基于CAD模型引导测量的自由曲面定位及轮廓度误差评定

提出将粒子群优化算法与拟随机序列法相结合对基于CAD模型引导测量的自由曲面进行高精度检测和轮廓度误差评定的方法。为解决用三坐标测量仪检测自由曲面时存在的设计坐标系与测量坐标系不重合问题,提出用拟粒子群优化算法来实现被测曲面与设计曲面精确定位;针对自由曲面特点,采用轮廓峰谷误差和轮廓均方根误差综合评定自由曲面的形状误差。最后,阐述了用拟粒子群优化算法实现曲面匹配时目标函数值的计算方法,确立了用拟粒子群优化算法优化求解参数向量的具体步骤。对仿真实例和大量实测零件自由曲面轮廓度误差的计算表明:采用本文方法能够实现自由曲面精确定位,其轮廓度误差评定精度比由三坐标测量仪内置软件计算的结果高8%～15%,适用于对高精度自由曲面零件形状误差的评定。     

改进遗传算法与拟随机序列结合评定自由曲线轮廓度误差

为了高效率、高精度检测自由曲线和曲面零件并计算轮廓度误差,提出将改进遗传算法与拟随机序列结合来评定自由曲线轮廓度误差.首先,针对自由曲线因没有已知的解析表达式而常用离散点表示其轮廓的特点,采用非均匀有理B样条(NURBS)来表示自由曲线,并用改进遗传算法优化重建自由曲线;然后,应用拟随机Halton序列均匀产生参数值精确计算点到曲线最短距离.阐述了自由曲线重建时控制顶点及目标函数值的计算方法,确立了改进遗传算法重建自由曲线及采用拟随机序列生成参数值求解点到曲线最短距离的具体步骤.最后,针对仿真实例计算并实测零件曲线轮廓度误差.结果显示,自由曲线轮廓度误差评定精度高于99％,表明提出的方法算法简单、计算速度快、精度高,适于在工程计量中推广应用.     

基于自适应采样的曲面加工误差 在机测量方法

基于模具在机测量的自适应采样结果,提出一种新的获取自由曲面加工误差的方法。该方法首先基于自适应采样获取加工曲面上少量测点的坐标数据,利用NURBS曲面重构来拟合加工曲面;然后基于广义牛顿法计算重构的实际曲面和理论曲面的法向距离,获得自由曲面的加工误差,并对实验加工的模具模型曲面的轮廓度误差进行分析。实验结果表明,基于自适应采样的加工曲面重构方法能够在机测量且有效地获得自由曲面加工误差。     

基于点集拓扑学涡旋曲面轮廓度误差评定

对自由曲面的轮廓度误差进行评定是精密测量中的一个难点。在涡旋压缩机制造过程中,检测方面亟待解决涡旋齿曲面轮廓度误差评定问题。点集拓扑学运用于曲面轮廓的表述,具有原理清晰、数据处理简洁的特点,据此建立曲面轮廓度评定数学模型,结合涡旋齿曲面型线特征的分析,通过从空间坐标系的建立、点到曲面距离的计算、曲面平动与旋转等方面构建适用于涡旋齿曲面的最小二乘轮廓度误差评定算法。实例研究中,采用德国卡尔蔡司三坐标UMC550采集的点位数据应用到评定算法中计算轮廓度值,实验验证了基于点集拓扑原理构建涡旋曲面轮廓度误差评定模型算法的有效性及高精度,为自主开发涡旋型线检测专机中涡旋轮廓度评定软件提出了一种解决办法,具有较高的应用参考价值。     

基于遗传算法和分割逼近法精确计算复杂曲面轮廓度误差

在超精密复杂零件加工与检测技术中,高精度轮廓度误差的评估方法一直是一个研究重点。在分析研究现状基础上,阐明精确计算复杂曲面轮廓度误差需要解决的关键问题,阐述复杂曲面轮廓度误差定义,建立复杂曲面轮廓度误差的数学模型。在分析基于NURBS描述复杂曲面特点基础上,提出分割逼近法计算测点到曲面的最小距离快速简便算法。分析传统遗传算法存在计算精度与编码长度、计算工作量之间的矛盾,提出改进型归一化实数编码的遗传算法,建立相应的交叉算子和变异算子,确立分割逼近法和归一化实数值编码遗传算法相结合计算复杂曲面轮廓度误差的具体步骤。该算法易于计算机实现,且计算精确度高,可以达到任意给定的精度,非常适用于三坐标测量机。     

基于STL模型的自由曲面轮廓度误差评定

借鉴CAD模型的自由曲面轮廓度误差评定模型,给出STL模型;把空间点到STL模型的有向距离转化为点到自由曲面的距离的计算方法,并结合带有收缩因子的粒子群算法对自由曲面的轮廓度误差进行评定。该模型成功解决了测量仪检测自由曲面时存在的设计坐标系与检测坐标系不重合的问题。主要工作是用粒子群算法解决被测曲面和设计曲面之间的定位问题,同时简化计算了空间点到STL模型的距离。在搜索空间点所对应三角面片的过程中,兼顾就近原则确定对应顶点,从而提高了搜索效率;最后运用仿真实验验证了算法的可行性。采用该方法能够有效地评定已知CAD模型的自由曲面的轮廓度误差。     

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.     

基于分割球面逼近和差分进化的复杂曲面轮廓度误差评定

为了评定复杂曲面轮廓度误差,提出了一种快速简便的分割球面逼近方法。该方法用球面逐步逼近测点垂足所在的曲面片来求得测点到设计曲面的最短距离,然后利用差分进化算法优化测点位置,结合分割球面逼近方法最终求得复杂曲面轮廓度误差值。将分割球面逼近方法和差分进化算法相结合,用于计算蜗杆齿面的轮廓度误差,仿真结果表明,该方法计算精度高于最小二乘法,能满足高精度误差评定的需求。     

基于分割球面逼近的复杂曲面轮廓度误差评定

为进一步提高复杂曲面轮廓度误差评定的精度和效率,提出一种计算点到曲面最短距离的分割球面逼近方法.该方法首先分割曲面以确定测点垂足所在的曲面片;然后用曲面片上的四点构成球面去逼近该曲面片,利用球面的几何性质求得测点到曲面片的近似距离;最后再分割该曲面片,重复上述步骤,当相邻两次的结果之差小于设定阈值时停止分割.在分割球面逼近方法的基础上结合改进单纯形法对复杂曲面轮廓度误差进行了评定.计算实例表明,分割球面逼近方法快速、精确,适用于复杂曲面轮廓度误差评定.     

工件圆度误差测量不确定度评定

为了实现工件圆度误差的不确定度评定,对基于三坐标测量机的工件圆度轮廓数据的采样策略、圆度评定方法及不确定度评定方法进行研究。首先,根据工件圆度轮廓特征进行实验测量,获取不同工件的多个样本。接着,基于最小二乘法和微分进化优化算法对样本的圆度误差进行了误差评定。然后,在分析比较误差大小的基础上,说明了采用的采样策略和微分进化评定算法。最后,基于圆度误差评定结果运用了测量不确定度表示指南(GUM)和蒙特卡洛方法(MCM)进行不确定度评定。实验结果表明:微分进化算法与最小二乘法相比均值差最大达到1.1μm, MCM方法比GUM方法得到的标准不确定度均值小0.02μm。合理的采样点数、微分进化算法及MCM不确定度评定方法可以得到更稳定可靠、精度高的评定结果。     

采样定理的拓展--一种新的非均匀采样规则

由于采样定量用来指导采样时段内信号的均匀采样（或重采样），但在实际中需要进行磋均匀采样，因此提出了一种新的非均匀采样规则，即让短时采样频率大于等于2倍的信号短时最大频率，以指导非均匀采样（或重采样）。经用两个仿真信号验证说明，非均匀采样的数据用样条插值恢复只有很小的数值误差，说明该规则是可行的，并将它与传统的非均匀采样定理做了比较，指出了它面向时变信号采样的特点。     

用非均匀采样实现谐波的高精度分析

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一。通过对国内外一些提高谐波分析精度的有效方法的研究,从傅里叶算法的基本原理出发,提出了一种新型的谐波分析方法,可以在不增加硬件设备及采样数据的前提下,利用双速率采样的非均匀序列,简单有效地提高谐波分析的精度。计算机仿真证实了该方法的有效性。     

软件同步采样实现方法的分析与比较

分析常规采样法产生同步误差的原因，阐述了三种通过实时改变采样间隔有效减小同步误差的算法，即偏差累积增量法、采样间隔动态调整算法：和实时最佳同步采样算法；分析了这三种改进算法的误差和性能，供交流周期信号测量选择。     

基于整周期自适应采样的砂轮不平衡量分析

精确获取与转速同频周期信号信息是对砂轮进行动平衡的前提。应用 DSP技术和整周期自适应采样算法实现了砂轮振动信号倍频采样 ,并且给出了在砂轮动平衡测试中的具体应用。此方法具有硬件电路简单 ,倍频采样精度高 ,跟踪速度快等优点。实验表明该方法可从复杂噪声中在线提取砂轮不平衡信号。     

结构失效概率计算的重要方向自适应线抽样方法

首先通过算例分析线抽样方法存在的问题,对于线性问题,线抽样法的效率受抽样重要方向与最优重要方向偏离程度的影响,这种偏离程度越大,效率越低;而对于非线性问题,当抽样重要方向与最优重要方向偏离较大时,线抽样的效率和精度均严重下降,甚至得出错误的计算结果.针对线抽样存在的问题,提出一种重要方向自适应的线抽样方法.在标准正态空间中,所提方法将原点指向典型失效点的方向作为初始重要方向,通过探索性线抽样和逐步修正的方法,使得线抽样的实际重要方向逼近最优重要方向,进而使线抽样方法的精度和效率得以充分发挥.数值和工程算例均验证了改进线抽样方法的优越性.     

复杂系统小子样可靠性综合检验方法

一次计数抽样检验方法是一种基于经典统计理论的试验分析方法,由于它具有较强的通用性,被广泛应用于工程实践中.但该方法由于忽略其他信息的作用,需要较大的试验样本量,不适用于小子样产品的检验问题.为解决上述问题,考虑到子系统的性能在一定程度上能决定全系统的性能,提出适用于串联系统的一次计数抽样综合检验方法.该方法充分利用子系统试验数据,可将子系统试验与全系统试验进行折合,从根本上减少系统的样本量.通过实例仿真分析结果表明,所提出的综合检验方法是合理可行的,较传统计数抽样检验方法所需样本量大大减少,从而满足小子样抽样的要求.     

Estimating the total number of lymphatic valves in infant lungs with the fractionator

The fractionator is illustrated by means of a biomedical example involving the estimation of the number of lymphatic valves in lungs of infants who had died from sudden infant death syndrome (SIDS) and other known causes. The method is unbiased irrespective of tissue deformations and it does not require external information such as section thickness. An upper bound of the coefficient of error of the estimate of the number of valves within one lung was 6.5%, despite the fact that the number of valves counted per lung at the last stage ranged between 11 and 37 only. The upper bound includes the biological variation of the number of valves among infant lungs. Some theoretical remarks are also made on the efficiency of the fractionator. It is suggested, for instance, that the initial sampling stages cause more impact on the precision of the final estimator than the subsequent stages, and that an optimal arrangement of fragments submitted to systematic sampling should have the smallest fragments at the ends, with fragment contents increasing smoothly toward the middle of the series.     

LED体三维显示BCC采样体素化

在LED立方体三维显示中,为了减少体素量和提高精度,采用BCC栅格采样方法。以"牛"模型进行实验,对比笛卡尔采样,BCC采样在采样点数量相等的前提下体素量减少27.6%;将BCC栅格的采样点数量降低到笛卡尔栅格采样点数量的70%后,BCC采样得到的体素模型实际体素量要比笛卡尔采样得到的体素量减少43.4%。     

The smooth fractionator

A modification of the general fractionator sampling technique called the smooth fractionator is presented. It may be used in almost every situation in which sampling is performed from distinct items that are uniquely defined, often they are physically separated items or clusters like pieces, blocks, slabs, sections, etc. To each item is associated a ‘guesstimate’ or an associated variable with a more‐or‐less close – and possibly biased ? relationship to the content of the item. The smooth fractionator is systematic sampling among the items arranged according to the guesstimates in a unique, symmetric sequence with one peak and minimal jumps. The smooth fractionator is both very simple to implement and so efficient that it should probably always be used unless the natural sequence of the sampling items is equally smooth. So far, there is no theory for the prediction of the efficiency of smooth fractionator designs in general, and their properties are therefore illustrated with a range of real and simulated examples. At the cost of a slightly more elaborate sampling scheme, it is, however, always possible to obtain an unbiased estimate of the real precision and of some of the variance components. The only real practical problem for always obtaining a high precision with the smooth fractionator is specimen inhomogeneity, but that is detectable at almost no extra cost. With careful designs and for sample sizes of about 10, the sampling variation for the primary, smooth fractionator sampling step may in practice often be small enough to be ignored.     

直线度误差测量采样方案的研究

采用仿真实验方法对直线度测量的采样方案进行了研究。仿真结果表明:直线度测量的最佳采样间距与被测对象的精度无关,只与其尺寸大小有关,并与尺寸的增大成阶跃关系。在三坐标测量机上对仿真推论进行了验证性测试实验,初步实验结果验证了该推论的正确性。最后讨论了研究过程中存在的问题及下一步研究的设想。