基于模糊聚类的Kohonen神经网络三角网格曲面重建

针对密集点云的三角网格曲面重建,提出一种用于数据精简和分块的神经网络算法:将模糊聚类方法与Kohonen神经网络算法结合.该算法具有按不同曲率进行曲面点云分块重建的能力,而且提高了自组织神经网络的效率.并应用该算法进行了仿真试验,建立了三角拓扑网格曲面,验证了算法的有效性.     

三角网格简化的一种新方法——抽取算法

介绍曲面重构中有效减少三角曲面片的方法——抽取算法,这种算法使用网格顶点的局部几何拓扑特性,改变网格顶点到特征边的距离以及特征边之间的角度,在三角网格上产生位移,减少三角网格的数目;删除网格顶点而产生的“拓扑洞”由局部三角化来修补。     

基于特征线的复杂曲面反求工程中的CAD建模技术

三维轮廓测量技术是实现反求工程的重要手段 ,复杂曲面建模技术是反求工程研究的重点内容。研究了激光线扫描测量原理以及“点云”数据类型。针对栅格点数据 ,提出了一种快速有效的复杂曲面建模技术 ,并以实例说明“点云”数据平滑处理、特征线提取、曲面分块及曲面构造过程     

STL数据的Parasolid数据变换

为满足STL与Parasolid几何建模核心之间数据直接交换的需要,提出在对三角网格模型数据分割的基础上,利用角点对三角网格曲面边界进行分段,以各边界段的近似中点和递归细分算法提取边界段上的特征点,采用Dijkstra算法计算对应边界段上对应特征点之间的最短路径线以获得空间四角形的节点数据,通过Parasolid函数以插值的方式重构三角网格模型的自由曲面并进行曲面缝合,最终将STL数据转换成Parasolid数据。应用实例表明了所生成模型的稳定性与可靠性。     

保持型面特征的网格曲面光顺算法

针对网格曲面光顺存在局部型面细节丢失及整体光顺效果差的问题,结合三角Bézier面片具有精确插值产品型面的优点及G1连续曲面具备整体光顺的特性,提出一种保持型面特征的网格曲面光顺方法,该方法从原始网格曲面提取型面特征网格,将其作为参数域构建G1连续光顺参考曲面,通过将网格曲面顶点调整到参考曲面上,实现网格曲面的光顺处理。实验证明该方法可在有效保留原始网格曲面细节特征的情况下获得理想的整体光顺效果,并且具备较高的运行效率。     

基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法

针对三角网格模型整体光顺效果较差的问题,提出一种基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法,该算法采用R*S树组织三角网格模型的动态索引,对三角网格模型进行精确保形精简,根据保形精简后三角网格模型型面几何特征构造整体G1连续三角Bézier曲面,将其作为三角网格模型的光顺参考曲面。通过将三角网格顶点映射于光顺参考曲面上,实现三角网格模型的光顺处理。实例证明该算法可对各种复杂型面的三角网格模型获得理想的整体光顺效果,并有效保留原模型的型面特征。     

三角网格模型特征线识别

给出了新的三角网格模型顶点法矢计算公式,据此对模型中的边进行了分类;在此基础上,提出了一种曲面三角网格模型特征线识别的新方法,该方法根据网格中边的分类结果形成含特征边的特征域,再由这些特征域得到初始特征线,最后对初始特征线进行优化处理,从而识别出网格模型的特征线。     

组合三角Bézier曲面的延伸

在分析四边拓扑曲面延伸方法的基础上,根据组合三角曲面的特点,提出了组合三角曲面的延伸方向、延伸步距及延伸点的计算方法,由延伸点和原始边界点形成延伸曲面的三角网格,通过分析延伸曲面三角网格的空间关系,提出了延伸曲面的折皱、重叠等奇异情况的分析和处理方法,应用三角形的形状因子,对延伸曲面三角网格中的狭长三角形进行判定,通过延伸点的插入和归并,对三角形网格进行优化处理,以保证延伸曲面的三角网格的品质。最后对原始曲面和延伸曲面的三角网格进行整体G1插值构造,得到延伸后的组合三角曲面模型。应用结果表明,提出的方法可行,算法有效、快速。     

基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划

针对刀具轨迹连续性差、切削刀具负荷波动大的问题,提出一种基于改进型Butterfly细分的三角网格曲面环形刀具轨迹规划方法。以三角网格曲面的几何特征为基础构建曲面定点数据表达结构,结合环形刀的几何特征对刀触点(CC点)的刀具曲面及工件曲面进行几何分析,构建三角网格曲面环形刀切削模型。根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度,并据此采用改进型Butterfly细分方法对三角网格曲面进行细分,使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度的要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹,沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点(CC点)的逐行规划,最终根据环形刀几何模型求解刀心(CL点)位置。根据选择的刀具参数和给定的残余高度要求,仿真生成的三角网格曲面螺旋刀具轨迹的连续性好,从而降低了切削刀具负载的波动,最后通过机加工实验验证了刀具轨迹的可行性。     

类螺旋特征测点数据的闭曲面建模方法研究

复杂曲面及海量点云测量数据的曲面建模已成为通用CAD/CAM软件的重要功能;然而,对于复杂的闭曲面建模方法,仍然存在许多技术上的难题,至今尚未能很好的解决,比如,基于海量的测量数据,如何进行闭曲面特征点识别,如何进行区域分割与处理,这一切都使得闭曲面建模过程中很难采用已经成熟的自由曲面建模技术和方法。通过研究异步仿形测量原理以及测量数据类型,针对鞋楦测量形成的空间螺旋线数据特征,提出一种闭曲面建模方法。该方法包括如下步骤:首先对测量点数据处理;并以特征螺旋线数据为基础对曲面进行三角分割;最后,以三角Bezier曲面为基础进行曲面构造,并将各曲面进行拼接、裁剪,形成完整的曲面。采用本文方法对鞋楦测量数据的建模实例说明,该方法能够有效地对具有空间螺旋线数据特征的闭曲面进行数据处理、曲面重构,提高了产品建模效率。     

基于STEP的特征造型系统

零件的特征建模是ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ集成的关键，本文于ＳＴＥＰ的特征造型系统ＪＷ－ＣＡＤ。它以Ｐｒｏ／Ｅ系统作为支撑软件，并用ＳＴＥＰ标准作为零件信息达与数据交换机制。     

REVERSE MODELING FOR CONIC BLENDING FEATURE

A novel method to extract conic blending feature in reverse engineering is presented. Different from the methods to recover constant and variable radius blends from unorganized points,it contains not only novel segmentation and feature recognition techniques,but also bias corrected technique to capture more reliable distribution of feature parameters along the spine curve.The segmentation depending on point classification separates the points in the conic blend region from the input point cloud.The available feature parameters of the cross-sectional curves are extracted with the processes of slicing point clouds with planes,conic curve fitting,and parameters estimation and compensation.The extracted parameters and its distribution laws are refined according to statistic theory such as regression analysis and hypothesis test.The proposed method can accurately capture the original design intentions and conveniently guide the reverse modeling process.Application examples are presented to verify the high precision and stability of the proposed method.     

透平机械叶轮叶片三维参数化造型及六面体网格生成方法研究

叶轮是向心透平和离心压缩机中的重要部件,其几何形状比较复杂,采用良好的网格进行有限元分析,以获得精确的强度和振动特性,是其安全性的重要保证.针对叶轮结构特点,采用CAGD (computer aided geometric design) 技术实现叶轮的三维实体参数化造型;然后使用同胚原理和BMSweeping(sweeping via background mesh interpolation)等方法建立叶轮六面体网格生成方法.为了保证有限元分析的精确性,建立叶轮上叶片根部倒角、轮盘气道进口处等特殊结构的网格生成方法.100 kW微型燃气轮机的向心叶轮网格划分表明, 使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析要求.     

面向装配的适应性特征建模研究

目前CAD系统中的特征建模主要是面向零件级的建模,不易直接建立和维护零件间存在的关联特征的协调性模型,如键与键槽、螺钉与螺钉孔等。针对上述问题,本文在研究了零件间特征映射关系的基础上,提出了一种面向装配的适应性特征建模方法。在零件间关联特征建模时,融入特征间的映射规则,构建出相应的映射虚特征,进而通过虚特征与基体零件进行布尔差运算,建立出对应的关联特征,从而实现零件间特征的快速建模。最后以模具设计为例,验证了上述方法的有效性和实用性。     

可重用零件特征的快速设计技术

针对零件建模中复杂结构设计重用困难的问题,提出了一种基于网格融合的建模方法。采用离散指数映射(DEM)方法对基网格目标区域进行局部参数化;利用最小二乘网格以特征网格边界为条件进行补洞处理,进而采用DEM方法对补洞网格进行参数化,得到特征网格边界点的参数坐标和法矢;依据参数坐标将特征网格边界映射至基网格目标区域,并以目标区域映射边界点的位置和法矢作为初始形变条件,利用基于层的网格变形优化算法对特征网格进行变形重建,使特征网格具有较好的保形性;通过修正特征网格边界点法矢来控制重建网格体积膨胀收缩情况,进一步提高保形性;依据法矢、曲率对基网络和特征网格提取特征图元并以此添加几何约束,控制特征网格在基网格上的位置形态,保证两网格相对位置关系。实验结果表明：该方法便捷高效、精度高,可在新模型设计中有效实现设计重用。     

A COMPARATIVE STUDY OF FEATURE SELECTION FOR HIDDEN MARKOV MODEL-BASED MICRO-MILLING TOOL WEAR MONITORING

This paper presents a discriminant feature selection approach for hidden Markov model (HMM) modeling of micro-milling tool conditions. The approach is compared with other popular feature selection methods such as principal component analysis (PCA) and automatic relevance determination (ARD) according to their HMM classification rate. In tool condition monitoring (TCM), there are a lot of features that contain redundant information or less sensitive to tool state discrimination. These features are expected to be deleted for less computation and more robust modeling of tool conditions. Fisher's linear discriminant analysis (FDA) is modified for this purpose. The FDA is generally used for classification, and the features are mapped to another space and lose their physical meanings. In the modified discriminant feature selection, the features are selected in the original feature space by maximizing tool state separation and ranked by their separation ability between different tool states. Experimental results from both micro-milling of copper and steel under different working conditions indicate that the FDA is superior to both PCA and ARD for feature selection in HMM's classification. The reasons behind these differences are also discussed.     

网格曲面上自由形状特征设计重用

针对目前网格曲面上复杂特征重用困难的问题,提出一种保细节的特征重用方法。借助于拉普拉斯坐标蕴含的曲率、法矢等微分几何信息,提出基于微分坐标的重用特征边界环参数化方法,具有保长度、保曲率和保形状的特性,减小特征边界环从兴趣区域映射至目标区域时所产生的形变。采用离散测地极坐标方法对目标网格进行局部参数化,按照参数坐标一致原则将重用特征的边界环映射至目标网格的指定区域,并以映射后的边界环顶点位置和法矢信息为约束边界条件,基于旋转不变量的改进拉普拉斯变形框架,对重用特征进行变形操作,使重用特征与目标区域实现自然过渡。所提特征设计重用框架无须对重用特征本身参数化,因而可以重用任意复杂的特征,且对特征的亏格数亦无限制。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,可用于复杂特征的迁移式设计重用。     

集成系统GS—ICCC中特征技术的研究与实现

本文形式化地描述了特征及其相关属性 ,分析了特征的生成属性。在解决特征一致性问题时 ,首先将特征分为应用特征、形状特征及特征表示三层 ,然后通过特征转换和特征映射将制造特征与设计特征有机地结合在一起 ;抽象特征概念的引入 ,减少了CAD系统与CAPP/CAM系统之间的信息转换 ,同时又使得在产品的开发初期 ,设计师和工艺师就能进行并行工作。本文详细给出了系统ZD -MCADII在集成系统GS -ICCC中与CAPP的特征接口。     

METHOD TO EXTRACT BLEND SURFACE FEATURE IN REVERSE ENGINEERING

A new method of extraction of blend surface feature is presented. It contains two steps: segmentation and recovery of parametric representation of the blend. The segmentation separates the points in the blend region from the rest of the input point cloud with the processes of sampling point data, estimation of local surface curvature properties and comparison of maximum curvature values. The recovery of parametric representation generates a set of profile curves by marching throughout the blend and fitting cylinders. Compared with the existing approaches of blend surface feature extraction, the proposed method reduces the requirement of user interaction and is capable of extracting blend surface with either constant radius or variable radius. Application examples are presented to verify the proposed method.     

基于能量优化和细分的参数曲面混合和孔洞填充

提出一种用能量优化法对参数曲面片进行细分的曲面混合及孔洞填充方法。该方法是先根据能量优化原理求出混合(填充)细分曲面的控制顶点，运用边界修改细分法，在正常Catmull-Clark细分之后，将控制网格边界轮廓去除，再进行下一次细分，从而生成一张完整光滑的细分曲面。该方法在保持混合(填充)细分曲面与基曲面在边界处C^2连续的同时，使混合(填充)细分曲面具有较好的光顺性。实例表明，该方法具有较高的效率，且混合(填充)的效果较好。