逆向工程与曲面重构技术

重点分析逆向工程中常用的三种曲面重构方法,即B样条曲面、NURBS曲面及三角Bézier曲面的构造理论及方法,并介绍获得高质量重构曲面所必须的几项关键技术,即曲面点云数据的获取技术、测量数据的分割技术,曲面拟合及光顺技术。     

曲面修改在逆向工程中的应用研究

针对汽车A—class特征曲线高精度、高光顺性的基本要求,提出了基于控制顶点规范的Bezier曲面迭代微调方法,用曲面反算变换为NURBS曲面,经过基于最小弯曲能曲面修改以后,对进行外形优化。该法核心是控制顶点的微调计算和基于最小弯曲能曲面修改,实现对空间型值点的光顺拟合,实现迭代拟合过程的快速收敛,同时实现了曲面微调和曲面修改的自动化,使基于逆向工程得到的复杂曲面不仅满足精度要求,更可以进行美学设计。结合某汽车的A级曲面的点云数据实例,应用迭代微调有效地提高了生成CAD数据的效率和准确性。     

自由曲面测量点云数据的建模方法研究

本文提出了一种散乱点云数据的建模新方法。通过对点云数据进行空间三维划分，实现了边界信息的高效提取。采用局部曲面拟合方式得到位于截平面上的有序数据，使得无序的散乱数据形成了有序的阵列数据，实现了NURBS曲面的精确拟合。实验证明，该方法非常适合卷曲类模型的自由曲面重构，在某零件的测量、建模和加工中已经得到了实际应用。     

渐开螺旋面的数字化曲面及其计量特征

真实齿面的数字化重建是虚拟仿真与测量的重要基础,提出了基于几何线特征的渐开线齿轮齿面的数字化曲面构造方法,根据渐开线齿轮齿面的渐开线、螺旋线和接触线三条特征线之间的相交关系划分齿面网格点,分别构造出三角面片组成的渐开螺旋面和双三次NURBS渐开线螺旋面。与三角面片集拟合得到的曲面进行面型拟合特征与拟合精度、特征线拟合特征与拟合精度的比对分析、特征线拟合精度与光顺性的分析计算。分析结果表明,两种数字化曲面具有明显不一样的特征,NURBS渐开螺旋面具有良好的精度和光顺性。     

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.     

基于逆向工程技术的汽车后挡玻璃曲面重构技术研究

以某车后挡玻璃为研究对象,通过三坐标测量仪非接触式测量获取零件曲面的点云数据,并利用UG软件进行点云数据处理,且基于NURBS曲面重构理论进行零件曲面造型,同时对曲面进行光顺性检查。与传统的设计方法相比,提高了工作效率,缩短了新产品的研发周期。     

SOFM和NURBS为基的散乱数据点自由曲面重构

利用自组织神经网络对原始曲面上的散乱数据点进行聚类,应用Unigraphics软件中的NURBS对聚类数据进行曲面重构,以获取原始曲面的CAD数字化模型.具体方法是利用Unigraphics软件设计原始曲面,在所设计的原始曲面上随机设置大量的散乱点数据,应用MATLAB中的神经网络工具箱中的自组织神经网络,对原始曲面上的散乱点数据进行聚类,获取样条曲线,再应用Unigraphics软件中的NURBS完成曲面重构.     

散乱测量数据多层次B样条逼近曲面拟合算法

提出了一种散乱测量数据的快速曲面拟合方法。该方法使用由粗到精的有继承关系的控制网格分级,从而产生相应的拟合逼近函数,每一级都比前一级更加逼近测量数据。拟合曲面的精度与光顺性可通过适当选择分级层数得到控制。当控制网格分级足够多,密度足够大时,最后拟合结果是插值于测量数据的C2连续曲面。     

反求工程技术在复杂曲面重构系统中的应用

论述了针对注塑零件复杂曲面的反求设计,提出运用CCD白光光栅非接触工业相机采集点云数据,将点云数据加载到Geometric软件中,利用NURBS曲面重构方法和插值算法,进行点云数据筛选,构造点云特征网格和曲面拟合,得到点云曲面的三维重构.实践证明,基于Geometric系统的NURBS曲面重构方法,在复杂曲面为原型实体重构的反求设计中具有理想的应用价值.     

一种散乱数据曲面拟合算法

这里提出了一种散乱数据点的曲面拟合方法。首先，先对点云进行网格划分，然后采用二次曲面的最小二乘拟合确定网格点的坐标。再对这些行的网格点进行蒙皮曲面造型，生成B样条曲面。为了得到更高精度的逼近曲面，以此曲面为基面，采用B样条曲面的最小二乘拟合方法对原始散乱点云作进一步参数化。从而可以获得较高逼近精度的曲面。最后给出的算例证明此方法是简单有效的。     

电脑横机移圈针的电化学抛光

分析了移圈针表面缺陷产生及应用传统抛光方法无法解决的问题,提出了对移圈针局部光整的电化学抛光方法,并用电化学抛光方法分别对移圈针的针钩内侧面和齐肩部位进行局部抛光研究,结果表明:电解抛光对针钩内侧面的细微褶皱去除能力很强,抛光后表面光滑、无褶皱;对细化齐肩部位冲压面粗糙度的能力有限,光泽度较差,但冲压面上的凸起缺陷大部分被抛光去除,整个表面圆滑无尖锐峰。     

控制边界条件实现相邻曲面的光滑连接

相邻曲面的光滑连接是曲面造型的关键技术，相接处使用倒圆角的设计方法已经不能适应时代发展对外观审美的要求。着重阐述了在使用Pro／Engineer2001软件设计零件时，如何合理选择边界类型、准确控制边界的相切条件，以实现相邻曲面的光滑连接，并归纳出几种常用的复杂异型曲面的应用场合和构建方案。     

基于解析伪谱法的四边PDE曲面生成方法

为解决高效、快速、精确地生成曲面等问题,将偏微分方程（PDE）应用到曲面生成中（PDE方法优越性在于可以通过相对较少的参数生成一张光滑的曲面）。研究了用解析伪谱法快速生成一张解析近似的四边PDE曲面片,与分离变量法不同的是,该方法生成曲面的近似解由3部分组成：一个特征函数;一个多项式的解,两者皆可精确地满足偏微分方程;附加一个剩余函数,以确保精确的满足边界条件;进行了相同边界条件下分离变量法与解析伪谱法生成曲面的试验。实验结果表明,解析伪谱法生成的PDE曲面较分离变量法精确度高,且更为光滑。     

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论，并用软X射线反射率对超光滑表面进行散射测量，同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗度均方根值，从计算结果来看，两种理论所得结果与WYKO测量结果吻合较好。     

基于临界约束的四轴数控加工刀轴优化方法

针对自由曲面四轴加工中复杂刀具运动导致的干涉和刀具运动不连续等现象,提出一种基于临界约束的刀轴优化方法。基于刀具与工件约束曲面之间的相对位置关系,利用曲线上的点搜索算法确定切触点处的临界刀轴矢量,并计算当前切触点刀轴摆动的可行域;以切削行内所有切触点的刀轴可行域为基础,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现了自由曲面四轴加工无干涉刀轴矢量的光顺控制。整体叶盘四轴加工试验表明,利用此方法获得的刀轴矢量可以显著改善机床运动的连续性,并避免刀具干涉的产生,提高了加工质量。     

Numerical simulation of an elastohydrodynamic point contact taking into account local irregularities of the moving surface

We formulate and numerically solve the problem of elastohydrodynamic point contact, taking into account that one of the two lubricated contact surfaces has a single irregularity in the form of a hump or hole. Three variants are considered: movement of a surface with an irregularity relative to a fixed smooth surface (slip mode); movement of a surface with an irregularity at a rate equal to the speed of a smooth surface (rolling mode); and movement of a smooth surface relative to a stationary surface with an irregularity (pure slip mode). For the first two modes the problems is solved in a non-stationary statement and for the third it is solved in a stationary statement. The features of influence of the kinematic conditions on distributions of pressure and thickness of the lubricant slick in the contact zone are shown. A numerical algorithm for solving systems of equations and inequalities was based on the Newton method and application of an implicit difference scheme for approximating unsteady equations.     

基于NURBS的自由曲面精确拟合方法研究

提出了一类卷曲模型的NURBS曲面建模新方法。借助提出的截面轮廓设计技术,构造了点云数据的系列截面轮廓线,并以蒙皮操作为基础得到了能反映点云基本几何特征的基面。应用参数校正技术,给出了一种合理且比较有效的基面参数化方法,并由此用加权最小二乘算法实现了基于迭代的NURBS曲面的精确拟合。实际的算例结果验证了方法的实用性及精确性,非常适于模具型腔建模。     

弹丸药柱表面处理机械系统研究

弹丸是火炮的主要组成部分,本文通过弹丸药柱光滑面和引燃面处理机械系统的研究,改进弹丸药柱的加工方法。详细介绍了弹丸药柱表面处理机械系统的工作原理,并介绍了传送装置、装夹装置、光滑面处理装置和引燃面处理装置的机械设计和实现的功能。     

基于Pro/E的浏阳河酒瓶模具设计

基于Pro/E环境介绍了酒瓶模具的设计方法,玻璃模具有其自身的特点,其中重要的是分型面的建立方法,本文以浏阳河酒瓶为例,提出一种建立酒瓶模具分型面的新方法,即平整和复制方法.该方法易于掌握,在酒瓶模具的设计中有广泛的应用前景.     

Leaflet geometry extraction and parametric representation of a pericardial artificial heart valve

Reverse engineering technology was used to reconstruct the complex leaflet geometry of a commercial pericardial valve in our study. Results show that the three-dimensional computer-aided design model of the leaflet surface can be rendered by fitting the surface either to cloud points or by a group of B-splines fitted to a set of cloud points that had been obtained by the process of laser-scanning digitizing. However, an acceptable smooth surface is usually not guaranteed and additional manipulation is required. An alternative method is introduced in this paper, which involves the fitting of an equation to the leaflet geometry to create a smooth surface. The geometrical profile of a pericardial artificial heart valve was scanned using a laser digitizing system. The leaflet profile is represented as a set of cloud points. A quadric surface is fitted to a set of unique points, which were located on the set of cloud points. A mathematical equation is obtained by solving a least-squares fit. The geometry of the fitted leaflet surface has been proven to be closely represented by an elliptical hyperboloid. The quadratic equations of the leaflet curvatures, calculated along both the circumferential and the radial directions, resulted in simple hyperbolic curvatures. The advantages of using elliptical hyperboloid geometry for the leaflet surface are discussed and compared with other types of conicoid geometries. The concepts of parametric representation of the leaflet geometry and parametric design for leaflets are discussed. A smooth surface without inflection points and with an adjustable surface area suitable for a series of stent sizes with incremented diameters is created by this method of a single parametric design. Finally, a generic method to apply the geometry extraction and parametric representation to most pericardial heart valve prostheses was discussed. The application to valves with natural shape was introduced, challenges were identified, and a technical solution was proposed.