常用代数曲面求交新算法

提出了一种新的基于“结式法”的常用代数曲面求交算法,该算法首先利用结式法计算出两个曲面相交时交线的投影方程,再对投影方程进行分解等处理。通过循环计算从而得到投影交线的分支数及一系列的点,然后再代入相交的二次曲面方程即可得到两曲面的交线。该算法实现简单且符合求交算法的稳定、准确和快速等要求。     

基于仿射算术和区间运算的直线与NURBS曲线/曲面求交

针对直线与参数空间NURBS曲线、直线与NURBS曲面求交问题,提出了一种改进的基于仿射算术和区间运算的直线与NURBS曲线/曲面求交的有效方法。该方法将基于边曲率或面曲率的子域分解方法应用到求交算法中,快速定位预迭代区间,减少不必要的迭代求交判断。与传统区间迭代算法相比,该求交算法为超线性收敛的快速迭代算法,在一定程度上解决了传统区间运算的“保守性”。另外,该方法放宽了对初始区间的要求,减少迭代次数,提高了迭代算法效率。通过计算区间算子判断给定直线与NURBS曲线/曲面有无交点和存在交点时的交点数目,保证了求解交点精度,为解决直线与曲线/曲面多交点判断及内外环或内外域判断等问题提供了有利条件。数值算例验证了该方法的有效性、计算精度和效率。     

快速计算平面与高精度细分曲面交线的方法

为解决平面与高精度细分曲面求交效率低和稳定性差的问题,根据细分曲面网格拓扑结构特性,提出平面与Catmull-Clark细分曲面求交的高效方法。基于细分曲面的分片表示,将平面与复杂细分曲面模型的求交问题转化为平面与形状简单的细分曲面面片的求交问题。分析了平面与细分曲面交线的特点,将交线的交点分为起始交点、后续交点和终止交点三种基本类型。根据细分曲面面片网格拓扑结构特性,提出细分曲面面片多级分割技术。在此基础上,结合包围盒干涉检测技术,判断平面与细分曲面面片的相交性并计算起始交点。针对细分曲面面片规则的拓扑结构,计算后续交点和判定终止交点。根据细分曲面面片之间的拓扑关系,将获得的若干无序交线段排序合并为完整的有序交线。通过实例进行了算法测试,测试结果表明该算法具有较高的性能。     

三角Bézier曲面快速求交算法

提出一种三角Bézier曲面快速求交算法,该算法采用R*S-树建立三角Bézier曲面的动态空间索引结构,基于该索引结构快速获取相交区域三角Bézier曲面片集,通过设定离散精度阀值,在逼近精度允许范围内将相交三角Bézier曲面片均匀离散为三角网格,采用R*S-树建立离散后三角网格的动态空间索引结构,通过网格单元间的求交获取交线数据,进而通过查询共端点交线数据跟踪提取三角Bézier曲面的完整交线,实例证明该算法在逼近精度允许范围内可快速、准确获取任意复杂三角Bézier曲面交线,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

快速计算高精度细分曲面之间交线的方法

为解决细分曲面求交效率低、稳定性不足的问题,基于分治策略提出一种更加高效、稳定的CatmullClark细分曲面求交算法。采用新型数据结构实现细分曲面的分片表示,将细分曲面的求交问题转化为若干细分曲面面片的求交问题。对细分曲面面片进行多级分裂,并结合包围盒干涉检测技术获取相交网格集。利用细分曲面面片拓扑结构特性求解交线的首交点,同时建立相交网格边和相交网格面的选取规则,按序计算后续交点,得到细分曲面面片的交线。求出所有相交细分曲面面片间的交线后,再利用细分曲面面片间的拓扑关系合并细分曲面交线段。通过实例对算法进行了测试,结果表明,该算法在细分曲面形状复杂、细分次数较高的情况下能够实现高效、稳定的求交运算。     

曲面造型中一种快速的曲面跟踪求交算法

提出了一种新的曲面求交算法,采用精度好、效率高、计算稳定的迭代方法求得等参数网格线在曲面上的交点,并通过跟踪获得两曲面的交线。本算法由三个子算法组成,一个是求曲面上到固定点距离最近的点,一个是求参数网格线与曲面的交点,一个是求曲面与曲面的交点。为保证不遗漏交点,利用第一个算法对参数网格点进行分类,跟踪交点时利用第三个求下一个交点。与离散法求交相比,本算法具有计算稳定性、可靠性好,速度快,精度高的优点     

基于控制顶点的Bezier曲面交线算法

Bezier曲面求交问题是CAGD的核心问题之一。利用Bezier曲面片的控制顶点构造可展直纹面片,将Bezier曲面的求交问题转化为可展直纹面的求交问题,从而获得一种简单快捷的求交算法。     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

基于轨迹包络的三坐标测量空间曲面求交算法的研究

本文提出了基于轨迹包络的三坐标测量空间曲面求交算法,并分别讨论了同向表面与异向表面的求交过程,在三坐标测量中,该方法可直接利用采样数据进行求交计算,具有过程简单、速度快等特点,是一种简便易行的空间曲面求文算法。     

基于坐标变换的曲线曲面求交算法

利用坐标变换的方法,给出了二次曲线和二次曲面求交的解析算法。利用拉格朗日乘子法求解二次曲线和二次曲面之间的最小距离,给出了曲线与曲面相切的条件。算法表明,坐标变换可以简化求交运算表达式,使求交算法易于实现。根据得出的相切条件,可以有效地判断曲线、曲面是否有交,对相切情况的计算结果进行修正,可提高奇异情况下的求交稳定性。算法已在清软英泰公司开发的自主版权3维CAD软件GEMS中得到应用。     

数控插补离散路径的前瞻控制算法及其实现

针对目前数控小线段加工过程中频繁加减速引起的加工效率和加工精度降低的问题,提出了数控系统离散路径上小线段的前瞻控制方法。先对线段和线段之间的衔接角度进行分析计算,找出通过线段衔接的最大速度。由于速度同时也受限于线段长度,因此通过前瞻路径上各个线段之间的关系来确定前瞻控制的最优策略,最终确定数控插补的加减速过程。此前瞻控制策略在满足加工精度的同时最大程度地减少前瞻控制中的计算量。实例加工结果证明,本算法有效地提高了加工效率和加工质量。     

不规则曲面半精加工刀具轨迹优化算法

在采用高速铣削机床对材料进行粗加工和半精加工时,针对三坐标数控加工,提出了一种用于自由曲面恒定进给的刀具轨迹优化算法,该算法可用于不同曲率条件下的自由曲面加工。通过对轨迹进行优化,将刀具的中心位置偏置一个角度,从而得到符合实际要求的设计曲面。最后设计了不同的加工路线进行切削试验对比,结果表明,优化算法在实际加工中稳定可靠,完全满足加工精度要求。     

高精度张力控制器设计及补偿算法研究

针对绕线机对张力和速度较高的控制要求,提出了一种高精度张力解耦控制算法。在详细分析系统数学模型的基础上,将系统解耦为开卷辊恒张力控制和复卷辊恒速度控制。该算法将参考速度预测算法、前馈扰动补偿算法、张力反馈控制算法有机结合起来,实现了对张力和速度的高性能控制。通过构建以绕线机为对象的实验平台,对传统的张力反馈控制算法和所提出的控制算法分别进行实验。实验结果表明:该控制策略能有效地抑制卷径变化对张力和速度的影响,实现张力和速度的稳定控制。
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双电机驱动的精密伺服转台及控制系统设计

为满足某雷达伺服转台系统高精度、高动静态特性的要求,采取机械消隙和伺服控制算法相结合的方式,设计了一种基于双电机驱动的精密伺服转台及控制系统。首先根据该型雷达伺服转台的指标要求,详细论述了伺服转台及控制系统的设计原理和设备组成,其次在MATLAB/Simulink仿真软件中,建立基于双电机驱动的伺服转台及控制系统的模型,并进行了仿真试验。仿真结果表明,该双电机驱动的精密伺服转台及控制系统具有响应速度快、跟踪精度高的优点,满足该型雷达伺服转台系统性能及精度要求。     

基于机器视觉的平板式数粒机检测方法

以现代药品包装为应用背景,以新型平板式数粒机为研究平台,以机器视觉技术为研究重点,提出了一种基于机器视觉的平板式数粒机的检测方法。该检测方法可用于药品颗粒的缺陷检测和计数算法的研究。实验结果表明,基于机器视觉的平板式数粒机检测方法可达到用户的要求,实现高速度、高效率、高精度的在线检测计数。     

基于机器视觉的VCM磁钢检测系统设计与研究

针对目前VCM磁钢片轮廓尺寸的检测方法存在检测速度慢、精度低等问题,设计了基于机器视觉的VCM磁钢检测系统的总体结构。视觉检测系统采用了中值滤波滤除噪音,利用Canny算子定位边缘轮廓和8-连通法提取图像边缘信息,采用基于链码的实时拐角检测算法求拐点,对轮廓线进行分段识别和重构,并用最小二乘法拟合轮廓,实现尺寸检测。用该系统对VCM磁钢片样品进行实验及数据分析,并与传统的三坐标测量仪的检测结果进行对比实验。实验结果证明了该系统能满足VCM磁钢片的实际工业在线检测需求。     

遗传算法的数字图像相关搜索法

研究了基于遗传算法(GA)的图像相关搜索方法并进行了实验。实验结果表明:基于GA的搜索方法,u的标准差为0.022 pixel,v的标准差为0.032 pixel。这种方法优于以往的全局搜索法,可以避免初值选取的问题,并且收敛速度快、精度高,适于数字图像相关中非线性、多峰值的全局优化。     

微粒群算法在模糊Petri网参数优化中的应用

模糊产生式规则的置信度的获得大多依赖专家的经验,使得基于模糊产生式规则的模糊Petri网参数难以获得.将微粒群算法引入到模糊Petri网的置信度寻优过程,提出一种基于改进的微粒群算法的参数优化策略,该算法对初始输入无严格要求,求解速度快、精度较高,提高了模糊Petri网的泛化能力,降低了对专家经验的依赖程度.     

NURBS曲线数控插补方法及误差控制

本文针对数控加工系统对空间自由曲线高速高精度加工的需求,讨论了已知型值点的三次NURBS曲线反算法,给出了求解齐次曲线的带权控制顶点的矩阵形式线性方程组,并提出相应的NURBS曲线插补算法。同时为了保证自由曲线插补精度要求,提出了进给速度能随曲线曲率自适应调整,实现高速高精度插补误差控制的方法。     

一种高速高精的路径动态前瞻规划算法

由于路径规划过程与速度规划过程之间缺乏信息交换,加工过程会出现加工速度与加工质量降低的现象,针对这一问题,提出了种高速、高精的路径动态前瞻规划算法。根据相邻加工路径之间的关系,规划出过渡圆弧半径的初始值;根据当前过渡圆弧与相邻的前一个过渡圆弧之间的关系,调整当前过渡圆弧的半径值;利用前瞻算法,结合具体的速度规划方式,进一步调整过渡圆弧的半径值,以确保加工过程中刀具既可以加速到路径所允许的最大速度,又可以在减速点前进行有效的减速。试验表明,通过将路径规划过程与速度规划过程相结合,算法在系统允许的误差范围内实现了有效的路径规划,并且最大程度地提高了加工速度,在保证加工精度的同时,提高了加工效率。