乏一个完整的数学体系,提出了一种新的测头与零件表面接触点的数学模型和数值算法。该算法的基本思想是球面上的点阵列在法向上与标称表面的距离最小。即使在球面上使用了大量的点,也具有良好的收敛性。实验测量凸轮轮廓以及圆环形标称表面的滚珠轴承内圈,成功地模拟出凸轮轮廓线形状。通过对滚动轴承内圈环面测量算法的验证,表明该算法可以将形状误差降低11.88%。实验成功地测试了球形探针半径补偿形状误差的方法。因此,所建立的数学模型将有助于在CMMs上测量复杂而精密的曲面,具有较强的实用性,将对复杂曲面的测量具有重要的意义。     

基于矢量补偿技术精密测量三维空间曲面及逆向工程

为使测量机完成空间旋转曲面及3D轮廓面的测量,提出等分度测量法及等距测量法。关闭测针半径补偿按技术要求测量空间曲面上4个测量点,利用其中3个测量点在空间曲面上建立投影面为"正三角形"的"微型三角形",另一个测量点的投影在该正三角形中为重心点,以该测针中心坐标为其测量目标点,即方法1;也可以计算出该"微型三角形"的重心坐标为测量目标点,即方法2。应用向量计算该"微型三角形"法矢量,启动测针半径补偿做该空间轮廓的精密测量;用标准球作3D实验探讨"正三角形高"的取值;应用DEAPPL语言设计程序,一次性快速完成空间曲面上4条曲线的测量及其8个数据文件的生成,该文件组可应用于逆向工程、计量检定及曲面的分析研究和改进。按上述方法设计的程序经标准球实验,测量精度可达平均偏差0.001 mm以内,对应标准偏差在0.002 mm以内,能广泛用于高速烟机设计中对空间旋转曲面或3D轮廓面的测量及制造;在我国制造行业,能完成对叶片、叶轮的测试和反求,并为三维空间曲线面的测量提出一种新方法。     

复杂曲面测量数据最佳匹配问题研究

针对复杂曲面类零件加工余量分析过程中的测量数据匹配问题,提出通过初始匹配和精确匹配来实现曲面测量数据的最佳匹配。交互式的初始匹配过程决定后续算法的变量范围,精确匹配确定测量数据与曲面的最佳匹配姿态。精确匹配采用最小二乘法构造评估函数,应用边界约束BFGS方法对问题涉及的曲面匹配变换矩阵的6个未知量进行优化求解。对通过三坐标测量机获取的数据,提出了一种测头半径补偿方案。实验结果表明,该方法与遗传算法相比具有运算速度快和精度高等特点,能较好地解决复杂曲面类零件测量数据的匹配问题。     

光学自由曲面计算机控制加工中的形面检测研究

光学自由曲面可以实现特殊的成像效果,给光学设计提供了更大的自由度,计算机控制加工方法可以在低精度设备上加工出高精度的光学自由曲面。自由曲面的形面检测是决定其最终加工精度的关键因素。本文讨论了自由曲面的形面检测方法,研究了自由曲面的坐标测量法,提出了快速自由曲面坐标测量法,并进行了验证。结果表明采用快速自由曲面测量法可以大大缩短测量时间,测量精度在测量机的精度范围内。     

曲面三维形貌测量的研究

本文介绍了一种用于曲面形貌测量的计算机辅助方法,其实质在于以平面作为测量基准,采用数据处理方法（最小二乘拟合法和数字滤波法）去除曲面形状部分的影响。试验表明,这是获得图象信息和数据分析评定的良好方法。给出了钢球测量的实例并讨论了这种方法的适用范围。     

磁悬浮列车轨道梁机加工方法的研究

磁悬浮列车是现代新兴的交通工具,它具有速度高、能耗低、噪音小、启动速度快、安全舒适、低污染、维护少等一系列优点。第一条商业运行线路即将在上海建成,采用高架、铺设轨道梁形式。轨道梁采用钢-砼复合结构,并通过数控机床对轨道梁上的预埋件进行加工来保证轨道梁的制造精度。由于轨道梁重量大,不易移动,因此很难找正。本文利用数控机床对轨道梁进行测量后,采用最小二乘法对理论数据和测量数据进行拟和,使其满足每个测量点到标准曲面的距离平方和达到最小的原理,找到最优的加工位置,实现对轨道梁的精确定位并进行加工。该方法已经在实际生产中得到应用,并且取得了相当好的效果。     

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。     

磁悬浮列车轨道梁加工方法

提出基于CAD模型和机床测量复合轨道梁的姿态匹配定位计算方法 ,利用最小二乘法计算转换矩阵 ,实现非定位加工 ,在工程应用取得良好效果 ,尤其是在上海磁悬浮列车轨道梁加工中达到了预期效果 ,保证工程的顺利进行     

三维曲面光电非接触等距离测量系统

介绍三维曲面光电非接触等距离随动测量系统的配置、测量方法和测量工作原理,测量系统的测量数据采集和处理原理。利用该实验测量系统对物体的曲面作了实测,获得了实测曲面形状。实验结果表明,该测量方法和系统是可行的。     

Automated Surface Roughness Measurement

A non-contact roughness sensor is described that is suited for integration with a computer-controlled coordinate measuring machine (CMM). The sensor employs a fibre optic interferometer, electronic control system and data-processing software. The combination of the sensor and computer controlled CMM allows surface texture assessment to be made during scheduled dimensional inspections of complex curved surface components, such as turbine blades. The sensor system will measure surface roughness parameters, for example Ra, using a method that reflects standard procedures. The lightweight sensor head can be mounted on a touch probe arm and the associated articulated mounting head; this combination gives quasi 5-axis positioning ability to the overall sensor. This is suitable for automated surface finish inspection of compound curved surface blades. The sensor and its control unit are integrated with the CMM controller and its operation can be controlled through standard part-program commands used by the CMM.     

大曲面检测系统的研究

大曲面检测系统是以电子经纬仪交会测量原理为基础的。介绍了检测系统的组成和检测系统的建立。实验表明这种方法解决了对架设状态下大曲面的检测问题 ,检测精度可达亚毫米级。这种检测方法对于曲面的制造具有很大的应用价值。     

数控线切割加工空间曲面CAD/CAM技术研究

目前国内加工空间曲面零件通过采用锥度切割装置使电极丝倾斜一定角度来实现锥度切割,这种方法易产生的加工误差较大.论文在五轴联动数控线切割加工系统的运动分析的基础上,建立了直角坐标下空间曲面零件线切割加工成型的数控模型,阐述了利用G代码合成空间曲面的方法,提出了运用模块化技术设计空间曲面线切割五轴联动数控系统上位机软件设计方案,为空间曲面线切割CAD/CAM系统的研究提供了依据.     

加工中心在线测量系统在自由曲面COPY加工中的应用研究

在没有三坐标测量机等不具备逆向设计条件的情况下,通过编制用户宏指令对在线测量系统进行控制,收集和处理模型曲面测量数据,则可以实现类似三坐标测量机自动扫描曲面测量和实现仿形加工的功能.阐述了COPY加工的原理、程序的编制方法、加工误差分析及为保证加工精度应采取的措施.     

空间曲面线切割多轴联动加工系统开发及应用

开发了能实现空间曲面零件电火花线切割加工的多轴联动加工系统,分析了系统的组成和运动参数。依据空间解析几何直纹曲面形成原理,建立了五轴联动加工的数学模型体系,获得了五轴联动加工三导线曲面零件的数学模型。研制了多轴联动加工系统的执行机构转摆摆数控工作台及数控系统,加工出理想的实验样件。解决了空间曲面零件的加工难题,拓宽了高速走丝电火花线切割加工的应用范围。该方法在模具制造及空间曲面零件加工中得到广泛应用。     

自由曲面零件的寻位自适应检测方法研究

针对复杂曲面零件检测过程中难以准确定位和测量效率低的问题，提出自由曲面零件的寻位自适应检测这一新的方法。对该方法所涉及的曲面零件的自动寻位、测的自适应生成和基于寻位信息的位姿自适应检测控制等关键问题给出了可行的解决办法。在此基础上开发了曲面零件寻位自适应检测软件并进行了仿真验证。理论分析与实验结果表明，所提出的方法是可行的，为复杂自由曲面零件的无定位检测开辟了一条新的有效途径。