B样条滤波器建立表面轮廓中线的方法

根据离散B样条函数的Z域表达式，B样条空间中对信号的拟合和分解可以表示成FIR滤波器和IIR滤波器的滤波过程，再结合变分原则，构建了表面粗糙度测量中用于确定中线的B样条滤波器。将零相移滤波技术应用到B样条滤波器的实现中，得到了相应的差分方程。对一实际工件表面轮廓进行了实验，验证了该方法的可行性，该滤波器同样具有零相移的特性，与其它方法相比，其具有计算效率高的优点。     

基于高斯逼近的广义B样条平滑滤波快速算法

将添加了速度项s(xi)xi的平滑变分公式引入广义B样条滤波器,通过速度项αs(xi)αxi来增加数字滤波器传输特性对参数t1,t2的敏感性,推导出一个小尺度且能够快速逼近高斯滤波的平滑数字滤波器,并且讨论在不同截止角频率ωc下文中算法与标准高斯滤波器的逼近程度。最后对一个长度为19 000的实测轮廓数据进行滤波,实验结果表明:该滤波器一定程度上抑制了传统高斯滤波边界畸变的缺陷,且响应时间短,整个过程耗时1.6ms,仅为传统高斯滤波的1/40,为工程表面滤波提供了一种新方法。     

表面粗糙度测量中的稳健样条滤波算法

研究了表面异常信号对国际标准样条滤波器的影响.引入稳健统计学思想对样条滤波器进行了稳健处理,增强样条滤波的稳健性.利用该算法对实际表面进行测量,其结果表明:能够可靠地获得评定中线,实现表面信息的无失真提取和分析,与原有国际标准样条滤波器相比,稳健性更强.     

一种新型稳健样条轮廓滤波器

在表面计量学中,通常利用轮廓滤波器提取轮廓中线作为表面评定的基准线。由于传统轮廓滤波器极易受到划痕和深谷等奇异信号影响而产生失真甚至错误的中线,为了增强其稳健性并保证评定精度,国际标准中给出了两种替代滤波器,即稳健型样条滤波器和高斯回归滤波器。然而,这两种滤波器的构造原理和实现算法迥异,其滤波特性差异较大,从而导致对同一表面具有不同的评定结果。为解决这一问题,提出将M估计权函数与样条滤波器相结合构造了一种新型稳健样条滤波器。该滤波器不但具有更强的抗差能力,其计算效率也远高于国际标准推荐的稳健滤波器。更重要的是,大量实验表明,其滤波特性与高斯回归滤波器接近,该滤波器的应用有助于表面评定标准的传递和测量结果比对。     

表面测量中高斯滤波器的B样条函数实现方法

提出一种新的高斯滤波器B样条函数实现方法。在B样条函数理论基础上,通过对变分原则引入约束条件的方法,并结合小尺度高斯滤波器级联的特性,得出了高斯滤波器的逼近滤波器。其与高斯滤波器的最大幅度偏差小于1%,并且也具有零相移的特性。在相应的滤波算法中,包括了一级零相移滤波和一级加权滤波,只进行二次循环,算法结构简单,计算效率高。对实际表面测量数据进行应用试验,能够满足高斯滤波器实现方法高精度、高效率的要求。     

表面形貌评定的B样条小波基准线的实现

随着科学技术的发展,对工件的表面精度提出了更高的要求。表面形貌特征在很大程度上影响了工件的技术性能和使用功能。近年来,国内外对表面形貌特征进行了大量的研究,制定了相关的标准。但是仍然存在一些不确定性和模糊性。文中针对高斯滤波器存在边界效应和对缺陷表面产生形变的不足,提出了一种B样条小波获取表面形貌功能评定基准线的方法。首先建立表面形貌的数学模型,采用小波分析的分解与重构原理,实现了表面形貌的数学模型的小波构建。最后根据小波变换的定义,用B样条函数构造出B样条小波函数,并将其应用于表面形貌的分析,从而实现了表面轮廓与基准线的分离。通过实例对比分析,该方法要优于高斯滤波获取基准线的方法。B样条小波分离法不仅消除了边界效应,而且消除了表面异常值高斯基准线的变形。     

半正交B样条小波及其在曲线曲面光顺中的应用

基于B样条基函数及其对应的小波不具有平移正交性,因而不能用现有Mallat快速算法进行小波分析的特点,从B样条基函数以及多分辨分析的定义出发,用严格的数学推导实现半正交B样条小波的分解重构算法。详细阐述该算法在准均匀三次B样条曲线中的运用,并给出一条复杂曲线及一个复杂曲面的分解重构实例,表明该方法能够在复杂曲线曲面的光顺中取得良好效果。     

巴特沃思小波在表面形貌信号分离中的应用

为了快速准确地分析工程表面,提出了一种基于巴特沃思小波的滤波方法。首先,讨论了小波滤波器的低通幅度传输特性,并以此作为选择适合表面形貌分析小波滤波器的依据。然后,介绍了巴特沃思小波滤波器的构造原理,并给出了它的快速实现算法;综合其优良的传输特性和高效的实现算法,以巴特沃思小波作为表面分析的滤波器,对实际表面轮廓进行了多层分解。最后,利用巴特沃思小波建立了表面轮廓评定的基准线,并给出了确定小波分解层数的方法。实验结果表明,巴特沃思小波能够快速准确地实现表面轮廓的多尺度分析,稳定可靠地提取表面中线;在普通计算机上提取11200点数据表面中线仅耗时60ms,利用该中线计算所得R值相对误差仅比利用高斯中线所得R值相对误差大0.12%。     

一般样条滤波器及其在表面计量中的应用

提出了样条滤波器的一般化表达式,由该表达式可以构造线性样条滤波器、稳健样条滤波和一般样条滤波器。一般样条滤波器保留了部分线性样条滤波器的特性,又具有稳健性。采用Tucky估计,分别采用一般样条滤波器、线性样条滤波器与稳健样条滤波器在表面计量中进行了对比实验,实验结果表明:当表面存在明显的深谷和尖峰时,采用稳健样条滤波器更为合适;当表面近似服从正态分布时,三种滤波器得到的表面粗糙度参数比较接近。     

均匀B样条曲线多分辨率分析和实现

在研究多分辨率分析和均匀B样条小波的基础上,给出均匀B样条曲线的小波表示。为达到在闭区间进行小波分解的目的,采用对称延拓有限个数据点的方法,实现了基于滤波器形式的均匀B样条小波分解和重构的快速算法。     

High-order spline filter and ideal low-pass filter at the limit of its order

We propose a method of obtaining a more vertical step-edge-like cut-off characteristic of a low-pass filter, in which a mean line for the roughness profile is extracted and the computation time is significantly reduced. In order to make the cut-off characteristic more step-edge-like, attention is focused on the relationship between the spline filter order and mean line smoothness, and the order is made larger. This filter, i.e., the high-order spline filter, has extremely low end effects because it is an extension of the spline filter. Raising the order of the high-order spline filter to ∞ can also realize an ideal low-pass filter that has a step-edge-shaped cut-off characteristic. In addition, in order to reduce computation time, the high-order spline filter is calculated in the frequency domain. When several thousand data points are used, the spline filter requires a maximum of 1 h, whereas using the proposed high-order spline filter allows computation to be completed in less than 1 s.     

基于样条曲面描述的大变形有限元数值模拟关键技术探索

模具型腔描述、锻件有限元网格划分、界面接触约束是制约三维复杂体成形有限元数值模拟技术应用的3个关键性问题。以3次B样条曲面描述为基础,对三维复杂工具表面离散、变形体三维网格自动划分、变形体边界节点与模具接触状态判断的一体化技术进行了研究。利用B样条曲面的直观性、局部性、通用性、造型灵活性等特点,构造复杂模具型腔曲面及变形体边界,提出三维网格样条生成法、改进的分块样条生成法及接触判断的区域层次搜索技术。     

一种基于离散数据的自由曲面建模方法

提出一种基于离散数据的自由曲面建模方法。该算法采用平行网格构造曲面，利用三次样条函数和参数样条对列表点进行行列两个方面的插补，采用局部回弹法进行曲线光顺，从而构造出适于数控加工的网格曲面，由于采用参数样条进行插补，可保证插值曲线通过所有型值点，曲线具有一、二阶导数连续的性质，可保证曲线的整体连续平滑。该方法的特点是方便了直角坐标下平行行切加工的数控编程。     

运用三次样条曲线拟合机器人运动路径

为了使移动机器人在运行过程中能够保持平稳,在四叉树建模环境下,提出用三次样条曲线拟合机器人运动路线的方法。由于三次样务曲线有连续的二阶导数,这样可以保证机器人在急停、急转时有良好的动力学特性,具有用直线与圆弧拟合路径无法比拟的优点。     

权因子对B样条曲线形状影响的研究

通过对三次均匀有理B样条曲线权因子几何意义的分析,从而研究了三次有理B样条曲线的几何特性.在此基础上深入探讨了权因子对于B样条曲线形状的影响,为更好地构造满足特定要求的B样条曲线提供了一种途径.     

一种三次插值样条曲线的插补方法研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求,基于数据采样插补原理,对一种三次插值样条曲线的插补算法进行了研究.样条曲线进行参数化运算插补,先使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的插值样条曲线轮廓,再利用轨迹空间与参变量空间的对应关系,控制参变量,求取插补点坐标,得到整个离散化插补轨迹.此算法加工速度稳定性高,有利于高速高精地生成插补轨迹.     

SLM彩色显微图像的亚像素边缘检测方法

微操作技术的迅速崛起迫切要求显微图像处理技术的发展。在HSI彩色模型的基础上,根据SLM视觉系统的彩色显微图像特点,基于小波变换提出了一种适用于SLM彩色显微图像的边缘检测方法。根据三次样条拟合曲线的一阶导数零点,获取精确的亚像素边缘。试验证明,该方法适用于各放大倍率下的SLM彩色显微图像,能较好地滤除噪声,检测出完整的亚像素边缘。给出了利用该算法处理噪声仿真图像和真实SLM彩色显微图像的试验结果。     

High-order spline filter: Design and application to surface metrology

The differences between the transmission characteristics of the standard cubic spline filter and the Gaussian filter lead to different evaluation results even for the same profile. There is indeed an adverse impact on the comparison of measurement results and the applications of the related international standards. A novel high-order spline filter is proposed to resolve this practical problem of approximating the Gaussian filtering characteristic. The design of the new filter is based on an improved variational approach by adding the high order derivative terms to the bending energy part whose structural parameters are determined by the aid of the universal Taylor series, so as to realize the convergence to the function of the Gaussian filter. In addition, a cascade algorithm in terms of the low-order filters is also developed in order to ensure stable performance of the high-order filter. Its effectiveness and application were verified by the experiments.