三坐标测量机测头半径实用补偿算法

针对三坐标测量机测量过程中存在的测头半径误差问题,本文提出了采用多次细化测量点的方法。首先沿测量路径方向进行测量点的插值细化;然后在测量路径之间再次进行插值细化;最后对插值细化后整个被测表面上的细化点进行两次插值求导,从而求得每个细化点在X和Y方向的切向量。在此基础上,对两个方向的切向量进行叉积,求得被测表面上各细化点的法向量,最后利用补偿公式进行半径误差计算。     

光学非球面三坐标测量中的像散补偿

利用三坐标测量仪在光学非球面镜研磨与粗抛阶段进行面形检测时,测量结果常由于补偿程序不完善而出现像散误差。本文分析了非球面三坐标测量得到的数据,指出测量结果中出现像散误差是测头半径补偿不准确所致。然后,提出了一种离线数据处理方法对测量数据进行补偿来消除像散误差。该方法通过计算网格排列的测头中心点行和列方向的切向量得出曲面上每个点的法向矢量;根据测头半径计算出测头球心到接触点的偏移量,从而实现三坐标测量仪的三维测头半径补偿。球面样板实验显示这种方法可以将该样板测量中的像散峰谷值(PV)由4.921 9μm减小到0.065 2μm,基本消除了测量结果中的像散误差,提高了三坐标测量结果的准确度。实验结果验证了提出的三维测头半径补偿程序的有效性。     

基于神经网络的接触式测头半径三维补偿

本文探讨了基于扩展的自组织特征映射(ESOFM)神经网络的三坐标测量机接触式密集数据采集的测头半径三维补偿.构建了测头半径三维补偿神经网络模型及其训练算法.用网络神经元对曲面空间测量样本点的学习和训练来模拟曲面上的点与点之间的内在关系.按六角形阵列侧抑制邻区训练调整网络神经元权重矢量,使网络输出层结点呈六角形阵列分布,可实现测量点集压缩后的Delaunay三角逼近剖分.经过训练,神经网络将整个数字化点群数据分成许多子区域,每个子区域用一个微切平面逼近.根据微切平面的法线,对测头半径进行三维补偿.算例表明所创建的测头半径三维补偿神经网络模型有效可行.     

复杂曲面快速测量、建模及基于测量点云的RP和NC加工

坐标测量在制造领域中有着广泛的应用。评述了坐标测量及相关技术中所涉及的多传感器集成测量、测量点规划、测头路径规划、测头半径补偿、测量点云分割、曲面拟合以及基于测量点云的直接NC和RP加工等关键技术的研究现状,并对一些瓶颈问题的解决方案作了探讨,提出了几点建议。     

扫描式数据采集测头半径的三维智能计算补偿

探讨了基于扩展的自组织特征映射神经网络的扫描式密集数据采集的测头半径三维补偿。构建了测头半径三维补偿神经网络模型及其训练算法。首先经过训练,神经网络将整个数字化点群数据分成许多子区域,每个子区域用一个微切平面逼近;然后对子区域的分类核心,即神经元位置权重,沿微切平面法矢方向进行修正;最后根据微切平面的法线,对测头半径进行三维补偿。算例表明所创建的测头半径三维补偿神经网络模型有效可行。     

柔性测量臂测头半径补偿算法研究

柔性测量臂测头半径补偿的精度对系统精度具有重要影响.本文在分析半径补偿基本原理的基础上,提出了一种基于测量特征分类的半径补偿算法.该算法首先把测量特征分为点、线、面3种基本特征(其中面特征又分为二次曲面和自由曲面),然后建立各种特征的参数方程,利用测量得到的少量特征点,采用最小二乘法拟合得到被测特征的参数,最后根据被测特征参数进行高精度半径补偿.试验结果表明本文方法确实可行,具有较高的测量精度和较好的实用性.     

基于三角网格法的测头半径补偿方法的研究

用三坐标测量机进行复杂曲面测量时,需要对测头进行半径补偿.本文在对比各种测头半径补偿方法的基础之上,对三角网格法进行了研究.首先依据最小角最大原则对曲面进行三角网格划分,然后逐次求解每一个三角形的法矢量,并对测量数据进行测头半径补偿.三角网格法以曲面的法矢量为基础,这有利于测量方向与补偿方向一致,提高半径补偿的精度.     

双螺杆压缩机转子齿形三坐标测量的半径补偿

双螺杆压缩机转子齿形进行三坐标测量机测量时,需要对球形测头半径进行半径补偿.结合转子螺旋曲面的几何特点,对转子型线测量数据点进行半径补偿计算,得到三坐标测量机球形测头真实接触点,再将空间分布的真实接触点旋转到相同横截面上得到转子型线数据点.通过实例验证该方法的有效性,可以应用于双螺杆压缩机转子型线的检测及逆向工程等工作中.     

原位检测系统中触发式测头的误差分析与补偿

在分析了原位检测系统中触发式测头误差来源的基础上,提出了自动调整测头偏心的方法,并用标定球对测头的实际作用半径进行了校准。同时,面向实际测量任务,提出了基于在线标定和双线性插值技术的逐点测头半径补偿方法,实验验证,所提出的半径补偿方法比商用软件提供的方法更准确,提高了测量结果的准确性。     

三坐标测量时的余弦误差分析

三坐标测量机在实际测量时,三坐标测球与零件表面接触,得到测球中心位置,三坐标将沿测量方向补偿测球半径r后得到零件表面测量点位置。当测量方向与矢量方向有一定夹角时,被补偿点并非真正的接触点,而是测头沿着测针接触工件方向上测球的最低点,这样就造成了补偿误差。介绍了矢量的定义,分析了测球半径及余弦夹角对测量误差的影响。结果表明:测量误差的大小与测球半径及测量方向与该工件被测面的余弦夹角有关;使用半径较小的测球与减小余弦夹角,可以减小误差,提高测量精度。     

Calculation of the Normal Vector using the 3 × 3 Moving Mask Method for Freeform Surface Measurement and its Application

The concept of a 3 × 3 moving mask operation image-processing technique is proposed to calculate the normal vector of measuring points in this study. The method developed reduces greatly the calculation time of matrix operation and memory space in comparison with the traditional composite Ferguson-spline method. The methodology for calculating the normal vector is to select eight neighbouring points at equal distances in the vicinity of an arbitrary node on the surface, from which a small surface patch can then be constructed from the nine selected points. Different analytical methods are used to calculate the unit normal vector, namely the Bezier method with uniform parameters and the Bezier method with non-uniform parameters, and are discussed in this study. The accuracy of these two methods in calculating the unit normal vector was also verified by calculating different positions on a spherical surface. The Shepard interpolation method was adopted to interpolate a few control points from a massive number of measured data points to establish the CAD model of a freeform surface using a rectangular grid. The method developed was applied for the measurement of a freeform surface (mouse surface) using a coordinate measuring machine. The local Shepard interpolation method was used to interpolate 16 control points from 1054 measured data points. A bi-cubic Bezier- and B-spline surface CAD model were constructed through these interpolated control points.     

基于AC转角变化最小的五轴FDM熔覆路径的法矢量优化技术

五轴熔覆通过AC转台带动工件转动,使得喷嘴轴线尽可能与熔覆曲面的法矢量重合以达到最优的熔覆效果。熔覆指令通过AC转角离线计算的曲面法矢量来调整喷嘴轴线的位置。由于熔覆曲面数据噪声和外形特征的影响,熔覆路径上两个邻近点AC转角的差异可能非常大,从而使得控制系统自动插补得到的两点间路径与两点连线段的差异很大,导致熔覆过程中工件损坏或者熔覆质量降低。为了克服这一缺陷,基于遗传算法提出一种AC转角的优化方法,使得邻近点AC转角的差异尽可能小。在此基础上,进一步对差异较大的点的五个指令变量(X, Y, Z, A, C)进行线性插值,从而达到熔覆路径优化的效果。算法被集成到了自主研发的五轴FDM三维打印系统,并采用多个复杂曲面的熔覆实例验证其有效性。     

基于网格化局部差值拟合的自由曲面加工路径规划方法

基于网格化局部插值拟合的曲面加工路径规划方法是在传统的等参数离散法基础上,对离散的密集的刀心点云进行网格化重新规划。提出了一种对刀心点云投影并进行网格化的新方法。在网格点局部根据临近的刀心点进行局部插值拟合的方法得到新的刀心点,在保证刀心点集能够满足重建要求的前提下,使加工路径规则化。可以根据误差计算公式对网格密度和离散密度进行判断和调整以实现优化。     

基于矢量的DDA空间圆弧插补算法

介绍了三点确定空间圆弧的方法,分析了本算法的基本原理,详细描述了确定被积函数、确定累加器容量、进给方向判断、终点判断等部分,突出了基于矢量的概念和计算方法,给出了具体实现流程.     

基于B样条曲面裁剪计算的局部协调设计

在反求工程曲面重构中,为了对跨多张曲面的局部矩形拓扑裁剪区域进行重新设计,提出了两种基于矩形拓扑区域的曲面局部协调设计方法:自动截面线蒙皮和最小二乘逼近。两种方法均插值于边界曲线和跨界切矢,保证了模型的整体G1连续性,并逼近或插值裁剪区域数据,具有较好的保形性,实际应用效果良好。     

一种基于离散数据的自由曲面建模方法

提出一种基于离散数据的自由曲面建模方法。该算法采用平行网格构造曲面，利用三次样条函数和参数样条对列表点进行行列两个方面的插补，采用局部回弹法进行曲线光顺，从而构造出适于数控加工的网格曲面，由于采用参数样条进行插补，可保证插值曲线通过所有型值点，曲线具有一、二阶导数连续的性质，可保证曲线的整体连续平滑。该方法的特点是方便了直角坐标下平行行切加工的数控编程。     

一种三次插值样条曲线的插补方法研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求,基于数据采样插补原理,对一种三次插值样条曲线的插补算法进行了研究.样条曲线进行参数化运算插补,先使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的插值样条曲线轮廓,再利用轨迹空间与参变量空间的对应关系,控制参变量,求取插补点坐标,得到整个离散化插补轨迹.此算法加工速度稳定性高,有利于高速高精地生成插补轨迹.     

曲柄摆式飞剪剪切机构运动学性能分析

对曲柄摆式飞剪的剪切机构进行分析研究。采用复数矢量法建立曲柄摆式飞剪剪切机构的运动学模型并分析其运动学特性,求出剪切机构的剪切刃位置轨迹和水平方向上的分速度参数表达式,得出了上、下剪切刃的运动轨迹曲线和速度曲线。分析研究结果为同类产品以后的运动学研究提供了有力的参考数据和方法。     

Neural network approach to ultrasonic flow measurements

Mathematical models and numerical methods offer a flexible tool to investigate flow disturbance effects on flowmeters of different types. In this paper a simple neural network based approach has been used to study the velocity profile dependence of ultrasonic flowmeters. Neural networks have been used in two ways: to interpolate the velocity profiles in the points needed for the modelling of ultrasonic flow measurement, and to compute the weights for different paths of multipath ultrasonic flowmeters. In the former case two types of neural networks, multilayer perceptron networks and radial basis function networks, have been investigated. In the latter case, a single layer neural network with linear neurons is first trained with known velocity profiles, and the weights determined by the network have then been used in the computation of the errors in other piping configurations. The results have been compared with the errors computed with the weights for different paths given in Pannel CN, Evans WAB, Jackson DA. A new integration technique for flowmeters with chordal paths, Flow Measurement and Instrumentation 1990;1:216–224.     

一种新的带有优化参数的曲线插值算法

提出了一种带有优化参数的有序点列插值算法.以给定的有序插值点列中每相邻两点划为一个插值区间;在[0 360°]的角度空间中,选取一系列固定间距的角度jθ并构建插值初始向量[cos(jθ)sin(jθ)];依次把初始向量代入首个插值区间中,按照算法选用适当的插值函数进行此区间内的插值并得到此区间内的插值曲线,并把插值曲线在此区间结束点处的切向方向向量作为下个相邻插值区间的初始向量,直至完成所有区间的插值;计算每条曲线的指标函数值,取使其达到最小值的θ所生成的插值曲线为最终结果.实验表明,此方法生成的插值曲线具有稳定性好、适应能力强和曲线光滑等良好性质,在计算机造型、反求工程及运动轨迹描述等工程领域有重要的实用价值.