基于轮廓约束点的B样条曲面拟合算法

提出了一种面向截面测量数据的B样条曲面拟合算法。首先对原始数据点列进行降噪处理,然后遴选出曲率优势点,并将其作为初始的轮廓约束点,得到插值于约束点的初始曲线。再在需改善拟合精度的区域增加约束点,直至获得满足精度要求的B样条曲线。最后以约束点数目最多的曲线为准,在其余的曲线上增加差额数目的约束点,并进行平均弦长参数化,构造出B样条曲线簇,最终获得B样条拟合曲面。仿真实验结果表明,该方法可显著压缩曲面模型的控制顶点数目,具有较高的曲面重构效率。     

内渐进镜片加工中的过切判据的研究

针对内渐进镜片在加工过程中出现过切的情况,提出一种判断方法。该方法使用双三次样条曲面参数方程计算自由曲面各点曲率半径最小值,通过三维软件对曲面曲率半径进行计算,研究镜片在机床上实现加工的判据。由分析和计算表明,若曲面加工范围内存在某些点的曲率半径小于给定的机床刀具半径,则机床无法加工内渐进镜片的曲面。     

CNC系统中列表曲线的插补研究

基于列表数值点,利用参数样条拟合精度高、算法稳定的特点,用累加弦长的方法,推导第一次逼近型值点的三次参数样条方程;使用差分的原理,推出该参数样条方程的插补算法,实现型值点的第二次逼近,并分析了步长参数的选取;文章还分析了这种方法的精度.最后通过实例证明这种方法的可行性.     

截面测量数据的B样条曲面拟合

针对激光扫描仪测量得到的截面型数据,提出了对截面线重新采样的方法,分析了重采样数据拟合曲线的误差,及平方误差随重采样比例变化的规律,从而通过控制误差来确定重采样数目.构造插值于截面数据点的非均匀B样条,再对其进行相同数目的采样,得到了呈矩形分布的点阵,采用双向平均积累弦长参数化方法确定、方向节点矢量,用插值的方法进行曲面拟合.此种方法不仅避免了对轮廓线进行相容性的处理,而且减少了模型数据量,提高了曲面重构的效率.     

逆向工程中扫描数据点的曲面重构

针对三维扫描数据点的曲面重构技术在实际系统中的应用，提出了一种以B样条曲面为基础的曲面构造算法。已知数据点按简明行方式排列，算法产生一个连续的B样条曲面，该曲面的参数化过程不受每行数据点分布的影响。根据所传递的候选节点矢量，采用柔性间距选择，有效地减少了控制顶点数，同时应用三维图形标准以及图形函数库，在VC 6．0平台上完成了该软件的编制。通过实际系统应用验证，该算法改进了传统曲面重构方法在处理非均匀扫描数据点时曲线曲面形状的失真和运算的不稳定现象，计算简单，易于编程实现。     

反求工程的一种曲面插值算法

提出并实现了一种利用数据点特征的NURBS曲面重构方法—NURBS曲面插值方法,在插值过程中,针对测量数据点的分布不均匀性,通过累积弦长法构造非均匀节点矢量,保证了曲面的插值精度。     

矿用轴流通风机叶片三维几何模型反求重构

通风机叶片形状是影响通风机气动性能的关键因素,为了引进和吸收先进的矿用轴流通风机叶片设计技术,采用反求技术对其三维几何模型进行反求重构.首先,根据通风机叶片设计特点规划测量路径,应用三坐标测量机(CMM)对矿用轴流通风机叶片表面曲面进行测量,提取通风机叶片表面曲面的三维点云数据.然后,在反求软件UG中,利用最小二乘拟合曲线检查法对所提取的点云数据进行异常点的剔除,运用弦高-夹角综合法进行点云数据的精简.最后,采用非均匀有理B样条(NURBS)对各截面数据点进行曲线拟合,并使用通过曲线组生成曲面的方法重构了矿用轴流通风机叶片的三维几何模型,这对矿用轴流通风机计算流体力学模拟和叶片优化设计具有重要意义.     

面向导弹天线罩精密加工的三维曲面重构

导弹天线罩的精密加工,属于自由曲面精密加工的范畴,它对天线罩以及导弹的性能起着至关重要的作用。根据测量所得的天线罩几何表面的离散数据点,结合对其综合电气性能测试数据的处理和分析,实现原始曲面的重构,并由此构造出要求的曲面,再进行分析和规划,实现按需去除加工,是实现对其精密加工的关键。以及三次B样条曲面方法为工具,利用其良好的几何特性以及简单有效的算法,实现了天线罩廓形曲面的重构,为在计算机上实现曲面绘制提供了理论基础。求算的等距面方程,为数控加工中刀具轨迹的规划奠定了基础。     

基于Matlab的一维插值在曲面三维重建中的应用

提出了基于Matlab的任意闭合型值点的一维三次样条插值方法,并应用于闭曲面的三维重建中。首先对物体进行360°扫描测量,获得物体表面三维条形图。经过曲面切片、型值点提取、点列排序、一维插值、数据融合,得到闭曲面四边形网格图。给出了完整的基于Matlab的算法描述,并通过三维重建实例,验证了方法的有效性和可行性。     

HB插值样条曲线曲面

利用三次Ｈｅｒｍｉｔｅ基的变换，得到了构造三次插值样条曲线曲面的一组新的基－ＨＢ基。由ＨＢ基构造的分级三次插值样条曲线具有Ｃ＾１连续，保形的特点，构造的双三次插值样条曲面具有Ｃ＾１－连续，形状可调的特点，能方便地应用于ＣＡＤ／ＣＡＭ设计造型中。     

并联机床空间曲线等弦长插补算法研究

通过对空间隐式方程曲线、参数方程曲线的插补算法的研究,把等弦长插补算法用于并联机床,用微小直线段拟合曲线。首先根据弦长求出各离散点,并求出其对应杆长,根据相邻两点之间的杆长增量按比例进给。插补无累积误差,从而提高了插补算法的准确性和高效性。     

基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法

为了解决NURBS曲线参数插补及其实时性的问题,提出一种新的基于Steffensen迭代法的NURBS曲线参数快速求解方法。算法首先采用线性多步法进行精确的参数值预估,然后结合弓高误差、进给速度等加工条件进行自适应速度规划,再根据规划步长进行参数值迭代校正。算法不需求导,计算快速精确,满足加工精度和数控系统实时性要求。     

基于激光断层扫描的加油站埋地油罐容积检测方法的研究

税收部门在加强加油站库存环节征税管理时,需要测量埋地油罐的容积,为此设计了一种基于激光分层扫描的检测方法。仪器采用激光传感器测距、光电编码器测角,由工控机控制测量过程实现等弦长测量路径,采用B样条曲线插值加密数据点,利用梯形公式计算断层面积,再求体积,自动生成容积表。该测量方法自动化程度高,测量周期短,能够减少了对加油站停业的时间,同时减轻测量的工作强度。     

An accurate surface error optimization for five-axis machining of freeform surfaces

This paper presents an accurate surface error interpolation algorithm for five-axis machining of freeform surfaces. One of the most important steps in the interpolation process is to calculate the next cutter contact (CC) point according to the present one. In this paper, the next CC point is calculated by an accurate chord evaluation method. This method is developed based on the cutting simulation process, which can be vividly described as firstly planting dense grasses on the tool path curve and then cutting them when the tool moves by. The left lengths of the grasses either positive or negative are considered to be the machining error. The method is accurate also because the tool geometry and the tool orientation changes during five-axis machining are taken into consideration. With this method, the chord errors between CC points are controlled uniform along the tool path. The proposed interpolation algorithm is compared with the commercial CAM systems like PowerMILL and UG. The results show that the proposed algorithm can significantly reduce the number of cutter locations meanwhile confine the chord error. A real cutting experiment is implemented, and the result indicates its promising value in industrial applications.     

Fourier transform profilometry employing novel orthogonal elliptic band-pass filtering for accurate 3-D surface reconstruction

The article proposes a novel orthogonal elliptic band-pass filtering methodology in Fourier Transform Profilometry (FTP) for significant improvement of accurate 3-D measurement surface reconstruction with arbitrary object colors. Compared with phase shifting profilometry (PSP), FTP using fringe projection can achieve a general 3-D surface profilometry more efficiently by employing one-shot imaging. However, a challenging problem commonly encountered by FTP using fringe projection is its unreliable extraction of precise spectral information from the spectral domain especially when the spectral domain is complicated to process. Various filtering methods previously proposed in FTP have been proved unsuccessful or nonrobust. Thus, a new band-pass filter is developed from an adaptive orthogonal elliptic region to achieve higher accuracy of 3-D surface reconstruction. A comprehensive theoretical analysis is performed to investigate the physical measurement limits of the proposed method. The experimental results obtained confirm that the measurement accuracy of dimension and sphericity can be greatly enhanced when compared with that achieved by the traditional circular band-pass filter. The proposed method is proved to outperform all the other existing FTP band-pass filtering approaches. The maximum dimensional error measured can be controlled within 1.25% of the overall measuring height with various surface colors. However, it is also verified that the traditional three-step PSP can achieve slightly better measuring repeatability than the proposed method.     

IRB140型工业机器人连续轨迹控制的汉字绘制

编程实现Windows平台下TTF字库轮廓信息的提取;以机器人工作面为平面的情况出发,讨论位置插补,结合样条曲线的参数向量方程,利用等弦长的原理,给出插补算法;对于给定球面,进行姿态插补,结合三维坐标系的旋转变换,给出球面任一点的姿态参数;得出机器人绘制汉字的结果。     

基于多图像融合的MEMS显微三维形貌重构

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量,显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题,且当结构含有较多断裂面时,解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三维测量方法,本研究首先利用单目显微镜,通过单一轴向移动获取一系列测量目标深度信息的单一角度图像,并利用去雾算法对图像进行预处理,实现了去噪和有效信息提取的目的;然后通过聚焦测度算法获取待测对象的深度信息;最后利用数据处理软件进行三维拟合。基于上述原理,本文以焦平面阵列(FPA)作为待测目标进行了测量实验。本文提出的三维测量方法和图像处理算法可获得更准确的FPA形貌,可清晰显示反射面与支腿部分及反射面上的释放孔,测得FPA的支腿长度为110.6μm,每个反射面的像元尺寸为120.8μm×70.8μm,与设计值基本吻合,解决了断裂面难以测量的问题,同时降低了微结构测量的难度和成本。单目显微镜单向移动的多图像融合测量技术对MEMS的三维形貌测量具有重要意义,去雾算法在图像融合与三维测量的图像处理也有很好的应用价值。     

A look-ahead and adaptive speed control algorithm for parametric interpolation

A novel interpolation algorithm for parametric curves is proposed. The algorithm improves the machining efficiency and precision greatly with full consideration of the geometrical characteristic of the machining curves and the kinematical characteristic of the machine tools. Firstly, a look-ahead process, including a pre-interpolation and a speed adjustment, is sought to achieve an optimal machining speed profile for the whole parametric curve. The pre-interpolation stage with a constant feedrate is performed on the parametric curve. Critical zones are selected according to the chord errors and the changing values of the speed. The criterion for selection is that the chord error or the changing value of the speed exceeds the given threshold values. Then, a speed adjustment is applied to the sampling points of the critical zones. Meanwhile, the speed profile between two adjacent critical zones is developed with an acceleration/deceleration strategy to satisfy the dynamical requirements. After that, some relevant information about critical zones is stored into a dynamic memory buffer for the following fine interpolation process. Secondly, the fine interpolation is adaptively fulfilled with the data stored in the dynamic memory buffer based on the lengths of adjacent critical zones. Finally, a non-uniform rational basis spline curve is selected for simulation and experiment to demonstrate the feasibility of the proposing algorithm. The experimental results show that the algorithm can achieve not only smooth and high-speed transitions but also high accuracy with the minimization of chord errors in critical zones.     

基于逆向工程的蒙皮曲面重构技术研究

针对蒙皮曲面生成时截面线相容性处理所带来的数据量过大问题,提出一种蒙皮曲面重构方法.从三次B样条曲线插值入手,基于垂距对自由曲面自适应数据采样,构建物体外形轮廓曲面.该方法可以有效去除截面线相容性处理所产生的大量的冗余控制顶点,在用户定义的精度内实现数据压缩和光滑的曲面造型.最后,应用该方法给出一个完整的基于逆向工程的蒙皮曲面构造过程.     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。