基于Helmholtz方程的过渡曲面设计

阐述了二阶和四阶Helmholtz方程的一类周期边界问题的差分解法及其在过渡曲面设计中的应用。这类方法不同于传统的PDE方法中的二阶和四阶的偏微分方程,比传统的二阶和四阶偏微分方程有了更多的自由项,因此,在曲面设计的时候,就有更多的形状控制参数可进行调整,文中重点讨论了方程中的系数对曲面形状的影响,并研究了边界切矢条件对曲面形状的影响及其在曲面形状设计中的应用。设计者只需给出边界曲线和边界切矢,并通过对它们的控制就可构造和修改曲面形状。     

基于裁剪曲面表示的实体拼合运算

本文首先论述了多面体拼合运算的分割方法和法矢投影法，重点介绍后者。然后将法矢投影法推广到由裁剪曲面表示的曲面实体拼合中，初步得到满意的结果。     

基于物理的能量最小法构造融合过渡曲面

提出了用基于物理的能量最小法构造四边域或n边域融合过渡曲面的方法，特别是用于解决四边域管状封闭非周期性曲面和其他曲面间的过渡问题，和任意n边域曲面和其他曲面间的融合问题。所提出的方法，只需给出边界法矢，将要求通过的约束线作为位置约束，即可构造G^1连续的满足工程要求的融合过渡曲面。该融合过渡曲面的过渡区域较易控制，并且能满足一些工程约束。详细讨论了基于物理的能量最小法构造过渡曲面的原理及求解方法，并给出了飞行器的翼身融合过渡实例。     

一种基于数控机床的复杂曲面在线检测方法

在复杂曲面零件的数控加工过程中,需要用相应的检测技术对其加工精度进行检测和控制.本文针对目前复杂曲面零件精密在线检测中存在的难点问题,较深入地开展测点生成、测球半径补偿等关键技术研究.充分利用商业化三维软件UG的功能,在复杂曲面上生成具有准确坐标值的测点,实现了曲面测点规划;并生成各个测点的法矢,从而得到既有测点坐标值,又有测点法矢的信息文件.利用VC++编程读取该文件,得到各个测点的坐标及法矢,进而实现测球半径补偿.为了验证本文所提出的在线检测方法的有效性,搭建了一个基于数控机床的在线检测平台,利用自行开发的检测软件进行数据采集,进行了在线检测实验,实现了基于数控机床的复杂曲面零件的在线检测.     

裁剪 NURBS 曲面面积计算的扫描分片积分法

本文设计了一种计算裁剪ＮＵＲＢＳ曲面面积的扫描分片高斯积分法。该方法无需求出曲面的法矢模长函数，而只需通过一阶偏导矢计算某些点处的法矢模长。该算法速度快，误差容易识别和控制。已应用于自主开发的超人ＣＡＤ／ＣＡＭ系统，效果良好。     

Bezier三角组合曲面的局域设计

 在三角组合曲面的设计中，需要根据曲面间的拼接条件，协调求解曲面的内部控制顶点．在分析Bezier三角组合曲面设计方法的基础上，提出了Bezier三角曲面GC 连续局域设计方法． 内部分割点采用九参数三次曲面设计方法估算，由内部分割点将三角曲面分割为3个子曲面片，通过构造曲面边界的跨界过渡切矢，推导得出了3个分割子曲面的内部控制顶点的代数表达式．应用该方法，可以简化三角组合曲面的设计过程，提高三角组合曲面的设计计算速度．     

NURBS曲面的四边形网格的分割与逼近

介绍了一个用于对NURBS曲面进行四边形网格的分割与逼近的算法。该算法采用二叉树递归分割的方法分割和逼近曲面，所分割的四边形除了在高度方向和曲面边界处满足给定精度外，同时在四边形四条边界满足给定的切矢精度。实例测试结果表明，用本文所述算法生成的四边形网格具有网格逼近原曲面、网格四边形接近于规则四边形等特点。     

基于能量法的G2连续的曲面过渡

提出一种基于能量法的G2连续过渡面的构造方法,着重分析过渡曲面能量优化模型的建立,边界约束、法矢方向一致约束以及主曲率相等约束的表达和处理。将过渡曲面的能量优化模型转化为非线性等式约束的二次数学规划问题,并运用Lagrange乘子法求解过渡曲面的能量优化模型。最后给出了应用该方法生成G2连续过渡曲面的几个实例。     

一种trimmedNURBS曲面的裁剪方法

所研究trimmed NURBS曲面的裁剪方法分三步完成裁剪算法。其主要特点是将所有trimmed NURBS曲面与裁剪轮廓面的交线都转为封闭环,从而可以统一的方式处理各类裁剪问题。实验结果表明,该算法可方便地解决目前一些曲面造型系统对已裁剪的内部和外部边界无法再裁剪等问题,亦可应用于一般形式的trimmed参数曲面的裁剪操作。     

NURBS曲面求交及变半径过渡曲面生成

本文探索NURBS曲面求交及构造过渡曲面的方法。基于交线跟踪算法求出NURBS曲面间的交线,算法比较稳定、可靠;采用参数化平面与等距面求交找出两曲面空间等距点,具有自然与变半径过渡曲面的定义相呼应、找点快、准确、稳定的特点;过渡曲面表示为2×3次NURBS曲面,自然、充分地利用了NURBS曲线可精确表示圆弧段的特性,过渡曲面具有表达简单、比较准确、便于采用统一的NURBS曲面处理算法对其进行各种几何处理的优点;实验证明这些方法可行,效果令人满意。     

基于半球形测头的自由曲面截形测量方法

提出的半球形测头测量自由曲面任意截形方法避开了用球形测头测量曲面的复杂过程和由此产生的三维测头半径补偿的数学模型及大量运算，消除了在三维曲面截形测量时由于被测曲面的扭曲对测头所造成的干涉，可使曲面测量直接转化为曲线测量，从而大大简化了测量和数据处理过程。     

自由曲面的自适应跟踪测量方法研究

 激光传感器在测量自由曲面中有着非接触、精度高等优点，其应用越来越广泛． 但是激光测头的线性测量
范围较小，难以测量起伏变化较大的曲面． 针对这一问题，提出了激光测头的跟踪测量方法，使激光测头随曲面的
高度变化作上下调整，从而可以测量任一表面起伏的曲面，且能根据当前曲面的曲率大小自适应选择跟踪方式，实
现测点的自适应分布．最后，对一个工件分别进行了等间距测量和自适应跟踪测量，并对两种方法的测量结果做了
比较，证明了自适应跟踪测量方法的可行性和有效性，为自由曲面的测量提供了一种新的方法．     

C1连续曲面重构与光顺的有限元算法

提出了一种基于离散的测量数据重建光顺自由曲面的有限元新方法。根据最佳逼近与能量光顺原理，建立正定的目标泛函，采用18自由度三角形板单元对泛函离散，进行极小化，求得最优解。根据有限元插值计算，重新构造出全场C^1连续的自由曲面。这种方法结合了能量光顺技术，有效地抑制了输入数据上误差噪声的影响，曲面重建的精度高、光顺性好，而且能给出合理的一阶导数。该方法计算简单、便于应用，所需的输入数据点少，并可用于处理曲线边界区域的问题。     

双摄像机靶标成像视觉坐标测量方法研究

提出了一种利用手持式靶标实现双目视觉三维坐标测量的新方法,以靶标作为成像目标,利用靶标与被测面接触,通过分析靶标上已知特征点的成像变化,实现与靶标接触点的三维坐标测量,这一测量新方法,可以实现视觉系统外部参数测量中的自标定,并能实现遮挡点的测量,研究中利用空间透视变换建立了这一方法的非线性测量模型,介绍了基于Newton非线性迭代的测量方程的求解方法,以矩阵分析理论为基础,讨论了影响测量方程求解的因素,并提出了方法中重要部件手握式靶标上特征点分布的基本约束条件,通过数值计算分析了图像处理误差、有效焦距和基线标定误差对测量方法的影响,实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。     

一种用于飞机识别的三维建模方法

提出了基于垂距逐步递推的自由曲面自适应数据采样的新算法,给出了应用该算法对复杂曲面物体外形重构和建模方法。自由曲面自适应数据采样时,首先运用逆向工程测量方法,获得曲面的截面数据点列,用非均匀三次B样条曲线拟合出截面轮廓曲线;然后利用基于垂距的数据采样算法,对拟合曲线上的数据点进行重新采样,达到优化数据点的分布及减少描述曲线数据量的目的。最后运用蒙面法完成物体外形轮廓曲面重构和建模。仿真结果表明算法简便、有效。     

基于曲率自适应的航空零件法矢量测量研究

现有的法矢量测量技术无法满足测量准确度和实时性的双重要求,法矢量计算方法不能适用于不同曲率的曲面。利用双目立体视觉,本文提出了一种基于曲率自适应的法矢量测量方法。首先,在双目立体视觉的基础上,基于变曲率曲面特征建立制孔区域曲面模型,提出投影点的布局方法;然后,基于三维重建的投影点数据,提出了基于曲面曲率自适应识别的法矢量计算方法;最后,针对小曲率曲面样件的测量结果,与三坐标测量仪测得的法矢量进行对比,用以验证本双目视觉测量方法的精度。实验结果表明:该方法测量法矢量误差为1.6°。该方法可有效提高法矢量测量的准确度,满足大型航空零件现场测量的工程要求。     

跟踪式偏振光三角法测头

针对三角法测量的不足，设计了一种跟踪式偏振光三角法测头。对三角测量法的理论分析表明减小测量范围能提高测量精度。测头结合表面跟踪方法与三角测量法，跟踪使测量范围不受限制；仅在小范围内进行三角法测量，测量精度大大提高。对金属表面的反射特性进行了分析和推导，得出镜面反射与漫反射具有不同的偏振特性。通过偏振滤光减少了镜面反射光对测量的影响，从而降低了对被测表面材质的要求。本文给出了测头结构和工作原理。试验表明，测头能测量镜面反射较强的金属表面，测头可自动跟踪表面，并可结合测距仪实现表面形状的高精度测量。     

Intermittent process hybrid measurement system on the machining centre

This study introduces the development of a hybrid measurement system integrated on a machining centre to carry out the possible intermittent measurement of a workpiece. The developed hybrid measurement system principally consists of a MP10 touch trigger probe system, a circular triangulation laser probe system, and the measurement software. The touch trigger probe system was primarily used to measure the regular geometric features, whereas the circular triangulation laser probe system was adopted to inspect the freeform surface part of a test carrier with the help of the developed measurement software. An adjustment device consisting mainly of an adjustment unit, a joint unit, and an assembly unit, was designed and manufactured to minimize the cosine error caused by the assembly inaccuracy for the laser probe. The measuring uncertainty analysis experiments for both the touch trigger probe system and the non-contact laser probe system were investigated by using a calibrated standard sphere and the HP5529A laser interferometer system, respectively. The information in the whole measuring system – which comprised a personal computer, a CNC machining centre controller, a Renishaw MP10 touch probe system, and the controller of a Wolf & Back OTM3A20 circular triangulation laser probe system – was integrated technically. The measurement software was also developed to simulate the measuring path, prevent collision, and generate the corresponding measuring NC codes. The developed system can also be used to digitize the data points of a 3D small complex workpiece, such as a tooth model and an IC part. A carrier, combined with free form surface and regular geometric feature referred to in the ISO 10791-7 cutting test standard, was designed, manufactured and inspected in order to evaluate the performance of the developed hybrid measuring system. The measurement results of this carrier were verified through a CNC coordinate measuring machine, with satisfactory consistency. According to the measuring results, the developed hybrid measuring system was successfully and effectively used to carry out the intermittent measurement.     

双目立体视觉的远距离运动物体运行姿态研究

提出了一种采用双目立体视觉测量技术来获得炮弹运行姿态的新方法.首先利用加权平均的方法求炮弹的质心,然后利用炮弹表面点到弹轴的距离相等的原理,用最小二乘拟合法推导出弹轴方程,得到弹轴矢量,最后通过建立弹轴矢量与姿态角之间的数学关系得到炮弹运行时的姿态角.仿真实验结果表明,该测量方法具有较高的精度,能满足远距离运动物体运动参数的测量要求.     

双层插值NAH噪声源定位方法研究

针对近场声全息(near-field acoustic holography, NAH)在实际测量环境下降低环境噪声的影响且保证全息面上声压重建精度的需求,基于空间面积分声压重建理论,在基于等效源法的近场声全息方法(near-field acoustic holography based on equivalent source method, NAH-ESM)基础上,利用Newton插值和克希荷夫积分的声压重构方法提出一种双层插值NAH噪声源定位方法。由少量麦克风测量点数据,重构多个全息面上任意位置点的声压值及声矢量,实现噪声源定位,进而重构噪声源。最后结合噪声源重构结果建立噪声源等效模型,通过实地测量,建立某制氧厂主厂房噪声数值仿真,仿真结果与实测值误差在5%以内。通过实验证明在一定复杂环境下,该方法能有效提高噪声源定位效率及精度。