计算空间点到细分曲面有符号最近距离的方法

针对在海量细分曲面数据中计算空间点到细分曲面有符号最近距离效率较低的问题,创建一个新的细分曲面数据结构,实现细分曲面的分片表示,进而采用分治策略控制计算规模.利用细分曲面面片网格拓扑结构特性,结合多分辨率采样技术,以空间点和细分曲面极限网格顶点的最近距离作为择优指标,在细分曲面面片中搜索距离空间点最近的顶点.以最近顶点的位置和法向建立参数直线方程,以此为基础,进行最近距离的误差分析和符号判断.结合局部细分技术,提高最近距离的计算精度.基于Catmull-Clark细分模式,通过实例验证了算法的可行性和有效性.与常规方法相比,该算法计算效率高、精度可控,算法原理适用于多种细分模式.     

一种基于能量法的自由曲面展开算法

提出了一种基于能量法的自由曲面展开算法,适用于任意复杂自由曲面的展开.根据建立的曲面能量模型,采用映射法进行曲面的Delaunay三角网格划分,并计算空间网格三角形点的变形能,然后进行变形能的释放,得到自由曲面展开后的二维平面.能量法不拘于问题的形式,可以用来求解一般的问题,该算法具有一定的通用性,适用于CAD/CAM中的曲面展开问题.     

面向3D打印的三角网格模型高质量细分

为了提高3D打印中三角网格模型的精度和光滑度,提出一种基于局部曲面逼近的特征保持的三角网格模型细分算法。首先计算三角网格模型中每个顶点的高斯曲率,以高斯曲率为权值计算每个三角形中的新增细分点;然后对新增点的邻域进行特征保持的多元L_1中值曲面表示并得到新增点在该曲面表示中的空间位置;最后将新增点移至该位置处,从而完成模型高质量的细分处理。该算法有效提高了原始三角网格模型精度和光滑度的同时,还有效保持了原始的几何特征。实验结果表明了算法的有效性。     

基于点云数据重构三维网格模型的神经网络法

给出了一种新的基于神经网络的点云数据重构CAD实体模型的新方法。该方法能直接从神经网络的权值矩阵得到曲线的控制顶点、曲面的控制网格，通过神经网络的权值约束实现曲线段、曲面片之间的光滑拼接。同时对恢复的隐式表面的初始逼近网格自适应性进行优化。利用谊方法恢复的网格形状，无论在表面还是在隐式曲面的轮廓部分都能获得很好的视觉效果。所有算法的时间复杂度均为O（n），可以完全实时进行。     

曲面修改在逆向工程中的应用研究

针对汽车A—class特征曲线高精度、高光顺性的基本要求,提出了基于控制顶点规范的Bezier曲面迭代微调方法,用曲面反算变换为NURBS曲面,经过基于最小弯曲能曲面修改以后,对进行外形优化。该法核心是控制顶点的微调计算和基于最小弯曲能曲面修改,实现对空间型值点的光顺拟合,实现迭代拟合过程的快速收敛,同时实现了曲面微调和曲面修改的自动化,使基于逆向工程得到的复杂曲面不仅满足精度要求,更可以进行美学设计。结合某汽车的A级曲面的点云数据实例,应用迭代微调有效地提高了生成CAD数据的效率和准确性。     

离散数据环境下复杂曲面检测点布局策略研究

根据采样策略进行采样点的选择和布局,是对复杂曲面加工质量进行检测轨迹规划的重要内容之一.针对一般曲面采样点布局算法用于离散数据环境下复杂曲面测点布局存在的局限性,通过分析离散数据环境下复杂曲面数据的特点,引入局部网格曲率特性参数,构建基于三角面片微分几何特性的网格简化方法,从而提出基于网格简化的复杂曲面离散数据检测点布局策略,并建立不同层次网格之间距离值相对于简化三角形数量的拟合曲线方程,验证曲率权值优化方法在离散数据环境下对提高复杂曲面采样点布局精度的有效性.     

基于隐函数转化的点取样模型布尔运算

提出一种基于点取样模型的布尔运算算法。该算法首先将点模型隐式化，得到点模型的隐函数表示；然后采用隐式曲面的布尔运算方法对点模型进行布尔操作。提出了隐式曲面布尔运算的简单形式。点模型的隐式化采用散乱点径向基函数（RBF）变分插值，采用该算法可由多个点模型构造复杂的点模型。所提出的点模型布尔操作算法可用于一般网格模型，实现网格模型的剪切／粘贴编辑处理。     

基于高密度点云数据的多腔体零件容积波动在线控制

多腔体零件的容积波动是直接影响产品最终性能的最重要因素之一。提出了一种基于高密度点云数据的多腔体零件的容积波动在线控制方法。首先,通过基准变换和离群点移除对测量得到的点云数据进行预处理。然后,通过基于点云插补、网格生成和网格优化的曲面重建方法对腔体表面进行重建,并通过腔体有效边界提取和投影法计算腔体容积。第三,以最小化腔体间两两容积差为目标,建立了多腔体零件铣削深度的优化模型,并提出了多目标粒子群算法来求解最优铣削深度。最后,以优化后的铣削深度对多腔体零件进行铣削加工。实例研究结果表明,所提出的方法可以有效降低缸盖燃烧室的容积波动,能够在线应用于加工过程中多腔体零件的容积波动控制。     

基于三角网格曲面模型的刀位轨迹计算方法

离散三角网格模型在CAD/CAM中应用很广,但针对该模型的刀位轨迹自动生成算法并不多见。在正确重建网格模型的拓扑关系基础上,给出了新的曲面几何特性分析方法,并提出了具有特色的精确的刀位轨迹计算方法,克服了直接由网格模型求交计算刀位方式存在的精度问题。测试结果显示,该方法简捷、可靠,能够达到实用化要求,并显著提高了刀位计算精度和加工效果。     

反求工程中隐式曲面的三维网格自动精确恢复新算法

提出了一种基于点云数据的隐式曲面三维网格自动精确恢复新算法。该算法首先对恢复的初始三角形网格进行区域分割和边界重构,将隐式曲面的三角形网格分离出来,然后对恢复的隐式曲面表面的初始逼近网格从3个方面进行优化:即将初始逼近网格的曲率控制与网格面的拓扑一致性调整;调整网格顶点法矢与交互式分割;补偿网格抽样率。通过该算法能将隐式曲面的三角形网格自动精确恢复。然后进行网格光顺,输出优化的CAD模型。实例证明了该方法的正确性、可行性和实用性。     

基于计算几何的曲面造型方法研究

以Pro/Engineer和UGNX为代表的计算机辅助设计和辅助制造软件,在制造行业已经成为产品设计和产品制造工程师的重要工具。这些CAD/CAM软件都必须能够胜任曲面造型的功能,它是产品三维设计的必然前提,因此曲面造型成为计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项研究重要内容,而计算几何正是对曲面造型进行研究的数学方法。通过对曲面造型和计算几何的相关概念的介绍,详细阐述了基于计算几何方法建立曲面参数曲线的各种数学建模过程。这些数学建模方法能为各种CAD/CAM系统实现曲面功能提供理论指导。     

变截面螺旋曲面的解析几何建模与CAD绘图

扫描变换法和路径拉伸法通常用于螺旋弹簧的近似造型,通过分析比较,指出了两种方法的不足之处.运用解析几何方法,研究了圆截面螺旋曲面的建模方法,并建立了各种截面形状的螺旋曲面通用解析表达式.同时,进一步研究了变截面螺旋曲面的形成与建模方法,并在AutoCAD中给出了基于VisualLISP的各种截面形状螺旋面的CAD绘图技巧.结果表明,此建模方法能大大提高螺旋曲面造型的精确度.     

逆向工程及设计技术的整合与应用

逆向工程设计理念适用于以自由曲面为主的产品,由测量系统取得物体外形点资料,配合CAD软件重建该物体模型进行设计,本文以高尔夫球头为例,介绍逆向工程中点数据的获取及整合处理,讨论了CAD系统结合逆向工程的建模和曲面分析技术,实现了复杂曲面零件三维重构,为曲面零件的逆向造型设计提供了途径。     

基于均匀三次B样条曲面的斜齿轮副精确建模

基于均匀三次B样条曲面的基本理论,在ANSYS系统中得到了精确的斜齿轮轮齿曲面,建立了完整的斜齿轮副装配模型,为斜齿轮有限元接触分析和疲劳分析的可靠性和精度提供了保证。基于B样条方法的曲面造型方法研究,对于在计算机上建立一些复杂自由型曲面的零件模型具有重要的参考意义。     

Simultaneous tool posture and polishing force control of unknown curved surface using serial-parallel mechanism polishing machine

In automotive manufacturing, the repair polishing process of an automotive body is still manually performed by skilled polishing workers. This is because skilled workers can appropriately control the polishing motion and force according to the workpiece conditions based on their experience. However, the number of skilled workers has been decreasing. Additionally, the skill development of younger workers has not been satisfactorily conducted. To overcome such problems, in a previous research investigation, we developed a serial-parallel mechanism polishing machine that effectively reproduced the polishing motion and force of skilled workers. This replication system, however, had limited use because the acquired polishing techniques could not adapt to various workpiece conditions, such as shape and size. The present study aimed to expand the polishing method for application to curved surfaces, in other words, adapt the replication system to changes in the workpiece shape. In the past polishing methods for curved surfaces, the workpiece shape was acquired by using CAD data or external sensors that often led to an increase in process time and cost. However, the newly proposed method in this study requires neither CAD data nor external sensors, and was able to effectively achieve simultaneous posture and force control on unknown curved surface. The experimental results showed that the skilled polishing techniques were successfully replicated on an unknown curved surface and the surface roughness was greatly improved by integrating the newly proposed method into the skilled polishing replication system.     

虚拟环境下机床切削运动行为仿真

鉴于当前CAD/CAM行业软件缺乏对机床行为的仿真,提出一种基于沉浸式虚拟现实的机床切削运动行为仿真方法,详细阐述仿真系统的体系架构及开发平台。分析机床各运动轴的切削运动行为及部件运动的层次性与相关性。建立基于消息响应机制的行为仿真编程模型。研究并推导了刀具走刀轨迹中刀具扫描体曲面的求解过程,阐述NC代码编译及刀具实时切削过程仿真。最后,在Visual C++6.0环境下结合Virtools和OpenGL编程实现了虚拟机床切削行为仿真系统,该系统可应用于数控加工程序的验证、数控技术的教学和培训等场合。     

基于广义延拓逼近法的凸轮轮廓反求设计

在高精度的凸轮轮廓反求设计中,利用凸轮轮廓非圆曲面的离散测量点,采用一种新的方法--广义延拓逼近法,构造出凸轮非圆曲面的广义延拓逼近模型,来实现高精度凸轮轮廓的反求设计.为验证设计效果,分别运用三次样条插值法和最小二乘拟合法对凸轮非圆曲面数据进行逼近计算.结果对比表明,采用广义延拓逼近法数学模型处理凸轮非圆曲面的离散数据时,如果在延拓域边界点上满足插值条件,可以实现区域内部的最佳拟合.此外,在插值次数相同的条件下,广义延拓逼近法具有更高的设计精度.     

基于UG逆向工程对涡轮的计算机辅助设计

在三坐标测量机的基础上给出了一种数字化测量曲面轮廓的方法,通过测球半径的补偿、坐标系的建立、最佳测量路径的规划以及混合编程扫描,提高了测量精度及扫描测量的效率,采集到的数据可以反映曲面的几何特征,并结合UG/CAD/CAM软件创建涡轮数字化的几何模型。     

基于CAXA制造工程师数控加工编程技术

CAXA制造工程师是一个曲面实体相结合的CAD/CAM一体化软件.文中介绍了利用CAXA制造工程师自动编程系统对连杆进行工艺分析、造型设计、仿真加工的过程.