基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

基于局部样本增益优化的α-shape曲面拓扑重建

在曲面重建中,提高棱边特征重建精度是逆向工程和计算机辅助设计制造等领域的难点问题。采用样点的近似拓扑近邻点集作为曲面局部样本,对α-shape算法进行优化,使α-shape尺度阈值能更为准确地反映样点分布密度,从而提高α-shape曲面拓扑重建结果的正确性。样点的近似拓扑近邻点集的获取本质上是欧氏近邻点集的增益优化,使后者向邻近的稀疏区域适度延伸,从而弥补因数据分布不均匀而导致的拓扑邻域信息缺失。基于增益优化后的样点近邻点集并结合曲面重建先验知识可确定α-shape尺度阈值,使α-shape曲面拓扑重建过程中尺度阈值可自适应调整。试验表明:该算法使所得网格曲面基本不含孔洞和棱边凹痕,能更好保持棱边特征的形位精度,可减少初次过滤结果中的非流形面片,同时具有与主流Delaunay网格过滤算法相近的重建效率。     

逆向工程中自由曲面自组织重建研究

探讨了曲面密集三维散乱点数据的自由曲面自组织重建方法。建立了基于扩展自组织特征映射神经网络的自由曲面自组织重建模型及其训练算法。所建模型的网络神经元对曲面散乱点的学习来模拟曲面上的点与点之间的内在关系 ,神经元连接权矢量集重构曲面样本点的内在拓扑关系。经过训练 ,神经网络将整个曲面散乱点数据分成许多子区域 ,子区域的分类核心即为神经元连接权矢量 ,每个子区域用一个线性函数逼近 ,实现自由曲面自组织重建。计算机仿真表明 ,所建神经网络模型可实现三维密集散乱点数据自组织压缩及曲面自组织重建于一体。     

点云特征型面的边界曲线拟合及曲面裁剪算法

点云特征型面边界曲线的拟合质量直接决定了对应曲面裁剪的质量。以机械零件点云模型为研究对象,针对点云分割型面的边界点识别、排序、拟合和曲面裁剪问题展开研究。基于场力法提取的边界点集,提出了基于最短距离法的边界点集排序和方向夹角阈值限定的边界点集去噪等预处理算法;采用局部二次多项式函数拟合估算边界点集曲率,提出了基于曲率突变点归属性判断的边界点集分段和拟合算法;通过控制点投影变换求取二维裁剪边界,提出了基于特征点集多边形凹凸性的二维边界曲线方向判断法。使用机械零件模型典型型面进行实验,验证了各阶段算法。该算法具有很好的适用性,可进一步扩展应用至复杂曲面边界裁剪。     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型,提出了一种基于隐式曲面的等距算法.该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建,然后对顶点进行八叉树采样,由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面,将隐式曲面等距,最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点,根据先前建立的拓扑关系,将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型.该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题,而且等距模型三角网格均匀,质量高.     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型，提出了一种基于隐式曲面的等距算法。该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建，然后对顶点进行八叉树采样，由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面，将隐式曲面等距，最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点，根据先前建立的拓扑关系，将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型。该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题，而且等距模型三角网格均匀，质量高。     

样点邻域同构曲面约束的散乱点云法向估计

针对现有点云法向估计算法难以兼顾估计结果的精度与稳健性问题,以局部采样区域同构曲面作为样点邻域点集所反映曲面形状约束,提出一种散乱点云法向估计方法。该方法将目标样点的邻域点集作为局部样本进行曲面重建,获取插值于采样点集并与采样表面拓扑同构的局部网格曲面;对曲面局部区域高斯映射结果进行聚类分析,获取目标样点的各向同性邻域面;基于面片的正则度以及面片至目标样点的测地距离,确定目标样点各向同性邻域面片法向的加权均值,并将所得结果作为目标样点的法向估计结果。试验结果表明,该方法在点云数据信噪比为40 dB的情况下可保证98%以上样点法向估计偏差在以内,可稳健处理含有噪声以及采样不均匀等缺陷的散乱点云法向估计问题,对于含尖锐特征的点云亦能准确估计样点法向,且具有较高的计算效率。     

基于离群算法组合曲面特征点提取的研究

为了克服目前组合曲面提取特征点算法中阈值选取困难导致边界特征点误判的缺点，在对组合曲面特性进行分析的基础上，提出了一种基于离群算法的组合曲面特征点提取算法。该算法根据曲面特性定义了曲面域和曲面域深度，在空间统计学基础上引入正态分布的标准单位数和置信系数，采用空间数据挖掘中的离群算法提取组合曲面特征点。通过在某型摩托车零件中的应用，表明了该方法可以有效地避免阈值选取问题，且证明了该算法的有效性和实用性。     

基于交互的B样条曲面重建与误差计算

基于三角网格模型的B样条曲面重建技术得到深入发展,计算与显示重建后的B样条曲面与原始测量三角网格之间的误差对分析曲面重建品质有重要作用。一种较为实用的B样条曲面重建方法是对三角网格模型进行四边界区域划分后进行栅格式采样,再根据采样点进行B样条曲面拟合。针对这种重建方法,研究了一种建立三角网格顶点与四边界区域对应关系的算法,再用离散的方法计算点到对应曲面的距离误差,最后用线性插值方法实现误差彩色．云图的显示。     

离散点的隐式曲面重建算法研究

针对复杂自由曲面三维扫描数据多为离散点的特点,提出了一种隐式曲面重建算法,它能满足从大量离散点云数据中快速准确地建立曲面的需求。通过选择合适的形状函数,该算法可以准确描述尖锐特征比如边和角。方法是首先用八叉树细分方法来进行离散点云数据分组,然后用分段的二次函数来捕捉每组数据的局部形状,用单位分割法来组合局部的形状函数。应用实例表明,该算法可以对离散点云数据进行快速、准确、自适应的曲面重建。如果离散点云模型有指定的精度,那么隐式曲面重建算法的处理时间取决于该模型的几何复杂性和细分程度。     

零件的设计模型向毛坯模型转换技术研究

为了实现CAD／CAPP／CAM的集成，提出了一种由设计模型向毛坯模型转换、进而向制造模型转换的思想。文章重点研究了由设计模型向毛坯模型转换的技术。具体研究了毛坯模型的定义与生成技术，包括毛坯建模、毛坯模型的生成、切削区域的定义、分解性实体几何造型思想，以及结构实体几何特征模型向分解性实体造型的转化。还研究了设计模型向毛坯模型转换的实现方法。给出了实现这一转换的具体步骤为：识别零件表面、余量补偿、体加工面的识别和立体形状的构建、采用半空间法构建被移去的体特征和偏移量补充。     

喷涂机器人静电旋杯的新模型

旋杯的累积速率模型以及涂料投射模型是喷涂机器人离线编程轨迹规划的重要基础。针对累积速率模型,建立了一种新的模型--双偏置β模型,该模型既能表示满月形模型,也能表示局部非对称的圆环形模型。在此基础上,分析了新模型的匀速喷涂厚度模型,为离线编程的轨迹规划做准备;针对涂料投射模型,推导出了涂料投射模型为任意函数模型时,工件曲面上某点累积速率与基准面上对应点累积速率的关系,并结合实验数据构建了基于正态分布的曲线投射模型。经证明,此模型更符合实际情况。     

集成机理与数据的复杂模锻过程在线建模方法

大型航空锻件高精度成形成性依赖于精确的锻造过程模型,然而不规则的锻件形状、复杂的微观流变过程、强非线性与时变的负载力使得高精度的锻造过程模型难以获得。为此,在结合解析建模和数据建模优点的基础上,提出了集成机理与数据的复杂模锻过程在线建模方法。应用物理与过程知识推导了锻造过程的解析模型,在此基础上提出使用在线极限学习机方法构建由于泄漏、不确定性、干扰等引起的偏差模型,实现了锻造过程模型的实时进化,从而满足强非线性与时变性的锻造过程要求。实验结果表明,新方法能有效地建立复杂锻造过程模型,且比现有的方法有更好的建模精度。     

偏心渐开线齿轮传动计算方法分析

偏心渐开线齿轮传动的设计和计算存在四种模型：纯滚动模型；等转角模型；等分模型和微分模型。对这四种模型进行了深入分析和对比，指出了各自的缺陷和不足。除微分模型外，其它三种模型均存在模型误差，其中等分模型和等转角模型是等价模型。微分模型需要用数值方法求解微分方程，因此存在计算误差。     

面向工艺链的零件制造模型框架研究

为解决设计信息向制造延拓的矛盾,在分析零件工艺链组成的基础上,提出了零件制造模型的概念,并结合实例建立了零件制造模型框架.提出了零件制造模型的组成,把零件在工艺过程中的状态作为制造模型组成单元,并细分为工件模型和工艺模型.建立了制造模型的信息层次结构,面向集成制造给出了制造模型信息的表达方式和基于控形节点的数据组织结构.基于Petri网,描述了制造模型定义过程.在该模型框架基础上,可进一步发展零件制造模型的数字化定义、管理和集成应用方法,以实现零件精密、快速和节约制造.     

敏捷化开发环境下产品装配建模研究

为了实现以自顶向下为主、自底向上为辅的双向产品设计方法,本文提出了一种面向产品族的混合装配模型。该模型由装配骨架模型、层次模型、约束关系模型、零件属性模型及参数化设计模型组成。通过引入高层次的装配骨架模型反映设计者的设计意图并自动向下游传播装配约束,实现自顶向下面向过程的设计方法;通过引入低层次的约束关系模型记录零件之间的各种约束关系,检验、改进和完成最终装配模型的重建,实现自底向上的面向结果的设计方法;通过引入参数化设计模型完成装配体的变形设计,实现以往知识的重用。最后用实例说明该混合装配建模方法的有效性。     

基于ACC的制动系统模型研究

介绍了汽车自适应巡航控制系统的原理和特点,以及该系统对制动系统模型的要求;建立了汽车纵向动力学模型,并在此基础上建立了包括真空助力器、液压系统、制动器的整个制动系统的数学模型.该模型能满足控制的需要,并且较简单又具有较高的精度.对该模型进行了计算机模拟仿真,获得了较好仿真效果.     

考虑模型偏差的结构动力学模型修正

针对结构有限元模型修正后仍可能存在模型偏差的问题,提出用待修正参数的不确定性来表征模型偏差的有限元模型修正方法。首先,基于响应面方法识别得到待修正参数的最优值,并通过计算结果与试验结果比较获得模型偏差;然后,基于响应面模型并结合灵敏度分析计算得到模型偏差对待修正参数的影响,从而得到考虑模型偏差后待修正参数的区间;最后,通过一个悬臂梁工程实例的模型修正,验证了笔者所提出方法的可行性。结果表明,考虑模型偏差的修正可以提高模型可靠性。     

汽车车身概念设计接头模型的研究

建立了刚性连接接头模型、超单元缩减模型和梁—弹簧接头简化模型三种接头模型,并计算了九种工况下的各种模型的角位移结果。通过三种接头模型与详细有限元接头模型的对比分析,表明梁—弹簧接头简化模型最接近详细接头的力学特性,超单元缩减接头模型最差。     

关于产品全生命周期信息模型中物理模型的探讨

分析了现有 CAD系统中 ,数学模型的问题和不足 ,主要表现在 :现有的 CAD系统的数学模型 ,没有解决产品设计过程中物理问题的处理能力。为了解决这一问题 ,本文在国际上首次提出了产品全生命周期信息的物理模型这一全新的概念。给出了产品物理模型的结构 ,提出了产品物理模型数据的 EXPRESS Schema模式。应用产品物理模型 ,可以极大地方便产品的设计和分析处理 ,极大地缩短产品开发和设计周期 ,确保产品设计质量和正确性。本文成功地用产品物理模型的思想和技术实现了对机床主轴箱的设计 ,实现了产品物理模型及其成功应用。应用实例清楚地表明了产品物理模型的正确应用 ,可以极大地提高设计人员的工作效率和设计工作质量