直纹面特性及类型判定

分析了旋转、平移和螺旋3种扫描直纹面的Klein像特征。提出了基于有向距离函数相对曲面微分变形增量的直纹面重构新方法。探讨了直纹面类型的判定方法。     

基于CAD曲面模型的局部区域重构与特征化

为了解决CAD曲面模型中局部区域的编辑修改问题,提出一种基于CAD曲面模型的局部区域重构与特征化方法。该方法利用特征线作为曲面构建的基本元素,重构出具有一定精度的曲面特征形状并实现以高层参数设置为核心的曲面特征化定义。从已有的曲面模型中选取其局部区域,利用一种合适的生成方式对选取的区域进行曲面重构,并对其形状相似性进行比较,基于特征线对重构曲面进行参数化。实验结果表明,该方法能够快捷地实现自由曲面局部区域的特征化,支持用户通过少量高层参数直观地编辑修改曲面特征,是一种有效的曲面模型重构与特征化方法。     

裁剪B样条曲面重建算法研究

提出了具有不规则边界的裁剪B样条曲面重建方法。采用基准平面对数据点进行参数化，并建立以B样条曲面控制顶点为未知量的超定方程组；提出了基于有效点判别条件的孔洞识别算法，通过对孔洞区域的控制顶点施加顶点形状保持约束,确保方程组最小二乘解的存在；基于误差控制重构B样条曲面整体覆盖数据区域，通过边界线提取或曲面求交剪裁来重构裁剪曲面的边界。该方法具有符合设计意图、曲面在孔洞区域具有良好的形状一致性、曲面重构精度高等特点。     

流场速度和距离函数混合约束的流曲面重构方法

用曲面重构实现流曲面建模是工程中的关键问题,现有的曲面重构方法只基于点云几何信息,重构曲面很难符合流体动力学定义,需要复杂的人工处理。在传统重构研究的基础上提出了结合流体速度和点云距离函数的优化模型,用曲面演化方法求解模型极值获得最终流曲面的方法。与现有方法相比,所提出的方法在保证重构几何精度的同时,可以使得重构曲面符合流线型造型的外形要求,尤其是点云中噪声、层叠和孔洞等缺陷的重构结果更为合理。应用实例和比较证明了该方法的有效性。     

径向基函数网络在虚拟加工对象重构中的应用

针对虚拟制造中无加工对象数据的加工过程仿真,提出适用于离散无规则边界测量数据的径向基函数网络方法,以重构加工对象曲面,阐述了径向基函数网络曲面重构的基本理论,分析了径向基函数网络宽度参数的确定方法;给出了径向基函数网络曲面重构函数的具体实现过程,计算了重构的误差.以实例验证了该方法的可行性,并与传统曲面拟合方法相比较,得出该方法的重构精度高,改进了传统曲面拟合在处理非均匀截面数据点时曲面形状的失真和运算的不稳定现象,从而显示了径向基函数网络重构曲面的优越性.     

可展曲面的几何设计与形状调节

为了克服传统方法在可展曲面设计上的缺陷，方便地解决工程中经常遇到的可展曲面位置和形状难以调整和控制的问题，基于3D射影空间中点和平面间的对偶性这一重要思想，提出了两种直接、简单的可展曲面设计方法。该方法将可展曲面用具有基函数的控制平面来表示，通过引入形状控制参数λ（0≤λ≤1），使生成的可展曲面在较大的范围内可进行调节和控制，增加了造型的自由度，通过调节参数λ，可以得到一族可展曲面，这族可展曲面保留了许多B样条曲面的特性，在λ取0．5的特殊情况下，所生成的可展曲面即为均匀B样条曲面。研究结果表明，该设计方法具有现有曲面设计方法的特征，算法简单、有效。     

采用轮廓识别法实现零件曲面重构

线性曲面反求算法的目的是根据原始数据点云反求得到能够正确反映原零件拓扑结构的线性曲面模型。该反求算法的核心思想是构造一个空间函数 ,该函数近似表示三维空间上任一点到所求曲面的距离 ,然后通过轮廓识别算法 ,可以由这个函数提取反求曲面的一个线性近似。本文所阐述的线性曲面反求算法结合网格优化算法可由原始数据点云 ,反求得到一个精确而简洁的具有任意拓扑类型的零件线性曲面。     

基于形状特征的自由曲面建模技术

针对自由曲面重构建模中存在的问题,对曲面数字化及离散点参数优化技术进行了研究。基于自由曲面的形状特征,提出了一种曲面自适应数字化技术。建立了基于显式的最小二乘重构误差的参数优化模型,运用子空间共轭梯度内部反射牛顿优化技术实现了大规模数据点的参数优化。研究结果表明,自适应数字化技术大大提高了曲面的采样效率;参数优化模型合理且优化算法收敛迅速。     

板材多步逆成形中的滑移约束曲面优化构造方法

针对板材成形多步逆成形法中,滑移约束曲面构造的方法不能处理复杂形状零件的问题,提出一种基于优化的伪最小面积算法。该算法从优化的角度以滑移约束曲面的面积属性为研究对象,从而降低对零件形状的依赖度。该算法假定冲压时刻板材上的各物质点不发生流动,以冲压某一时刻凸、凹模的离散网格信息为已知量,此时刻凸、凹模各网格节点的z向坐标为约束,以所求滑移约束曲面的面积平方最小为目标函数,计算各三角形网格单元的面积,按与力学有限元中整体刚度矩阵相同的组装方式形成曲面的整体面积方矩阵,将空间曲面构造问题转化为一个标准二次规划问题,采用基于信赖域的方法求解该二次规划问题。弹簧支座和中柱算例的迭代次数和中间滑移约束曲面形状表明,该算法可以针对形状不规则的零件快速、有效的生成空间滑移约束曲面。     

基于OpenGL的反求工程CAD／CAM系统设计研究

论述了NURBS曲面的重构方法及基于曲面的刀具轨迹生成方法,实现了刀具轨迹的可视化生成,完善了基于OpenGL的曲面重构系统。     

复杂线轮廓度误差评定方法

本文运用微分几何的活动坐标以及曲线上一点邻近结构理论,导出测量点到理想轮廓的统一形式的距离函数,建立平面上复杂轮廓度误差最小条件评定的统一模型,并用有效集法精确、快速地进行处理。为三坐标测量机上高精度、高效率地检测复杂零件提供了一个通用方法。     

FREE-FORM SURFACE RECON-STRUCTION BASED ON NURBS TO SERIAL CROSS-SECTIONS

A new method for recovering shape from cross-sectional contours with complex branchingstructures is presented. First, each branching problem by providing an intermediate contour using dis-tance function and image processing technology is solved. Then, all contours are divided into severalgroups of simple contours. For each group, a NURBS curve is fitted to contour points in each sectionwithin a given accuracy on a common knot vector.Finally, the NURBS surface skinning of these con-tours is performed for providing a smooth geometric model. The method is suitable to reproduce theobject by NC machining or rapid prototyping. Some results demonstrate its usefulness and feasibility.     

改进遗传算法与拟随机序列结合评定自由曲线轮廓度误差

为了高效率、高精度检测自由曲线和曲面零件并计算轮廓度误差,提出将改进遗传算法与拟随机序列结合来评定自由曲线轮廓度误差.首先,针对自由曲线因没有已知的解析表达式而常用离散点表示其轮廓的特点,采用非均匀有理B样条(NURBS)来表示自由曲线,并用改进遗传算法优化重建自由曲线;然后,应用拟随机Halton序列均匀产生参数值精确计算点到曲线最短距离.阐述了自由曲线重建时控制顶点及目标函数值的计算方法,确立了改进遗传算法重建自由曲线及采用拟随机序列生成参数值求解点到曲线最短距离的具体步骤.最后,针对仿真实例计算并实测零件曲线轮廓度误差.结果显示,自由曲线轮廓度误差评定精度高于99％,表明提出的方法算法简单、计算速度快、精度高,适于在工程计量中推广应用.     

基于Metaball的过渡曲线

利用基于Metaball的约束变形技术，改变原来势函数计算中空间点到约束中心直线距离r的定义，用参数曲线的参数t代替直线距离r，提出了根据被连接曲线构造过渡曲线的新方法。该方法对被连接曲线的种类没有限制，得到的过渡曲线可光滑连接被连接曲线，形状更自然，并且可从被连接曲线的中间点开始过渡。     

固着磨料数控加工碳化硅反射镜去除函数的研究

本文采用较为新颖的固着磨料工艺数控加工碳化硅反射镜。基于平转动加工方式的去除函数理论推导出多丸片抛光盘的去除函数模型。根据趋近因子、曲线 距离等结果对参数进行优化,由优化后的参数指导实验。通过理论模型与实验结果对比：理论最大去除率与实验偏差 ,偏差比例为5.58%;理论去除函数曲线与实验值的曲线 距离偏差 ,偏差比例为7.01%。在分析部分,引入填充因子来间接评价去除函数形状。实验结果很好的验证了理论模型的准确性。因此固着磨料工艺的加工结果有着很好的预测性,在碳化硅反射镜的精密加工领域有着极为广阔的应用前景。     

Nongrashof机构连杆曲线的等弧长创成法

根据Nongrashof机构的原动件角位移及其微分系数的变化关系 ,利用原动件的角位移在端点附近 ,其微分系数的值急剧增大的特征 ,对连杆曲线上点的坐标进行变换 ,提出了输出输入角相互切换的基准和算法 ,以较少的计算量实现了连杆曲线上输出点的等间隔分布 ,为连杆曲线的分类与综合提供了有效方法     

固着磨料抛光碳化硅反射镜的去除函数

进一步研究了采用固着磨料数控加工碳化硅反射镜的工艺,基于平转动加工方式的去除函数理论推导出了多丸片抛光盘的去除函数模型.根据趋近因子、曲线距离等结果对抛光盘运动偏心距及丸片间距等参数进行优化,由优化后的参数指导实验.理论模型与实验结果对比显示,理论最大去除率与实验数据的偏差为0.007 3 μm/min,偏差比例为5.58%;理论去除函数曲线与实验曲线的距离偏差Drms为0.084 9 μm,偏差比例为7.01%.在分析部分,引入填充因子来间接评价去除函数形状.实验结果很好地验证了理论模型的准确性.该模型对固着磨料磨具抛光的工艺过程具有很好的预测性,在加工碳化硅反射镜领域极大地弥补了使用散粒磨料工艺加工所带来的不足,使加工效率得以明显提升.     

非对称泵控差动缸速度伺服系统特性

为解决差动缸两腔面积差引起的吸排油流量不对称问题,系统应用非对称泵的结构特点使其在运动过程中能进行自动补偿。但由于两腔面积差不是严格的比例关系以及系统存在气蚀、泄漏等非线性的影响,仍然存在差动缸伸出和收回速度不一致,动静态性能差,系统能耗大等问题。针对于此,分析非对称泵控差动缸系统四象限运行特性,建立能量传输模型,从理论上阐述能量消耗和速度的关系,并进行开环特性试验验证。进一步以差动缸速度和电动机转速的特性曲线为速度闭环控制的前馈函数,提出非线性动态前馈补偿控制策略,根据工况实时调用,将计算所得值作为电动机给定转速,对差动缸的速度进行动态补偿。仿真和试验结果表明,该控制策略有效改善差动缸伸出和收回速度动静态性能,提高了系统能量效率。     

激光差动共焦曲率半径测量系统的研制

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统.该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长技术获取两点间的距离,继而实现曲率半径的高精度测量.该测量系统的机电控制由主控软件完成,可实现机电扫描、数据采集及数据处理,自动化程度高.实验证明,该系统定焦灵敏度高,受环境波动影响小,测量精度可达3×10-6,满足了高精度曲率半径的计量需求.     

基于非线性扩散率归一化的GAC模型图像分割

为了消除主动轮廓模型耗时的重新初始化过程,在分析了主动轮廓曲线演化特性的基础上,引入改进的符号距离函数的约束项到变分GAG模型中,该约束项是一个非线性热方程,通过对非线性热方程扩散率的归一化,使水平集函数始终快速稳定的保持符号距离函数的特性,新算法减少了迭代次数和运行时间.另外,新算法采用灵活的初始化方法和保持曲线二维梯度和散度算子旋转不变性的离散化数值方案,提高了分割算法对模糊边缘的辨别能力.实验表明该方法是有效的,对噪声有很强的鲁棒性.