分段注射/雕刻快速原型制造工艺的设备及其控制研究

在分析分段注射/雕刻快速原型制造(DIS)特殊工艺过程的基础上,提出DIS工艺设备及其控制的总体方案.其中,控制系统采用基于PC机/可编程多轴控制器(PMAC)卡的主从式控制,通过DIS工艺软件完成与PMAC卡控制通信.     

三角网格模型的特征保持混合折叠简化

在增材制造、逆向工程等领域,广泛存在包含大量甚至海量数据的三角网格模型。为便于存储并提高处理效率,经常需要进行网格模型简化。但在网格简化过程中存在特征保持、简化率和简化效率冲突的问题,为更好地平衡简化结果和简化效率,提出了特征保持的混合折叠算法。在基于曲度精确计算新顶点、最大距离高效计算折叠代价的基础上,对边界特征区域和非边界特征区域采用边折叠方式进行保特征简化,对非特征区域则采用三角形折叠方法进行高效简化,最后通过偏差和网格正则度对简化结果作出误差评价。算法实例表明:混合折叠算法的模型细节特征保持较好,简化前后变形较小且效率适中。     

基于边界分割的STL模型三维分段

针对分段注射/雕刻复合快速成型工艺的三维分段要求,提出一种STL三角网格模型的三维分段方法。以改进的翼边数据结构为基础,基于边界扩展法将STL模型分解为多个子模型,各子模型只包含相同类型面片或者垂直类型面片;以边对为基础来识别各子模型中的被遮挡边界线,由此生成垂直扫描面来分割子模型,进一步获得Z轴方向上无干涉的子模型。实例证明算法能有效实现STL三角网格模型的三维分段以满足工艺要求。     

鞋楦特征驱动的鞋底模型个性化定制变形

鞋底模型变形控制是鞋类个性化定制数字化设计的关键技术之一。针对传统变形方法难以有效地实现鞋底模型个性化定制变形的问题，提出一种鞋楦模型数据驱动的分步变形策略，并基于径向基函数插值实现鞋底模型个性化定制变形的方法。在鞋楦模型与鞋底模型的特征提取和位姿匹配完成的基础上，将级放处理后的鞋底模型变形分为水平维度、竖直维度、内部区域和外部适应4个阶段变形，分别以鞋楦模型的相关特征作为驱动，利用径向基函数插值实现鞋底网格模型变形设计。算法实例表明本方法能够降低径向基函数插值稳定性依靠形状系数所带来的影响，有效实现鞋底个性化定制变形，且变形效果稳定良好。通过对比变形前后的随机采样点的间隙余量可以发现，鞋底模型内部区域较好地适应鞋楦模型曲面特征，达到个性化定制目的。     

三角网格模型分治加工中区域分割算法的研究

提出分治加工策略以保证复杂三角网格模型数控加工同时具有较高的加工效率和加工精度;针对分治加工的需求,提出一种将机械零件三角网格模型分割成具有加工意义区域的算法。算法采用半边数据结构,基于区域生长原理,以二面角结合刀轴矢量为区域生长的驱动信号,实现了三角网格模型内子加工区域的快速分割。为了避免过分割现象,实现了小区域或误判区域的优化合并处理算法。运行实例表明了该算法能够有效实现加工模型的区域分割。     

平面轮廓的螺旋填充轨迹生成算法

在快速成型和数控领域中对平面轮廓区域的填充是比较繁琐复杂的步骤。为充分扬弃顶点偏置和线段偏置的优缺点,提出了顶点线段混合偏置算法,即在凹点处采用线段偏置,而在凸点处则采用顶点偏置或插入线段方式;为优化起落刀次数,提出用对角曲线连接偏置曲线形成螺旋轨迹的算法,即在归类相同的相邻两条偏置曲线中,以顶点较多的作为主偏置曲线,利用K-D树在相邻多边形查找主偏置曲线每个顶点的最近点,依次求出对角曲线的离散点并且连接获得螺旋轨迹。     

网格曲面上测地B样条曲线交互操作与重用

针对现有曲面上自由曲线设计重用方法的不足,提出一种流形网格曲面上曲线几何变换方法,达到曲线重用与再设计的目的。网格曲面上的曲线用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型;引入对数映射理论将给定的源曲线控制顶点映射到切空间,获得它们的法坐标,按照曲线迁移前后控制顶点法坐标保持不变的原则,建立曲线迁移前后控制顶点的对应关系,实现类似于欧氏空间中的平移、旋转和缩放等几何变换。以网格曲面上离散对数映射理论为基础,将欧氏空间中的对称定义拓展到曲面空间,提出曲面上曲线的广义镜像概念并给出具体的算法实现。法坐标很好地保持了控制顶点之间的测地距离和相对位置关系,因而也保证了曲线迁移重用过程中的形状保持性。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

一种新的刀补算法在铣削加工仿真的应用

本文在分析传统刀具补偿算法不足的基础上,提出了一种新的刀具补偿算法,简单易懂,并给出了详细的流程图,特别适合于编制刀具补偿程序。该算法不仅避开了复杂的Voronoi图理论和转接矢量运算,而且更易于在计算机上实现该算法。在基于RTLinux开放式数控系统中,该算法用于铣削加工仿真,速度较快,运行性能良好。     

快速成形中STL文件拓扑信息的快速建立

在分析现有建立拓扑信息方法的基础上,提出基于面连接到顶点、顶点连接到面的基本拓扑信息,通过将面片顶 点与面片顶点的引用面的顶点进行比较来获得拓扑信息。试验运行结果表明,本方法能够快速而准确地建立拓扑信息。     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。