基于数据点正投影和曲面法矢的自由曲面造型

提出用控制自由曲面形状的数据点投影和曲面在数据点的法矢进行自由曲面造型的新思想。利用数据点的正投影 (二维坐标 )和曲面法线方向计算出数据点的三维坐标后 ,即可采用现有的自由曲面造型方法 ,如采用参数双三次样条曲面等自由曲面造型方法构造自由曲面。这种给定自由曲面数据的方法具有易于控制自由曲面形状、几何意义明显等优点     

关于B样条曲面造型及其刀位数据计算的探讨

复杂形状零件的几何建模是数控编程的首要环节，选择合适的曲面造型方法有利于刀位计算和数控加工编程；本文采用三次B样条曲线为基础的双三次B样条曲面造型方法，并给出了其矩阵表达式，在此基础上能十分方便地进行点矢和法矢计算；针对该造型方法，还给出了三轴数控加工中的刀位数据计算方法。     

主法向方向单调自由曲面简易骨架图生成算法

利用骨架图进行三维模型的相似性比较研究在工程中有着重要的应用,可以有效地解决检索与重用等问题。本文给出了一种用简易骨架图描述主法向方向单调自由曲面(沿曲面的主法向方向的任一直线与该曲面最多只有一个交点)的方法。首先,求自由曲面的总法向量,按照总法向量的反方向将自由曲面投影到二维平面上,得到投影曲面;然后,求取投影曲面的骨架点和骨架线;最后,将投影曲面的骨架线按照自由曲面的总法向量方向进行柱面拉伸与自由曲面产生交线,该交线就是自由曲面的简易骨架图。并将本文算法与MATLAB中求骨架算法进行比较,实验表明,本文所得的简易骨架图可以更好地描述主法向方向单调自由曲面的几何与拓扑特征,为比较自由曲面的相似性提供了理论技术基础。     

自由曲面形状信息及其反求

对自由曲面的快速反求系统进行了研究。将矩形光栅投影在被测表面上,利用光栅投影法测量自由曲面上每点高度信息。对测量的三维离散数据进行一种特殊的Hermite插值,通过重叠的矩形作用域迭加形成一个由矩形网格表示的新曲面。采用AutoCAD命令绘制三维自由曲面。     

基于点云数据的曲面法矢检测方法

针对航空制造现场自动制孔存在的法向修正错误问题,提出一种基于点云数据的曲面法矢检测方法。通过激光旋转扫描获取曲面上圆周点云数据,利用平面拟合来获得曲面法矢;利用抛物柱面模型与球面模型进行仿真测试与误差分析。实验结果表明：曲面法矢检测误差随曲面曲率半径的增大而减小;对于飞机蒙皮等曲率半径较大的零件,本方法的制孔法向精度优于0.5°。     

网格曲面数控加工编程分型线提取算法

针对复杂网格曲面分型线提取精度和效率不高的问题,根据非封闭自由曲面和封闭自由曲面的拓扑信息和几何特点,提出了2种基于投影方法的分型线提取算法. 对非封闭模型,首先将模型投影到平面并重新三角网格化,然后提取投影三角网格的边界,最后以平面三角网格的边界为检索信息在原始网格中检索得到自由曲面的分型线. 对封闭模型,根据模具分模的几何原理,提出通过建立封闭自由曲面凹模和凸模离散几何模型的方法提取封闭自由曲面的分型点,然后通过一环邻域点搜索法对分型点排序,得到分型线. 实验结果和数据分析表明,两种方法可以精确、高效地提取非封闭和封闭自由曲面的分型线,并可以确保分型点都是三角网格曲面的顶点.     

利用点云数据的法矢及曲率估算

测量数据的微分几何属性估算是逆向工程中区域分割以及曲面拟合的基础,对逆向工程研究具有重要意义。简单介绍了基于坐标转换法的法矢和曲率估算方法;以迭代的方式对估算值进行优化,提高了点云法矢和曲率估算的精度;试验结果表明,迭代优化方法简单可行,能够计算出精确的结果。     

AutoCAD环境下工程自由曲面的一种三维重建方法

提出一种AutoCAD环境下工程自由曲面的三维重建方法 ,根据投影栅相位法测得的三维离散数据 ,将 3DMESH命令与脚本文件相结合 ,实现自由曲面三维模型的自动重建     

应用灭点标定的立体视觉自由曲面三维重建

为了实现对自由曲面的三维空间数据的测量与重建,建立了立体视觉自动测量系统,并对该系统的非线性标定及立体图的匹配方法进行了研究.基于灭点理论法进行了系统的非线性标定,采用投射光斑法增加自由曲面的图像特征;提出了一种基于方向和距离约束的分片排列编码方法,对投影光斑进行排列编码.分别在左右图像上根据彩色点的位置关系自动确定一个初始匹配点和4个匹配方向,然后对其余点按照分片排列法进行自动排列编码.对石膏像的面部进行了三维测量和重构实验,实验结果表明:像物尺度比为0.08 mm/pixel时,空间点三维坐标测量的均方差为0.05 mm, 可以达到亚像素级测量精度;基于方向和距离约束的分片排列编码法,可以准确地进行投影点的编码, 并能够快速、有效地实现彩色图像特征点的全自动匹配.     

AutoCAD环境下自由曲面的一种反求工程方法

提出了一种AutoCAD环境下自由曲面的反求工程方法,利用投影栅相位法获得曲面的三维离散数据,并通过DXF文件接口程序,自动建立其三维曲面模型,方便有效地实现了自由曲面的反求。     

面向曲面重构的切平面法矢方向调整算法

提出一种基于法向距离的法矢方向调整算法。主要思想是根据法向距离阈值,把散乱点划分为平坦点和非平坦点两种类型;根据其邻近点是否有不平坦点来采用不同的法矢传播方式而无需建立散乱点法矢的Riemannian图;并提出了两次最近距离和一次k近邻遍历法加快了法矢的传播速度。应用实验球、切牙、磨牙、怪兽和全口牙模5个不同点云数据进行了算法验证,对怪兽和全口牙模法矢传播过程中遇到的死锁问题,使用三次最近距离法给予了解决。     

基于边界法线插值的两步法细分曲面造型

针对曲面造型中光滑边界曲线的插值要求（位置和法线），提出了两步法插值边界法线细分方法：首先按边界位置插值细分规则对控制网格进行一次迭代细分，分别计算其细分后的V点、E点、F点；然后调整边界点相邻顶点的位置来满足边界法线要求。该方法将插值边界法线先转化为邻城顶点的调整，后转变为单参数的求解问题，并通过实例验证了该方法能有效地控制细分曲面造型的边界形状。该方法对丰富细分曲面造型技术和推广其应用起到一定作用。     

三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算

提出一种用三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算方法,这种方法利用基于曲面的“点－向量”（point-vector)法用一系列小平面逼近直纹面,通过将工件坐标系旋转和平移使这些小平面依次与砂轮表面重合,然后对相关节点和矢量进行坐标变换,可以计算出床床的3个轴在相应位置的绝对坐标和相对坐标,应用这种方法,作者成功地解决了一个实际工程问题。     

Calculation of the unit normal vector using the cross-curve moving mask method for probe radius compensation of a freeform surface measurement

This paper proposes a cross-curve moving mask method to calculate the unit normal vector based on 5 or 9 data points of a freeform surface measurement for probe radius compensation. This is done in order to simplify the calculation and thus, produce a more efficient and time-saving process. Passing through the middle point and 4 or 8 neighboring points, two crossed curves – longitude and latitude can be constructed. The unit normal vector at the middle point can be determined by calculating the cross product of two tangent vectors along these two crossed curves. Different curve fitting methods for the curves passing through 5 or 9 data points, such as Bézier and B-spline methodologies, have been investigated. Three kinds of surfaces, namely, a spherical surface, a cosine-like surface and a shoe-shaped surface (hereby termed “shoe last”) are selected for evaluating the accuracy of the calculated unit normal vectors.     

不规则域曲面的数控测量规划和反求

在分析现有曲面测量规划的基础上,从曲面的测量和造型角度对曲面的合理离散化描述和自动测量问题进行了分析,提出了任意拓扑曲面的边界跟踪,优化网格的测点自动分布规划和四边,三角混合网格的生成方法,从而为复杂曲面零件的逆向反求提供了一种新途径。     

针对空间凸轮工作廓面的间接建模方法

由弧面分度凸轮的数学定义出发，提出和推导了通过基准曲面法向偏置获得工作廓面的间接建模方法，并通过建模实例对该方法进行了例证。     

回转形体点云的旋转轴线自动提取

固体火箭发动机推力线的测定是航天器精密安装领域的一项关键技术,也是回转形体旋转轴线提取的一种代表性应用。针对现有相关方法存在的结果不够客观、可靠性不高且适应性欠缺等问题,提出了一种基于表面法矢约束的回转形体点云旋转轴自动提取方法。首先,计算形体点云的表面法矢,通过设置最小二乘法矢计算标准差阈值剔除非可靠点集,用以对旋转轴计算结果进行质量保证;然后,选用可靠点作为种子点,依据种子点同纬点集法矢之间的特殊关系对此点集进行筛选,并对提取的同纬点集进行平面拟合和空间圆拟合,得到旋转轴初值;最后,根据点云表面法矢与旋转轴之间的位置关系列出最小二乘平差的目标函数,通过迭代平差求解初值的改正数,从而得到最终的旋转轴提取结果。通过实验测试,利用模拟数据和实测数据对方法的准确度和精密度进行验证。实验结果显示:有效采样间隔点云的旋转轴提取结果偏斜量达到0.01°以内,横移量达到0.02mm以下,表明提出的方法正确,可以实现对回转形体点云旋转轴线的高可靠性自动提取。     

逆向工程中自由曲面自组织重建研究

探讨了曲面密集三维散乱点数据的自由曲面自组织重建方法。建立了基于扩展自组织特征映射神经网络的自由曲面自组织重建模型及其训练算法。所建模型的网络神经元对曲面散乱点的学习来模拟曲面上的点与点之间的内在关系 ,神经元连接权矢量集重构曲面样本点的内在拓扑关系。经过训练 ,神经网络将整个曲面散乱点数据分成许多子区域 ,子区域的分类核心即为神经元连接权矢量 ,每个子区域用一个线性函数逼近 ,实现自由曲面自组织重建。计算机仿真表明 ,所建神经网络模型可实现三维密集散乱点数据自组织压缩及曲面自组织重建于一体。