基于迭代微调的车灯反射器复杂曲面快速逆向建模

面向车灯反射器配光曲面建模中高精度和高效率的基本要求,提出一种基于迭代微调的复杂曲面快速建模方法.该方法通过对曲面基本骨架曲线控制顶点的微调计算,使曲面能够较好地满足精度误差控制要求,同时迭代拟合过程的快速收敛,实现了曲面微调过程的自动化,从而保证了高效的曲面逆向建模.设计实例表明该方法能够稳定、快速地创建高精度的车灯反射器曲面,有效地提高企业生产效率.     

散乱点曲面拟合及在车身曲面中的应用

提出了一种基于NURBS 曲面的散乱点参数曲面拟合方法,可以对散乱点云数据进行插值或基于最小二乘意义下的光顺拟合。完成了软件开发并在汽车车身外形曲面设计中得到了应用。NURBS曲面的优良品质保证了这种方法计算稳定,生成的曲面满足光顺要求。     

截面数据的B样条曲面重建研究

针对截面数据 ,研究其B样条曲面重建问题。给定节点矢量、依据最小二乘方法生成初始拟合曲面 ;为了提高拟合精度 ,采用迭代最近点方法优化修正数据点的参数 ,进而生成符合精度要求的拟合曲面。实际算例表明该算法简单、实用、可靠     

裁剪B样条曲面重建算法研究

提出了具有不规则边界的裁剪B样条曲面重建方法。采用基准平面对数据点进行参数化，并建立以B样条曲面控制顶点为未知量的超定方程组；提出了基于有效点判别条件的孔洞识别算法，通过对孔洞区域的控制顶点施加顶点形状保持约束,确保方程组最小二乘解的存在；基于误差控制重构B样条曲面整体覆盖数据区域，通过边界线提取或曲面求交剪裁来重构裁剪曲面的边界。该方法具有符合设计意图、曲面在孔洞区域具有良好的形状一致性、曲面重构精度高等特点。     

点云部分缺失条件下边界曲面直接拟合技术

针对零件数据采集过程中可能出现的测量数据边界不完整的情况,提出一种点云部分缺失条件下边界曲面的直接拟合算法。对于两种不同的边界曲面类型,选择相应的方法自动构造贴近点云的基面;对点云中的点进行基面投影参数化的同时,运用改进的病态指标准则确定基面的病态控制顶点;在曲面拟合过程中,通过对病态控制顶点的抑制和加入离散边界约束条件,使得拟合得到的边界曲面在逼近点云的同时保持了良好的曲面内部品质,且和周围曲面之间达到近似G1连续。工程应用实例验证了提出算法的有效性及实际应用价值。     

基于B样条曲面的点云孔洞拟合填充

为了后续曲面重构的需要,针对有孔洞的点云数据,提出了一种孔洞拟合填充的自适应方法。由于孔洞与其周围离散点有一定的连续性,该算法首先从孔洞周围已有的点云数据中选取离散点,用新的参数化方法对得到的离散点参数化后,用最小二乘法进行自适应曲面拟合,对得到的拟合曲面通过迭代法逐步逼近优化,考虑曲率变化的影响在曲面上取点,实现了孔洞光滑填充。实例表明,改进的参数化方法使算法的复杂度减低,进一步迭代优化提高了曲面拟合精度,在面上取点时考虑了曲率变化,因此该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云中的孔洞填充。     

基于B样条曲面的点云孔洞拟合填充

为了后续曲面重构的需要,针对有孔洞的点云数据,提出了一种孔洞拟合填充的自适应方法.由于孔洞与其周围离散点有一定的连续性,该算法首先从孔洞周围已有的点云数据中选取离散点,用新的参数化方法对得到的离散点参数化后,用最小二乘法进行自适应曲面拟合,对得到的拟合曲面通过迭代法逐步逼近优化,考虑曲率变化的影响在曲面上取点,实现了孔洞光滑填充.实例表明,改进的参数化方法使算法的复杂度减低,进一步迭代优化提高了曲面拟合精度,在面上取点时考虑了曲率变化,因此该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云中的孔洞填充.     

基于点云数据机载薄壁共形件曲面重构技术的研究

为在CAD/CAE/CAM中使用精确度和光顺性良好的机载薄壁共形件三维模型,提出了一种基于NURBS理论的机载薄壁共形件曲面拟合方法。首先利用基于特征点的斜率分割法对共形件点云数据进行精简,通过建立目标函数对边界点进行B样条曲线拟合,然后构建双三次Coons面作为基面并将点云数据向基面逼近,最后利用迭代优化得到曲面控制顶点,从而得到满足要求的曲面。分析结果表明:拟合后的曲面具有良好的精确度和光顺性。     

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。     

基于刚架模型的多张B样条曲面变形

针对由多张B-spline曲面拼接构成的曲面形状修改问题,提出了一种多张B-spline曲面变形算法。通过将曲面片控制顶点网格进行“合并”来建立多张B-spline曲面的刚架模型;以刚架节点位移为未知量,建立节点载荷最小和节点位移最小的统一优化目标函数;将曲面片之间的光滑拼接条件抽象为节点相对位置约束,结合点约束、点和法矢约束共同组成约束方程组;采用罚函数法求解得到变形后曲面新的控制顶点。变形实例表明该算法是直观有效的。     

自由曲面数控加工刀具轨迹曲线的一种生成算法

提出一种自由曲面数控加工轨迹曲线计算方法。根据这一方法,可由自由曲面上一定数量的任意分布型值点来 计算曲面加工时的刀具曲线。算法的基本思想是,型值点影响并决定着其控制区域内的曲面形状,这种影响的大小与到 型值点的距离及权指数相关。分别给出了沿X向进给及Y向进给时刀具轨迹曲线的生成算法。讨论了算法中参数选取 对加工曲面形状及拟合精度的影响。     

基于加权双向递推模型的自由曲面反向工程方法

提出了一种基于加权双向递推模型的自由曲面反向工程方法。根据这一方法，可由已采集到的自由曲面上一定数量的任意分布型值点来反向工程出自由曲面。加权双向递推模型的基本思想是，型值点影响并决定着其控制区域内的曲面形状，这种影响的大小与到型值点的距离及权指数相关。给出了将区域划分为ｍ×ｎ的矩形网格下沿ｘ、ｙ方向的加权递推模型。讨论了该方法中网格划分和权指数对反向工程曲面形状及精度的影响。     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

An Approximate Lofting Approach for B-Spline Surface Fitting to Functional Surfaces

Owing to their specific functionality, surfaces are often given as bivariate functions including non-polynomial or higher-orde polynomial terms. It is necessary to represent them in standard formats such as non-uniform rational B-splines (NURBS) for approximation. As most such surfaces require fine quality of surfacing and high precision of manufacturing, accuracy should be guaranteed in their representations. As high accuracy is likely to result in bulky and redundant representations, it is also important to make them more com-pact. For NURBS surfaces, control points must be reduced without sacrificing accuracy. This paper presents an approximate lofting method for B-spline surface fitting to a functional surface within a specified accuracy. It adopts adaptive sampling and multiple B-spline curve fitting. The method is very effective when the surface shape is longish or the cross-sectional curves vary regularly in shape along a specific direction. Some experimental results demonstrate its usefulness and quality.This revised version with a corrected online cover date was published online in April 2004.     

凸凹模数控加工数据转换技术的开发及应用

论述了在凸凹模数控加工时如何处理测量数据点，生成边界曲线，边框曲面及拟合曲面的方法，讨论刀具运动轨迹的生成和编辑方法，并介绍数控加工数据转换技术在汽车覆盖件模具制造上的应用。     

An integrated surface modeling and machining approach for a marine propeller

For given data points on different cylindrical section curves of marine propeller during the design period, the fair fitting method with the least squares of the cubic B-spline curve has been used to form cylindrical section curves with different radius. Then the control points of the cylindrical section curves were used as new data points to process fair fitting in another direction, and the pressure surface and the suction surface of the propeller can be acquired at last. Aims to overcome disadvantages of the present machining method of propeller, such as lower machining precision and efficiency, repeated clamping, and limited machining scope, a new machining method—the second order osculating machining method—has been presented. By using this method, not only the cylindrical cutter and the machined surface can keep line contact, but also the propeller can be machined with one clamping. It’s very suitable for the machining of propeller with larger projected area ratio and the machining precision and efficiency will be improved.     

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.     

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.     

基于参数曲面建模的车身表面逆向设计研究

针对在汽车车身设计逆向工程过程中,由于雕塑模型的精度有限以及三坐标测量的机测误差,所得的散乱点不能真实反映曲面形状而建立了一种曲面拟合方法,能够减小误差较大点的影响,保证据散乱点求得的曲面最接近于"理想"曲面.并简述了车身曲面逆向设计拟合方法的数学模型和CATIA软件创成式曲面设计模块的主要功能.将车身曲面的逆向设计分为2D图纸和3D实物逆向设计2类,给出设计流程和应用开发实例,解决了设计中容易出现的问题.