自由曲面自适应采样测量方法的研究现状

介绍了自适应采样测量方法的原理,分别对CAD模型己知与未知时自由曲面测量的国内外研究现状进行了综合评述,并展望了今后的研究方向。     

基于等照度线的自由曲面轨迹生成法

目前关于自由曲面轨迹生成的算法有很多,但加工效率受所生成轨迹的长度影响,提出一种基于等照度线的自由曲面轨迹生成法,在整体生成轨迹的基础上,考虑局部路径间的残留高度,在根据需要进一步细化,使整体残留高度在误差范围内,减少了总体刀具轨迹的长度,提高了加工效率,通过实例相比较,证明可以获得更高的表面质量。     

基于等参数线的B样条曲面类型识别方法

针对自由曲面难以分类的问题,提出一种基于等参数线的B样条曲面类型识别方法。利用平面二次曲线存在直角坐标变换下的不变量以及平面三次曲线的拟合识别平面等参数线类型,对于拟合为平面三次及以上的曲线,通过添加拐点数量来细分曲线类型。对于U向和V向等参数线族之一为平面曲线族的空间等参数线族,提出以平面等参数线族的空间位置关系确定柱面曲线的母线方向和回转面曲线的回转轴线,将空间曲线识别为柱面曲线和回转面曲线,通过最小二乘法将还不能识别的空间等参数线进行圆柱(锥)面拟合。以共面、共平行平面、同轴、共垂直平面、共交点、点在线上、共交线、共相切圆柱面和空间一般关系定义等参数线族的内部几何位置关系,以公共交点、公共方向矢量、公共轴线和空间一般关系定义等参数线族之间的几何位置关系,并进一步提出等参数线族的排序、修正和编码方法,通过等参数线结构码实现B样条曲面的类型识别。最后给出了典型编码曲面的实例,通过实例验证了所提方法的有效性。     

自由曲面的快速坐标测量方法

自由曲面是一类复杂曲面,在模具型腔、工艺品表面、发动机叶片等领域广泛地应用。通常自由曲面采用一系列离散型值点表示,在型面测量中也是测量这些离散点型值点的坐标值,通过比较测量值与理论值的差别,判断加工曲面是否合格。在自由曲面的型面测量中,坐标测量机是一种广泛使用的测量设备。     

基于坐标测量机的自由曲面检测采样策略

为了实现自由曲面快速精确的检测和评定,研究了检测过程涉及的采样策略。提出采用随机Hamersley采样、简单随机采样和列系统采样3种方法设置自由曲面上的测量点。采用拟粒子群算法优化变换参数,实现被测曲面与设计曲面之间的定位,采用曲面细分法搜索设计模型上与被测点距离最近点以计算自由曲面轮廓度误差。为了对基于坐标测量机(CMM)在不同采样策略下的检测结果进行比较,采用非均匀有理B样条生成零件设计模型,选择相同的加工工艺在不同的加工中心加工多个零件得到粗糙度不同的自由曲面。最后,使用CMM在所设计的采样策略下实测零件,用提出的方法计算零件的轮廓度误差,并与CMM内置软件的计算结果进行比较。实验结果显示:选择随机Hammersley采样法和中等采样点数的采样策略检测效果最佳,不仅测量精度高,而且耗时少、成本低。应用提出的方法计算自由曲面轮廓度误差时,其精度比由CMM内置软件计算结果高10%~22%,表明提出的方法适用于自由曲面零件轮廓度误差的快速精确检测与评定。     

基于单目视觉的自由曲面三维坐标测量方法

本文将单摄像机与三坐标测量机结合设计了一种自由曲面的三维坐标测量方法.自由曲面的表面经坐标测量机带动摄像机序列采集图像后形成图像体积,然后使用调焦评价函数在图像体积内寻优判断,找到自由曲面的正焦图像表面.根据物像关系式和正焦图像表面即可推得自由曲面点的三维坐标.经实验比较,本系统测量结果与接触式坐标测量机测量曲面点Z坐标极限偏差13 μm.     

基于自适应采样的曲面加工误差 在机测量方法

基于模具在机测量的自适应采样结果,提出一种新的获取自由曲面加工误差的方法。该方法首先基于自适应采样获取加工曲面上少量测点的坐标数据,利用NURBS曲面重构来拟合加工曲面;然后基于广义牛顿法计算重构的实际曲面和理论曲面的法向距离,获得自由曲面的加工误差,并对实验加工的模具模型曲面的轮廓度误差进行分析。实验结果表明,基于自适应采样的加工曲面重构方法能够在机测量且有效地获得自由曲面加工误差。     

基于形状特征的自由曲面采样算法的研究

测点采样是自由曲面零件检测的关键步骤.基于零件的两个形状特征因子:曲率因子、局部曲面片大小因子,提出一种面向不同类型曲面的采样算法,推导出曲率因子、局部曲面片大小因子的计算公式,进而优选合理的采样方案.该采样算法具有适应性广、无需繁琐的迭代过程等特点.用NURBS表达曲面,根据零件的梯度信息模拟制造误差并考虑测量误差,对采样过程进行了仿真分析,仿真结果验证了该采样策略的有效性.     

自由曲面加工中的等参数螺旋轨迹生成方法

通过对刀具轨迹有效性的分析,将刀具轨迹规划分为曲面上曲线族的选择和有效合理排布方式的设计两个方面。以此为基础,针对数控加工中心的高速加工特性,提出一种等参数螺旋刀具轨迹生成方法。该方法以减少抬刀、路径转接为目的,并综合考虑刀具轨迹几何与运动力学性能。首先以等参数线型轨迹为基础,生成等参数环形轨迹,进而以对角曲线连接相邻路径,构造能够实现连续切削的等参数螺旋轨迹。仿真试验表明该方法,简单实用,而且避免了轮廓偏置中的干涉检测,特别适用于自由曲面的高速数控加工。     

未知自由曲面数字化自适应采样方法

为实现逆向工程中未知自由曲面高效、高精度的数字化测量,提出一种基于探路法的自适应采样方法。在接触式测头(Touch probe,TP)的两侧各安装一个点激光测头(Point laser probe,PLP),建立坐标转换模型将各个测头的测量值统一到基准坐标系下。逐行采样过程中,在测量方向上,PLP用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理并拟合成B样条曲线,根据拟合曲线的曲率特征为TP测量规划合理的测量路径,TP以探路结果为指导完成自适应采样。在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面。仿真和试验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,有效地提高未知自由曲面数字化采样的效率和精度,为逆向工程提供良好的采样数据。     

自由曲面的非等参数超声检测轨迹生成算法

针对复杂曲面工件内部缺陷的超声检测，提出了一种新的近似等弧长超声检测轨迹生成算法。该方法采用近似等弧长方法对参数重新进行参数化，使生成的扫查点间距分布更合理，与等参数的复杂曲面超声检测轨迹生成法相比，在满足扫查要求的前提下，检测点数明显减少，从而可生成更有效的检测轨迹。仿真实验表明，所提出的方法是有效、可行的，运用该方法可提高工件的检测效率和检测系统的利用率。     

基于多项式伸缩因子的参数曲面自由变形

为得到理想的参数曲面造型效果,构造了一种新的基于多项式的伸缩因子,它不仅具有已有伸缩因子的特性,还具有区域峰值性;同时,扩展了参数曲面自由变形方法,将变形区域由圆域推广至四边域。在将伸缩因子作用于待变形曲面方程时,通过交互改变控制参数来控制曲面的形状,从而得到变形效果。实验结果表明,该方法计算简单、易于控制,可以得到丰富的变形效果。适用于几何造型、计算机动画、CAD/CAM等领域。     

裁剪曲面加工中的等参数线轨迹连接方法

针对传统等参数线轨迹连接方法的不足,提出一种简单有效的等参数线轨迹Zigzag连接方法.在该方法中,刀触点被封装成带有输入输出端口的形式,刀触点可以利用自身端口和其他刀触点的对应端口相连.为有效地组织离散的刀触点,该方法使用一种称之为轨迹线网的数据结构.为了获得轨迹线网,按连接特征点在环上的位置组建了双循环链表,以在双循环链表中查询到的信息确立轨迹线间的连接关系.在获得轨迹线网后,为了求取子轨迹,通过用户指定的端口利用轨迹线网来搜索可用路径:另外,为了简化子轨迹问的全局连接,采用一种简单的方法来替代传统的启发式算法.通过仿真试验,验证了有效性,并说明能处理带孔裁剪曲面的特点.     

三角网格曲面等参数线刀轨生成算法

提出一种三角网格曲面等参数线刀轨生成算法。采用调和映射的方法对三角网格曲面进行参数化,给出了四种等参数线刀轨规划方式;根据网格模型、投影网格和参数网格之间的对应关系,由残留高度确定参数网格中的x或r参数线;在此基础上,采用“区域划分”的方法快速生成了无干涉、无冗余数据的网格曲面等参数线行切和环切刀轨。实验结果表明该算法是可行和有效的。     

基于MasterCAM自由曲面加工刀具路径优化

为提高自由曲面数控加工的切削效率和加工精度,对自由曲面三坐标数控加工刀具路径工艺特点进行研究。分析了在MasterCAM软件内可采用的几种刀具路径规划方法及其实现的约束条件。研究了该软件内由参数线法、路径截面法和等残留高度法等三种算法生成各种刀具路径的优缺点,并根据三种算法所生成刀具路径的特点优化加工各种曲面的刀具路径。通过实例对三种算法所生成的刀具路径进行应用比较,结果表明,根据曲面形状特点合理选用及规划刀具路径,可提高刀具路径对曲面形状变化的适应性,减少残留高度,从而提高切削效率和加工质量。     

基于三坐标采样点数对自由曲面检测精度影响的研究

自由曲面的检测精度主要受加工、采样点数、测点分布、测量设备等诸多因素的影响。本文主要针对采样点数对自由曲面检测精度的影响进行研究,采用等参数测点分布的方法,在相同的测球直径下,对同一自由曲面进行不同的采样对比,并对检测数据进行数学分析,得出较优的采样点数。     

基于蚁群算法的自由曲面测量路径优化

为了提高复杂零件的测点检测效率,研究了三坐标测量机的自由曲面测量路径优化问题。首先分析了自由曲面的测量路径规划构成,确定路径优化的目标函数。其次,修改了求解旅行商问题的蚁群算法,使本算法适用于求解自由曲面测点路径优化。然后,以参数曲面为例,进行了计算机仿真实验和实际的三坐标测量机检测实验。实验表明:蚁群算法测点路径优化的结果要优于禁忌搜索算法和遗传算法,所采用的算法取得了良好的效果。     

面向CAD/CAM技术的自由曲面测量方法

针对自由曲面的CAD／CAM建模造型过程,三坐标测量数据获取和数据处理方法是实现CAD／CAM技术的基础。探讨采用点接触式三坐标测量机对自由曲面进行检测时,面向CAD／CAM造型设计过程的自适应测量方法中的相关技术。     

基于改进遗传算法的自由曲面测量路径优化

为提高三坐标测量机对自由加工曲面的测点检测效率,针对传统遗传算法收敛速度慢且易陷入局部最优解的问题,引入自适应调节机制,从种群个体的适应度分布情况与个体适应度值两个方面实现交叉与变异概率的自适应参数调节,提高了算法效率,降低了早熟概率;采用贪婪交叉算子与贪婪倒位变异算子,加快了算法的收敛速度。实验结果表明,改进的遗传算法能够更高效且优质地完成自由曲面测量路径优化。     

复杂曲面的三坐标测量机采样参数选取

为了提高复杂曲面零件测量精度,研究三坐标测量机若干采样参数对复杂曲面离散数据法向偏差的影响。文章以采样间隔和测量直径两组采样参数为研究对象,先通过理论分析两组采样参数对复杂曲面测量精度的影响,然后通过实验方法研究两组采样参数对复杂曲面法向偏差的影响,最后对实验数据进行统计分析,得到复杂曲面法向偏差图。研究结果表明:采样间隔和测球直径越小,曲面法向偏差越大,越能够反映曲面实际轮廓,提高了测量精度,保证了测量结果的准确性。