基于轮廓约束点的B样条曲面拟合算法

提出了一种面向截面测量数据的B样条曲面拟合算法。首先对原始数据点列进行降噪处理,然后遴选出曲率优势点,并将其作为初始的轮廓约束点,得到插值于约束点的初始曲线。再在需改善拟合精度的区域增加约束点,直至获得满足精度要求的B样条曲线。最后以约束点数目最多的曲线为准,在其余的曲线上增加差额数目的约束点,并进行平均弦长参数化,构造出B样条曲线簇,最终获得B样条拟合曲面。仿真实验结果表明,该方法可显著压缩曲面模型的控制顶点数目,具有较高的曲面重构效率。     

基于自适应测量和实时重构的自由曲面特征产品的逆向研究

为提高自由曲面测量速度和重构精度,基于三坐标测量机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μ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。     

流形网格曲面上测地B样条插值

针对现有曲面上自由曲线设计方法的不足,提出一种插值于流形网格曲面上给定点列的测地B样条曲线生成方法。用流形网格曲面上两点间的最短测地线代替欧氏空间中的两点间直线,将欧氏空间中的德布尔算法拓展到曲面空间,得到流形网格曲面上的测地B样条表示形式。对于给定的约束于网格曲面上的点列,基于欧氏空间中的B样条插值理论,反算出其控制顶点,将这些控制顶点投影到网格曲面上,作为待求曲线的初始控制顶点,生成初始的测地B样条曲线。为使曲线尽可能逼近于型值点,提出反向误差补偿策略,通过简单迭代求取约束于网格曲面上的控制顶点。根据曲线的凸包性,将曲线所在测地凸包区域与整体网格曲面虚拟分割,使插值测地B样条曲线的计算量仅与曲线所在测地凸包区域内的网格顶点数有关,而与整体网格大小无关,从而大大减少计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

基于UG曲线光顺拟合二次开发算法

为了解决涡轮叶片曲面不光顺而造成的数控加工刀轨生成失败的问题,本文针对叶片曲面截面线进行光顺拟合,提出了一种三次非均匀B样条曲线整体光顺逼近算法。该算法建立了一个由最小二乘法、型值点曲率和、型值点曲率变化和三项组成的目标函数,并利用高斯消元法求出最优控制顶点坐标序列。该算法可以使曲线在给定的逼近误差范围内,实现型值点曲率和降低的同时,曲率变化也更加均匀。最后将算法程序嵌入UG5.0二次开发程序中实现自动光顺拟合模块的开发,并通过与已存在的算法进行光顺效果对比实验,验证了本文算法更有效。     

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。     

基于CMM测量数据的快速曲面重构

该文针对CMM测量数据呈扫描线分布的特点,用Visual C++开发软件结合OpenGL图形显示库,以非均匀B样条基为核心,开发了非均匀B样条曲面重构软件.通过与专业逆向造型软件imageware的比较,证明了该软件能快速、有效、精确地完成曲面重构过程,为整个逆向工程节省时间.     

一种新的网格曲面上的特征线提取方法

提出一种新的三角网格模型的特征线提取方法。首先交互地选取几个初始特征点,利用追踪投影法确定初始特征线;对初始特征线进行均匀采样,找出采样点n环邻域内平均曲率最大的点作为新的特征点;利用这些新的特征点拟合B样条曲线;将B样条曲线投影在三角网格曲面上。实验结果表明,利用该方法获得的特征线比较光滑而且逼近特征。     

基于实时重构的自由曲面自适应布点方法

针对现有的自适应算法计算量庞大、在工程中可应用性不强的缺陷,提出在等距法布点的基础上,对测量点进行实时重构来指导三坐标测量机根据曲面本身特性自动增加测量点的方法。测量过程中,当通过拟合五次B样条曲线、三次B样条曲面判断现有测量点不满足精度时,利用两侧测量点的曲率半径,计算出需增加测量点的准确位置,重新拟合包含新检测点的检测样本,直到满足精度要求。以曲面样件为例,辅以计算机图形可视化验证该算法,实验结果表明该方法测量精度及重构精度均可满足数字化检测要求,且在工程应用中相比曲率自适应算法其计算量大幅下降,有效提高了曲面检测效率。     

曲线上采样点分布策略研究

在用三坐标测量机进行复杂曲面检测过程中,曲面上采样点分布的好坏决定了曲面检测的效率和质量,而曲面主要由曲线构成。通过对曲线采样点的分布进行研究来提高曲面的检测效率和质量。在分析和讨论了曲线上采样点的一般采样方法后,提出了对曲线进行采样的新方法——斜率差自适应法。通过实例验证和分析结果证明,斜率差自适应法可以用简易的算法实现采样点分布随曲率的变化而变化,并且可以取得比较好的拟合曲线。     

非均匀C-C细分曲面的曲率分析

分析了非均匀C-C细分的特点,为细分网格上正则部分的曲率计算给出了两种方法:基于网格顶点的曲率计算和基于网格面的曲率计算。这两种方法都能精确计算出网格的正则点在极限位置的曲率。对于以面为基础的方法,还能精确计算出网格的正则面在极限曲面上对应区域的任意参数位置的曲率。这两种曲率计算的方法也能够精确计算出网格正则部分的其它几何属性,如法矢量、主方向、主曲率等。对于奇异点附近区域的曲率,本文给出的算例用局部逐层细分的方式进行逼近。细分曲面任意位置的几何属性都可能需要计算时,本文的方法可以作为解析法的补充。     

The Pre-Processing of Data Points for Curve Fitting in Reverse Engineering

Reverse engineering has become an important tool for CAD model construction from the data points, measured by a coordinate measuring machine (CMM), of an existing part. A major problem in reverse engineering is that the measured points having an irregular format and unequal distribution are difficult to fit into a B-spline curve or surface. The paper presents a method for pre-processing data points for curve fitting in reverse engineering. The proposed method has been developed to process the measured data points before fitting into a B-spline form. The format of the new data points regenerated by the proposed method is suitable for the requirements for fitting into a smooth B-spline curve with a good shape. The entire procedure of this method involves filtering, curvature analysis, segmentation, regressing, and regenerating steps. The method is implemented and used for a practical application in reverse engineering. The result of the reconstruction proves the viability of the proposed method for integration with current commercial CAD systems.     

未知自由曲面三坐标测量新方法

三坐标测量机(CMM)通常难于实现对未知自由曲面的自动测量,首先需要人工进行测量路径规划,手动控制CMM测量,这种方法不但耗时且测量精度不高。本文提出了一种实时在线灰色预测模型用于控制三坐标测量机的测量。该方法分两个步骤进行:初始化数据测量和实时在线灰色预测自动测量。初始化数据测量主要完成预测用原始数据系列的定义,实时在线灰色预测自动测量则根据原始数据系列预测后续点来控制CMM进行测量。采用这种方法免去了对整个曲面进行测量路径规划,可快速准确地测量自由曲面上的数据而且明显减少测量时间。     

基于光学测量点云数据的CMM测量路径规划

在分析几种现有测量路径规划算法的基础上,提出了一种基于光学测量的CMM二次测量路径规划算法,该算法在已有光学测量零件点云数据的基础上建立邻近点信息,运用点云之间的曲率、距离特征信息提取采样点,以生成CMM测量路径。     

Sculptured surface recognition and localization strategy in the CMM process

This paper presents a sculptured surface recognition and localization strategy for the inspection process using the CMM. First, the database is generated from the CAD data based on the Z-Layer concept. Then, the three-dimensional shape of the object on the CMM table is constructed using a vision guided CMM. Two vision cameras are implemented to guide the CMM to the object, and B-spline interpolation method is applied to generate a surface that passes through the obtained data points. As a following step, the Z-layers of the generated surface are created and the geometric properties are calculated to determine the best matching surface in the database. Rough location and orientation of the object are determined by analyzing the image data, and the minimization algorithm is applied as a next step to obtain more accurate localization results. The experimental results show that the proposed method can be applied effectively for sculptured surface recognition and localization in the inspection processes.     

基于矢量相似淘汰算法的CMM测量路径规划及仿真检验

在分析现有三坐标测量机(CMM)测量路径算法的基础上,提出一种基于已知CAD模型和矢量相似淘汰算法的CMM测量路径规划方法。该算法根据测量邻近点之间的曲率变化关系,优化选择测量点,生成测量路径和DMIS程序。同时,建立了DMIS程序仿真检验平台。试验证明,经过仿真检验平台检验调试的DMIS程序可直接运用于CMM测量,并可取得良好的测量效果,大大提高了三坐标测量的效率和精度。     

Reverse engineering of compound surfaces using boundary detection method

This paper proposes an efficient reverse engineering technique for compound surfaces using a boundary detection method. This approach consists in extracting geometric edge information using a vision system, which can be used in order to drastically reduce geometric errors in the vicinity of compound surface boundaries. Through the image-processing technique and the interpolation process, boundaries are reconstructed by either analytic curves (e. g. circle, ellipse, line) or parametric curves (B-spline curve). In other regions, except boundaries, geometric data are acquired on CMM as points inspected using a touch type probe, and then they are interpolated on several surfaces using a B-spline skinning method. Finally, the boundary edge and the skinned surfaces are combined to reconstruct the final compound surface. Through simulations and experimental works, the effectiveness of the proposed method is confirmed.     

弧齿锥齿轮测量齿面的NURBS重构

利用三坐标测量机获得了弧齿锥齿轮齿面上采样点的坐标值,然后采用双三次NURBS插值方法拟合出了数值齿面,能够为弧齿锥齿轮的数字化啮合分析提供参数化的齿面模型。最后,通过一个实例说明了该方法的可行性。