基于双边滤波的三维曲面重构技术在钢轨检测中的应用

钢轨廓形的测量对指导钢轨打磨、提高列车运行安全、延长钢轨寿命具有重要的意义。采用三维激光扫描重建技术,获取钢轨廓形点云数据;分别采用迭代最近邻算法、双边滤波法以及曲率精简法对钢轨点云数据进行拼接、降噪和精简处理;对比在不同高斯滤波参数下,该技术对钢轨点云数据的滤波效果。结合UM动力学软件和有限元分析软件对三维重构后的钢轨模型进行仿真对比分析。结果表明:采用该三维重构技术可以快速地对钢轨的型面进行重构;高斯滤波参数σ_c为20时,对钢轨点云数据的滤波效果较好,能够使钢轨轨顶保持良好的细节特征。     

直接基于点云数据的刀具轨迹生成

直接基于测量数据来获得刀具轨迹的方法操作简单、计算稳定、加工效率高,适应快速制造的发展趋势。论文利用ATOSII光学扫描系统获取模型点云数据,并对点云数据处理,采取直接对点云数据分层,研究了轮廓数据提取,加工区域识别以及刀具轨迹规划等关键问题。     

三维曲面网状冲压件逆向建模的研究

探索运用逆向工程来构建三维曲面网状冲压件的三维数学模型。该方法使用激光三坐标扫描测量仪对三维曲面网状冲压件进行非接触式测量,得到三维曲面网状冲压件的点云数据,再运用Geomagic对点云完成数据拟合,得到三维曲面网状冲压件的数字化模型。相比于以三坐标测量机(CMM)为代表的传统测量网状冲压件三维坐标的接触式坐标测量方法存在的测量速度慢、测量精度不高的不足,激光三坐标扫描测量仪测量的速度更快,测量的精度更高。且Geomagic对点云完成数据拟合得到的数字化三维模型更贴合实际的模型,表明该方法切实可行。     

飞机叶片焊接修复中的三维测量重构技术

提出一种基于NURBS理论的叶片点云处理和曲面重构的方法.飞机涡轮叶片是结构、气动、强度等多学科优化设计的结果,其外形为复杂的自由参数曲面.用最小二乘法将拓扑后的点云局部曲面拟合对异常点去噪,依据曲率阈值点云分割.将双三次Coons的B-spline形式曲面作为基面,散乱点云无约束曲面逼近,利用优化理论迭代得到曲面控制点从而确定B-spline曲面方程.根据NURBS理论对曲面拼接修剪,复原磨损叶片的三维模型,为后续的焊接修复提供精确三维模型.     

基于不等高度数据采集的刀具磨损三维检测

由于刀具磨损对切削过程以及表面加工质量有着重要的影响,因此刀具磨损程度的检测对于提高零件的表面加工质量有重要的意义。文章提供了一种新的刀具磨损检测方法,该方法主要基于在不同高度对磨损区域拍照所得的图像,并对磨损区域进行相应的三维重构,最终能得到刀具磨损区域的三维形貌图,其不仅能使得刀具的磨损区域得到重现,而且能对磨损的体积进行较为精确的测量。将该技术对实际加工中不同切削条件下的刀具的磨损进行检测,最终得到了不同切削条件下的刀具的磨损,结果表明该方法对于刀具磨损的检测不仅方便,而且精度较高。     

基于三维图像处理的车刀磨损缺陷检测方法研究

针对目前车刀磨损检测中所获取的二维图像处理无法提取车刀磨损区域三维特征的问题，提出一种基于结构光投影技术的方法，提取车刀磨损区域三维特征信息。对获取的信息进行分割，分离车刀中的垫片点云和刀头部分点云；然后对垫片点云进行最小二乘拟合平面处理，将拟合的平面与刀头部分点云进行最大距离求解，并用标准量块进行实际物理距离换算；最终获得刀头的最大实际磨损量，为工人更换刀头提供数据参考。实验结果表明：在对车刀进行磨损区域量化处理中，该方法可以获取车刀刀头的具体磨损量值，且具有较高的精度和较低的经济成本，该系统的误差小于0.05 mm,可满足实际生产需求。     

基于不确定性云推理的刀具磨损量预测方法

针对刀具磨损存在随机性和模糊性的特点,提出基于不确定性云推理的刀具磨损量预测模型。首先利用逆向云算法计算刀具磨损声发射信号的3个云特征参数,期望、熵和超熵;其次,通过条件云发生器挖掘不同磨损阶段磨损趋势与不同磨损阶段云特征参数之间的关系,并构建基于云条件发生器的云预测规则;最后,在此基础上建立了多条件单规则云发生器的磨损量预测方法。研究结果显示:云推理刀具磨损量预测模型符合刀具磨损规律;对非确定模型进行预测,云推理比模糊推理更符合实际情况。此外,该方法能反映磨损的实时情况,具有较强的实用性。     

大型复杂锻铸件三维扫描点云数据去噪及光顺研究

逆向工程,对锻铸件的三维点云数据处理是获得复杂零件外形尺寸的关键环节。如何从散乱的、多噪点的点云数据中得到无噪点、光滑的三维点云是人们一直研究的重点。依据散乱点云中的噪声点的特征进行分类,并提出一种分步去噪及光顺方法。首先用格网阀值法去除第一类噪点,用格网法去除第二类噪点,最后用双边滤波法对数据进行光顺处理。结果表明该方法不仅有效去除了锻铸件的三维点云数据的噪声点,同时获得了光滑的测量表面,保留了尖锐特征。     

基于Geomagic的玻璃瓶模型重构与误差分析

针对玻璃瓶造型困难以及误差评估复杂等问题,提出了一种基于Geomagic和UGNX的快速模型重构与误差分析方法。利用三维激光扫描仪获得玻璃瓶样模型表面的点云数据,通过Geomagic Studio进行点云数据预处理;在UGNX中进行基于提取截面线的三维几何模型重构;利用Geomagic Qualify得到的重构模型与原始点云数据比较的偏差色谱图,实现对玻璃瓶逆向重构模型的误差分析。实例结果表明:该方法能够很精确的实现玻璃瓶样的快速模型重构,利用偏差色谱图对模型进行优化。     

云-SVM模型及在数控机床刀具磨损状态预测中的应用

数控机床刀具磨损不仅直接影响加工质量,而且还会导致加工设备损坏和加工安全事故,因此正确对刀具状态进行识别和预测具有重要的现实意义。结合云模型和支持向量机的优点,提出了包含输入层、云化层、SVM层、逆云化层和输出层等五层结构的云-SVM模型,利用该模型对刀具磨损状态的识别和预测进行了仿真,结果表明该模型能够较真实的识别和预测磨损状态,具有较强实用性。     

基于COMET L3D三维结构光扫描仪的逆向技术研究

以某发电机端盖为例,介绍COMET L3D三维结构光扫描仪系统及点云数据获取的方法,描述了Geomagic Studio逆向软件对点云数据预处理的要点,重点探讨了发电机端盖这类铸造产品模型重构的步骤、方法以及注意事项,并进行了误差分析,最后获得了符合精度要求的数据模型。结果表明:通过借助COMET L3D三维结构光扫描仪对铸造产品进行逆向工程的研究,可在吸收原有逆向方法的基础上进行创新、改进,缩短新产品的研发周期。     

3D finite element analysis of tool wear in machining

The paper is focused on the 3D numerical prediction of tool wear in metal cutting operations. In particular, an analytical model, able to take into account the diffusive wear mechanism, was implemented through a specific subroutine. Furthermore, an advanced approach to model heat transfer phenomena at the tool-chip interface was included in the numerical simulation. The adopted simulation strategy gave the possibility to properly evaluate the tool wear. The 3D FEM results were compared with some experimental data obtained turning AISI 1045 steel using uncoated WC tool; a good agreement was found out.     

航空发动机叶片数字化再制造方法研究

叶片作为航空发动机的关键部件,其数字化三维模型等核心技术资料一直由国外发动机厂商垄断。为获取航空发动机叶片的三维数字化模型,提出一种基于海量点云数据的叶片数字化模型重建方法。利用激光扫描仪获取的叶片点云数据;在点云数据预处理部分,进行点云对齐并合理精简;将点云数据截面转化为含有噪声的时域信号进行滤波,引入单树小波包分析方法,并通过坐标变换将其分割为叶盆面和叶背面;依据叶片的型面特点,采用不同方法对叶片截面边界进行拟合。反复上述过程,采用蒙面曲面的方法建立叶片数字化三维模型。实验结果表明,利用该方法建立的发动机叶片模型具有良好的光顺性和几何精度,明显提升了建模效率。     

基于点云配准的曲面三维差异检测

在工件打磨任务中,实测数据与标准模型数据之间的差异性比较是实现机器人自动化打磨的关键研究问题之一。针对如何快速精确地提取陶瓷素胚工件曲面的三维差异数据问题,设计了一种曲面配准流程。首先,针对点云的粗对齐步骤,采用体素网格滤波进行下采样,采用了Hough投票法进行粗配准,将粗配准步骤运行时间控制在0.3 s以内。其次,针对点云的精确配准步骤,利用了CUDA加速比较耗时的ICP配准算法,将精确配准耗时控制在0.5 s以内。最后,针对差异提取步骤,通过引入Octree数据结构实现了差异点云的快速提取。最终,将模型曲面点云与扫描曲面点云之间的RMS误差控制在0.5 mm内,总运行时间控制在1 s之内,实现了两个曲面的快速精确对齐以及差异提取。     

基于逆向工程的覆盖件三维建模技术的研究

逆向工程作为产品制造的一种手段，可以将符合要求的汽车覆盖件零件进行测量并反求出零件的三维模型。本文采用逆向工程技术，通过3DD-300型三维激光非接触扫描仪得到覆盖件的点云图，在PRO／E中完成了点数据的处理、曲线和曲面的构建、修边等工作，利用小平面特性最终生成了覆盖件的三维模型。     

3D tool wear measurement and visualisation using stereo imaging

Tool wear detection has traditionally restricted itself to 2D study and measurement. A new technique for the measurement and visualisation of tool wear pattern has been presented in this paper. This method provides visualisation of the tool wear geometry using a pair of stereo images and generates the volume of crater wear as a new parameter for inspection. The results demonstrate that the volume of crater wear can be effectively used to characterise the tool wear. The average depth of the tool wear and surface area of the crater are also obtained as parameters for measurement. The technique provides a fast and a possible on-line method of tool wear analysis and measurement.     

A new segmentation method for point cloud data

In the process of generating a surface model from point cloud data, a segmentation that extracts the edges and partitions the three-dimensional (3D) point data is necessary and plays an important role in fitting surface patches and applying the scan data to the manufacturing process. Many researchers have tried to develop segmentation methods by fitting curves or surfaces in order to extract geometric information, such as edges and smooth regions, from the scan data. However, the surface- or curve-fitting tasks take a long time and it is also difficult to extract the exact edge points because the scan data consist of discrete points and the edge points are not always included in these data. In this research, a new method for segmenting the point cloud data is proposed. The proposed algorithm uses the octree-based 3D-grid method to handle a large amount of unordered sets of point data. The final 3D-grids are constructed through a refinement process and iterative subdivisioning of cells using the normal values of points. This 3D-grid method enables us to extract edge-neighborhood points while considering the geometric shape of a part. The proposed method is applied to two quadric models and the results are discussed.     

基于Handyscan 3D激光扫描仪的逆向技术研究

以某型汽油发动机缸体、缸盖为例,应用Handyscan 3D激光扫描仪进行点云数据的获取,并结合逆向工程相关的处理软件详细研究了点云数据预处理、模型重构、误差检测以及模型优化的关键步骤和注意事项,最终实现对本典型结构产品的精准建模。研究结果对其他种类产品的逆向研究具有参考价值,将先进的设计经验同自身现有的设计体系相结合,有利于快速发展核心技术。