利用离散平稳小波变换改进NURBS二次曲面拟合方法

为了提高二次曲面的拟合精度,提出了一种基于离散平稳小波变换的NURBS二次曲面的拟合方法。 首先利用格网化方法得到二次曲面模型点云数据的高程图像及其高程序列,其次对此高程序列进行离散平稳小波变换提取出二次曲面模型表面的特征点,最后利用提取的特征点实现高精度NURBS二次曲面拟合。实验结果表明,该方法与NURBS拟合方法相比,球面和圆锥面拟合结果的均方根误差分别降低了55.79%和50.47%,具有较高的拟合精度。     

基于3D点云平均曲率估算的损伤参数计算

针对高速滑动电接触滑轨表面的微小损伤,基于激光扫描3D点云平均曲率估算的原理,提出一种表面微小损伤特征参数的定量表征方法。对3D点云数据进行去噪、滤波平滑、数据精简、k-邻域搜索等处理后,进行局部二次曲面拟合,估算出点云的平均曲率,设定曲率阈值实现损伤区域特征点云提取,对损伤区域进行定位,进而计算被测滑轨表面的微小损伤的体积及质量损失。实验研究表明:被测滑轨表面损伤质量的测量精度可达mg级,验证了该方法的有效性。     

基于激光点云数据的叶片型面三维重构

在四坐标叶片型面检测基础上,提出基于激光点云数据的叶片型面三维重构方法。激光位移传感器对叶片型面进行多视角扫描采样,快速采集叶片型面海量点云数据。运用由点到线到面的数学建模原理,先基于端点一阶导矢连续法拟合出光顺NURBS曲线,再依据分片能量法构建辅助曲面拟合出光顺NURBS曲面,最后对分片NURBS曲面进行统一描述,构造出精确光滑的叶片型面,实现叶片型面的三维重构。实验结果表明：采用该方法实现对各类叶片复杂型面的三维重构,重构误差均<0.015 mm,能够满足精密零件的测量需求。     

基于分数阶傅里叶变换的NURBS曲面拟合

为了实现对自由曲面模型的高精度非均匀有理B样条(NURBS)曲面拟合,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的NURBS曲面拟合方法。首先,借助分数阶傅里叶变换对自由曲面模型点云数据的高程图像展开分析,从中提取出表征自由曲面表面三维结构的特征点;然后,利用外切圆取点法结合提取的特征点选取用于NURBS曲面拟合的数据点;最后,利用分数阶傅里叶变换滤波及反插节点法对拟合曲面形状进行优化,提高拟合精度。实验结果表明:该方法与传统NURBS拟合方法相比,在不同调整次数下拟合结果的均方根误差降低了28%,取得了更好的拟合效果。     

三维点云的两步校准法及其应用研究

针对具有平面特征的工件的位姿识别,提出了一种三维点云两步校准法。首先,对三维点云进行多次随机抽样,每次抽取3个点并计算其所构成平面的单位法向量;经多次抽样后,得到一个平面单位法向量集合,采用密度聚类算法提取主平面的单位法向量,并根据主平面单位法向量与目标向量的轴角变换关系实现点云的倾斜度校正。然后,先将点云投影至主平面,再将各点的高度映射为主平面内的灰度,得到点云灰度图;再利用图像模板匹配算法获取点云在主平面内投影的平移量和旋转角,经平移和旋转后实现点云位姿的最终校准。将所提出的三维点云两步校准法应用于高压输电线塔塔座自动焊接系统,以识别塔座的位姿信息,并与基于采样一致性法识别的塔座位姿信息进行对比。结果表明,相比于采样一致性法,所提出的两步校准法既提高了工件位姿的识别精度,又缩短了约76%的耗时。研究结果可为具有平面特征的工件的位姿快速校准及识别提供参考。三维点云两步校准法在先进制造业中具有广阔的应用前景。     

带微孔的透平叶片的光学测绘方法

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD模型的光学测绘方法,首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS曲面和圆柱体曲面,圆柱体轴线与NURBS曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向,该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性,测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104 mm.     

二次曲面的NURBS最优化表示方法研究

为了解决非均匀有理B样条(NURBS)拟合二次曲面精度低、过程复杂的问题,提出了一种u、v参数化方向选择及求解出最优控制点个数选取范围的高效拟合二次曲面的方法。首先,根据二次曲面的形状特征确定u、v的参数化方向;然后,利用差值绝对值和均方根误差对不同控制点个数拟合出的各个重构曲面进行误差定量分析,根据定量分析的结果曲线求解拟合二次曲面的最优控制点个数的最小取值;最后,结合程序运行时间的关系曲线求解拟合二次曲面的最优控制点个数的最大取值。实例表明:较为常见的二次曲面的NURBS最优控制点个数的合理选取范围为201~541。该分析结果为NURBS标准分析表面的拟合过程中遇到的问题提供了理论支持和技术参考。     

基于三维点云聚类的坡度估计方法

为了提高火星探测器着陆时对坡度的估计精度,研究了一种基于三维点云数据聚类与随机搜索最优拟合平面的坡度估计方法。将通过激光雷达测量获得的三维点云数据进行稀疏表示,利用稀疏系数对数据点进行聚类与分割,划分子空间;对子空间中的数据点进行平面拟合,随机搜索最优拟合平面;根据最优拟合平面计算平面法向量之间夹角,其在数值上等于坡度角,从而完成坡度估计。实验表明:该方法可以对坡度进行较为准确的估计;与常用的坡度估计方法相比,相对误差较小。     

五轴数控加工中刀具干涉处理的特征投影法

提出了一种适用于五轴数控加工刀具干涉处理的特征投影法。该方法以刀具系为检测基准，以曲面特征点为检测对象，判断特征点是否落入刀具系表面内部来进行干涉检查；以干涉量最大的方向确定干涉消除平面，以此来计算旋转刀轴所需的消除角度。并将刀具系和曲面特征点投影到一个特定平面上，只对可能发生干涉的曲面特征点进行干涉检测，从而大大提高干涉处理效率。     

Direct contour generation for structured light system-based selective data acquisition

Recently, structured light system (SLS)-based selective data acquisition, where the complexity of the object surface is analysed before acquiring surface data, has been introduced as an alternative to traditional reverse engineering approaches that normally acquire the point cloud from the entire object surface and perform data reduction prior to model reconstruction. Presented in this paper is an attempt to simplify and to improve the performance of the acquisition part of SLS-based selective data acquisition. Rather than being used to make recommendations to an acquisition device on where to obtain contours, the sets of projected bright line images are used to create contours directly. All contours are assembled by realigning a reference that is explicitly introduced on all images to the known positions. This contour generation has been investigated under both perfect segment projection and SLS projection. Based on the results, an SLS-based contour creation algorithm has been developed, implemented and tested with various samples.     

基于CMM测量的航空发动机叶片型面误差分离技术

针对三坐标测量机检测叶片型面数据处理的关键问题,提出一种叶片型面误差分离方法。采用等高法测量叶片,给出了叶片型面公差评估指标的计算方法和误差分离的原则与步骤。在数据处理时采用最小区域法对测量点和理论截面轮廓线对应点进行匹配,建立了匹配目标函数,采用DFP变尺度算法对其求解,并通过第2次匹配消除建立坐标系误差的影响,以分离出叶片型面线轮廓度误差、扭转误差和位置度误差来判定叶片型面误差是否合格。最后通过实例证明了该方法的实用性和有效性。     

基于拉格朗日乘子法的空间圆弧拟合优化方法

针对传统的空间圆弧拟合方法鲁棒性低、拟合精度不高等问题,提出了一种鲁棒性较强的空间圆弧拟合优化方法。首先,以拉格朗日乘子法为基础,基于平面条件约束建立目标函数,从而得出空间圆弧拟合方程;其次,采用RANSAC（random sample consensus,随机抽样一致）算法剔除错误跟踪点,将RANSAC算法的高稳定性应用到空间圆弧拟合的点云优化中,进而提高拟合精度。最后,通过实验分析验证了所提空间圆弧拟合优化方法的可行性,并与传统拟合方法进行比较,分析所提方法的拟合精度。实验结果表明：普通圆弧点云拟合的相对精度在0.003左右,复杂圆弧点云拟合的相对精度在0.01左右;相较于传统拟合方法,所提方法有效解决了拟合精度低及鲁棒性差等问题。研究结果表明提出的空间圆弧拟合优化方法一方面可运用拉格朗日乘子法增强鲁棒性,另一方面可通过采用RANSAC方法剔除错误点以提高拟合精度,具有广泛的工程实际应用价值。     

不连续平面的平面度误差评定方法研究

提出了一种基于包容直线评定不连续平面的方法.首先,基于主成分分析对点云数据进行全局噪声剔除;然后,采用最小二乘平面拟合算法、多阈值点云提取算法及平行直线拟合算法获取符合条件的包容直线,并以空间中2条平行的包容直线代替包容平面建立最小区域;最后实现不连续平面的平面度误差评定及指导平面调整.实验结果表明:该方法与传统的特征...     

阶梯垛型点云边界快速提取方法研究

目的 针对阶梯垛型点云边界检测中,现有边界提取算法效率不高的问题,提出一种适用于阶梯垛型点云的快速边界提取算法。方法 首先使用Kd–Tree对点云数据进行拓扑关系构建,其次搜索采样点及其近邻点,构建单位平面向量,并进行向量叠加,根据叠加后的向量模长来判断是否为候选边界点,然后使用近邻点最大夹角法来进行边界点精提取,最后使用Kinect相机获取阶梯垛型点云数据,进行算法对比验证。结果 实验结果表明,文中算法在保证垛型边界提取精度的同时,比经典边界提取算法的运行时间缩短了75.14%,比优化前的边界提取算法运行时间缩短了11.06%。结论 提出的边界提取算法能够快速准确地提取阶梯垛型点云边界,可为自动码垛系统的设计提供参考。     

基于三维点云螺纹中轴线的拟合方法研究

螺纹中轴线的精确测定是决定螺纹三维测量结果是否准确的重要因素之一。中轴线的倾斜、偏移会对工件坐标系的建立、螺纹的三维重构、参数检验等测量操作引入误差。基于三维点云的最小二乘拟合算法,开展了螺纹中轴线的拟合方法研究。根据螺纹表面点云数据,利用螺纹表面与中轴线的特征关系建立最小二乘数学模型,通过计算点云数据的三维凸包滤除螺纹自身三维结构带来的拟合误差,使螺纹中轴线的测定更精准。通过仿真实验,基于三维点云的最小二乘拟合算法拟合的直线与三维点云的距离方差为0.34,在旋合长度范围内与投影法确定的直线两端最大距离为0.15μm,符合三维测量高精度标准,基于三维点云的最小二乘拟合算法可以快速、准确地拟合螺纹中轴线。     

Efficient surface reconstruction from contours based on two‐dimensional Delaunay triangulation

This paper introduces an efficient method for surface reconstruction from sectional contours. The surface between neighbouring sections is reconstructed based on the consistent utilization of the two‐dimensional constrained Delaunay triangulation. The triangulation is used to extract the parametric domain and to solve the problems associated with correspondence, tiling and branching in a general framework. Natural distance interpolations are performed in order to complete the mapping of the added intermediate points. Surface smoothing and remeshing are conducted to optimize the initial surface triangulations. Several examples are presented to demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed approach. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于切平面布点的一种改进响应面方法

基于合理选择试验点的位置,该文提出一种改进响应面方法。该方法首先在经过设计点的切平面上布置试验点,然后沿切平面法向量方向移动试验点,并利用设计点和先前试验点的信息布置加强试验点。所布置的试验点既对设计点附近区域给予足够重视,同时又考虑极限状态函数在设计点附近区域的变化趋势,进而提高响应面函数在设计点附近区域的拟合精度。在响应面函数的拟合过程中,该文方法能够保证响应面函数在设计点处是无误差的,进一步提高失效概率的评估精度。算例表明,对于显式和隐式极限状态函数,该方法均具有较好的效率和精度。     

基于投影的二阶段空间圆线拟合算法

对空间圆线精确拟合算法进行研究．线性和非线性最小二乘法是拟合规则曲线和曲面方程的常见方法．空间圆线作为规则的二次曲线,由于没有特定的曲线方程无法直接使用线性和非线性最小二乘法来进行求解．由于空间圆线可以被看作平面和球面相交形成,圆线特征值可以通过平面和球面特征值求解．提出了基于投影二阶段拟合算法完成空间圆线拟合的方法．对空间圆线拟合原理进行了介绍,通过数据验证了算法的正确性、可行性和精确程度．使用程序进行了算法实现．与贝塞尔和B样条曲线算法精度进行了比较,表明该算法在精度方面具有优势,可用于逆向工程中提高空间拟合算法的精确度．     

Response Surface Methodology as an Approach to Optimization of an Oral Solution

Response surface methodology was used to optimize the cloud point and turbidity of a nonionic surfactant solution that had been used to solubilize a very slightly water soluble drug. A formulation suitable for oral administration with turbidity less than four parts per million and cloud point greater than 60°C was desired. A first-order experiment, specifically, a 2⁴ factorial with four center points, was designed to investigate the effect of four formulation components that had been identified as the most likely to affect turbidity and cloud point. When lack-of-fit tests for the first order linear model indicated that a second-order model would provide a better approximation to the response surface in the experimental region, a central composite design with six center points was run in order to fit second-order linear models. Within the experimental region of the second-order design, a simple first-order linear model with the concentration of one component was adequate to describe the cloud point response function; turbidity was fitted with a three component second-order response equation. Experimental runs were performed to confirm the optimum combination of components predicted by the fitted response functions. Response surface methodology provided an efficient approach to development of a nonionic surfactant solution with turbidity less than 4 ppm and cloud point greater than 60°C while maintaining the concentration of formulation ingredients within ranges suitable for oral administration     

High Precision Contouring with Moiré and Related Methods: A Review

Abstract: Optical methods of contouring that utilise image recordings by cameras are based on a fundamental discipline, projective geometry. The 3‐D world is projected in 2‐D utilising a camera modelled in the technical literature by the pinhole camera. To get back 3‐D information, the fundamental property measured is parallax. Parallax is a vector resulting from the difference of the projective coordinates of a point in space when projected onto a plane from two different points. The oldest method used for measuring parallax is photogrammetry. It is assumed to be the most precise technique, with the capability of obtaining 10^?5 of the largest dimension of the measured object. This study summarises the state‐of‐the‐art methods based on projecting a spatial carrier. Starting with the concept of moiré as a form of photogrammetry, the different optical techniques for parallax determination are discussed. Although the moiré method has reached 1 μm accuracy in laboratory work, a question remains: can moiré become a standardised contouring technique yielding 10^?6 m accuracy? This study is devoted to the analysis of high accuracy contour measurements, through both theoretical derivations and experimental verifications.