基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法

针对现有亚像素边缘定位算法存在精度不高、计算复杂的问题,提出一种基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法。根据单边阶跃状边缘特征,构建边缘法截线的高斯积分模型,在确定边缘过渡带的基础上,将拟合曲面区域内的像素点信息转化为边缘曲线的活动坐标,并对转化后的像素点坐标与灰度值按照高斯积分模型进行拟合,准确定位图像的亚像素边缘。采用所述视觉测量系统,用量块直线边缘进行实验,并与传统高斯曲面拟合亚像素边缘定位算法比较,证明基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法具有较高的定位精度,一等量块的直线度误差在1μm以内,计算速度提高一倍。采用该算法确定亚像素边缘时,可通过修正高斯积分模型的均值,有效补偿光源强度造成的误差。本算法可以应用于齿轮等高精度机械零件的测量。     

采用正交函数优化三维自由曲面

自由曲面重建时,一般采用增加控制点个数来提高曲面拟合精度,但控制点的增加会引起曲面连续阶数变低.通过分析传统算法在曲面拟合中的不足,提出采用正交函数的曲面拟合方法,该算法避开不规则数据点进行拟合,保证了曲面的光顺性.当采用3×3阶曲面,36个控制点进行曲面拟合时,曲面重构最大误差仅为0.077 0mm,曲面满足G2曲率连续.实验结果表明,所提出的曲面优化算法,实现了曲面控制点数与曲面光顺和重构精度的最佳匹配,提高了曲面拟合的品质.     

基于正交函数的曲面拟合优化算法

最小二乘法在拟合曲面时通常需要提高拟合阶数以满足曲面重构精度,拟合阶数提高会造成曲面光顺性变差。为改善最小二乘法在曲面重建中的缺陷,利用正交函数进行曲面优化,通过局部内插曲面,使整体曲面具有较好的连续性。采用4×4阶拟合参数进行曲面重构,形成曲面的相邻面片符合G2连续,曲面-点云最大偏差为0.0943mm。曲面拟合实验表明,采用改进的曲面拟合算法,实现了曲面拟合阶数和曲面曲率、拟合精度的最优融合,提高了重建曲面的品质。     

准双曲面齿轮齿面的NURBS曲面拟合

概述了NURBS曲面的表达方法及其在准双曲面齿轮齿面拟合中的应用 ,重点分析了用NURBS方法重构齿面时影响拟合精度的因素 ,如型值点的选取、型值点的数量、节点矢量的计算、边界条件的确定等 ,最后探讨了如何快速准确地得到齿面的拟合误差。     

数字图像相关法在WC/Cu复合材料线膨胀系数测量中的应用

为了提高数字图像相关曲面拟合法在实际应用中的亚像素定位精度,对曲面拟合法进行了修正,并用修正后的曲面拟合法研究了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料线膨胀系数的影响.首先,分析了曲面相关拟合法在实际应用中的测量误差来源,并对其进行了修正.然后,用粉末冶金法制备出WC/Cu复合材料,对表面制备有耐高温散斑的试件进行热膨胀实验,并利用修正后的曲面拟合法测量了不同温度下WC/Cu复合材料的热变形场.最后,通过一元二次多项式拟合建立了WC/Cu复合材料热膨胀系数真值.结果表明:修正后的曲面拟合法有效地改善了传统方法的亚像素位移在0.5像素左右位移场不连续的问题,减小了亚像素定位误差,获得了更为准确的测量数据.     

采用截面特征点云的NURBS自由曲面构建

结合NURBS曲面的构建理论,以工程软件UG为平台,探讨了基于截面特征点云的NURBS自由曲面构建的工程实现方法.实现了由截面特征点云进行NURBS曲线拟合,再由拟合曲线进行自由曲面的构建过程,并从曲面的表面状态与误差两个方面对构建的自由曲面进行评估.实践表明:采用该方法构建的自由曲面能保证NURBS曲面拟合质量,且精度高,能有效地反映实物原型.     

基于三坐标测量机自适应测量的自由曲面逆向

自由曲面的精确测量和重构是决定具有自由曲面特征的零部件复现精度的重要因素,传统逆向中测量与重构是相互独立又不能有效评估的。为提高自由曲面测量速度和重构精度,基于三坐标测量机(Coordinate measuring machine,CMM),提出自适应测量的曲面重构方法。测量过程中,通过不断拟合样件上已测点,预算待测点及其测量矢量,指导CMM自动采集曲面上数据。由点云拟合自由曲面模型后,检验拟合模型上点与样件上相应点的误差;若误差偏大,则在测量点云中加入检测点后重新拟合曲面,进一步检测重拟合实体模型直至满足精度要求,得到精准数据点和精致的自由曲面模型。辅以计算机图形可视化实例验证本法,测量精度及其重构精度可达μm级,具有自由曲面特征的零部件整个逆向周期呈数量级下降,算法鲁棒性强。     

基于B样条曲面的点云孔洞拟合填充

为了后续曲面重构的需要,针对有孔洞的点云数据,提出了一种孔洞拟合填充的自适应方法.由于孔洞与其周围离散点有一定的连续性,该算法首先从孔洞周围已有的点云数据中选取离散点,用新的参数化方法对得到的离散点参数化后,用最小二乘法进行自适应曲面拟合,对得到的拟合曲面通过迭代法逐步逼近优化,考虑曲率变化的影响在曲面上取点,实现了孔洞光滑填充.实例表明,改进的参数化方法使算法的复杂度减低,进一步迭代优化提高了曲面拟合精度,在面上取点时考虑了曲率变化,因此该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云中的孔洞填充.     

反光镜测试中曲面数据采集及拟合

为了求得未知椭球曲面的曲线方程,模拟曲面的几何结构,以数字投影系统中椭球反光镜为例,介绍了大口径非球面反光镜数据采集及拟合方法。利用三坐标测量机(CMM)对椭球反光镜面型进行精密测量,根据测试数据,采用数学拟合方法获得椭球反光镜的曲线方程。并对测试模型与拟合曲面进行了光线追迹和误差分析,拟合曲面与测试曲面符合较好。因此,采用三坐标测量机进行曲面数据采集及数学方法拟合,能够得到较理想的拟合曲面方程。     

飞机结构件组合曲面侧铣加工刀轨生成方法

针对目前五轴侧铣刀轨生成方法生成组合曲面侧铣加工刀轨困难的问题,通过分析飞机结构件中组合曲面的类型,提出了一种基于曲面拟合的精度可控、刀轴摆动均匀且无干涉的飞机结构件组合曲面侧铣加工刀轨生成方法.该方法通过迭代拟合使曲面拟合精度可控,通过角度扇形离散控制刀轴摆角,通过局部微调以减少干涉.经实例验证,该方法精度可控、效率高、刀轨生成算法稳定、加工质量高.基于该方法开发的系统已在某大型航空企业得到应用.     

基于参数曲面建模的车身表面逆向设计研究

针对在汽车车身设计逆向工程过程中,由于雕塑模型的精度有限以及三坐标测量的机测误差,所得的散乱点不能真实反映曲面形状而建立了一种曲面拟合方法,能够减小误差较大点的影响,保证据散乱点求得的曲面最接近于"理想"曲面.并简述了车身曲面逆向设计拟合方法的数学模型和CATIA软件创成式曲面设计模块的主要功能.将车身曲面的逆向设计分为2D图纸和3D实物逆向设计2类,给出设计流程和应用开发实例,解决了设计中容易出现的问题.     

基于矢量分析的数控加工轨迹设计方法研究

描述了基于矢量分析和NURBS的数控加工轨迹设计方法。基于给定的被加工曲面在其参数域上的优化走刀方向集合,并依据标量场与梯度场的转化关系,建立了精确逼近离散方向矢量的走刀矢量场拟合模型,由此给出了数控加工轨迹的矢量表达形式。以NURBS作为发生矢量场的流函数并借助其较强的局部调控能力,通过调整控制点列,可望实现数控加工轨迹拓扑形状的整体优化调控。验证实例表明该方法能够进行复杂形状数控加工轨迹的精细设计,有利于保证精度指标下曲面加工效率的最大化。     

G~2连续的A级曲面精确重构及光顺技术研究

A级曲面重构中拟合高精度曲面过程复杂繁琐,需要进行大量运算,且曲面拟合后没有保留参数特征,无法编辑修改,进而造成曲面逆向重构工作反复进行。针对上述问题提出一种高效准确的方法进行曲面重构。根据K-邻域搜索的离散点云,采用直线、圆弧等多方式分段插值拟合出曲率连续过渡的曲线,保留参数特征,方便修改;再利用NURBS理论拟合曲面,通过调整控制点、权因子和节点矢量等因素,确保曲面拟合精度和曲率连续过渡。经过实例分析,此方法拟合A级曲面快速准确,并保留了曲面形状参数,提高了曲面重构的精度和效率。     

基于Imageware汽车零件的逆向设计

Imageware是一门专业的逆向设计软件,该软件逆向设计功能强大、用途专一.汽车零件点云数据经点云处理、构造8个面(拟合平面A、拟合平面B、圆角曲面C、自由曲面D、自由曲面E、圆角曲面F、圆角曲面G、圆角曲面H)及修剪面的边界三步,便可完成该产品的外形逆向设计.利用Imageware可大大提高产品逆向设计的效率.     

装配位姿视觉检测系统中红外靶点质心定位

结合装配位姿视觉检测系统的研发,为提高红外LED靶点质心亚像素定位精度与稳定性,对红外LED靶点图像的灰度分布模型进行了研究,提出了一种基于自由曲面拟合的质心定位算法以获取靶点图像的亚像素中心。根据靶点图像的灰度分布,该算法通过双三次样条插值生成靶点灰度分布曲面,利用拟牛顿法求取曲面顶点即靶点图像中心的亚像素坐标。实测实验显示该算法在图像噪声水平较低的高精度测量环境中,当靶点距离摄像机约5m和12m时,与高斯曲面拟合法和加权灰度重心法相比,该算法都能更准确地描述靶点的灰度分布,生成的灰度曲面更加接近靶点图像的真实分布,在高精度测量环境中具有更高的测量精度和稳定性。     

以ImageWare为基的汽车零件逆向设计

Imageware是一门专业的逆向设计软件,该软件逆向设计功能强大、用途专一.汽车零件点云数据经点云处理、构造8个面(拟合平面A、拟合平面B、圆角曲面C、自由曲面D、自由曲面E、圆角曲面F、圆角曲面G、圆角曲面H)及修剪面的边界三步,便可完成该产品的外形逆向设计.利用Imegeware可大大提高产品逆向设计的效率.     

基于曲面片拼接的曲面重构算法

通过获取结构表面的正交曲率信息实现板状结构的拟合重构,将板状结构表面分解为曲面片阵列,基于二次方程建立曲面片模型.分析曲面片的边界条件,建立曲面片的非线性方程组.通过逆Broyden秩1法求解非线性方程组,获得曲面片的参数及曲面片方程.通过递推的方法将曲面片进行拼接,实现空间曲面的重构.基于二次方程构建样板曲面,采用数值方法获取非线性方程组的解,并进行仿真实验.仿真实验和数据分析表明,利用已知的正交曲率信息,基于曲面片拼接的曲面重构算法可以有效实现板状结构形变的重构,是一种可行的空间曲面拟合算法.     

数字图像相关中非迭代相关系数曲面拟合算法的研究

相关系数曲面拟合算法是数字图像相关中一种简单而有效的亚像素位移求解方法,具有计算效率高、实时性好等优点。在相关系数曲面拟合算法中,二元二次多项式曲面拟合算法和二元高斯曲面拟合算法可通过直接推导出的解析解获得亚像素位移量,无需迭代计算,且二元高斯曲面拟合算法无需对拟合后曲面函数求导获得极值点位置。因此对上述两种简单而非迭代的曲面拟合算法性能进行了研究。应用真实散斑图像从两种算法的计算精度与效率两方面进行了对比实验。实验结果表明,二元高斯曲面拟合算法具有较高的计算精度,且两种算法在相同的条件下的计算效率并无实质性的差异。     

一种基于机器人的曲面测量、建模和加工方法

提出了一种基于机器人的卷曲类自由曲面的测最、建模和加T路径生成方法.本文采用结构光测量方法设计了一种基于机器人的自动测量系统,实现了自由曲面零件的表面测量.根据测量数据和零件的形状特点提出了一种新的建模方法,该方法首先采用提出的截面法直接提取点云的边界,然后利用射线与局部拟合曲面的交点获得有序的精整数据点,实现了NURBS曲面的精确拟合.最后,对重构的自由曲面采用等参数线法生成了加工路径.实际的算例和应用验证了本文方法的有效性和精确性.     

基于神经网络的曲面拟合方法研究

分析了应用于反求工程的几种曲面拟合方法,提出一种基于神经网络技术的自由曲面拟合新方法。该方法能在实物原型存在破损或不完整的情况下对测量数据进行数据插补和曲面重构,获得精度较高的拟合曲面。通过安全帽面的测量与数据拟合处理实例,验证了该方法的有效性。