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.     

一种基于机器人的曲面测量、建模和加工方法

提出了一种基于机器人的卷曲类自由曲面的测最、建模和加T路径生成方法.本文采用结构光测量方法设计了一种基于机器人的自动测量系统,实现了自由曲面零件的表面测量.根据测量数据和零件的形状特点提出了一种新的建模方法,该方法首先采用提出的截面法直接提取点云的边界,然后利用射线与局部拟合曲面的交点获得有序的精整数据点,实现了NURBS曲面的精确拟合.最后,对重构的自由曲面采用等参数线法生成了加工路径.实际的算例和应用验证了本文方法的有效性和精确性.     

基于局部基面参数化的点云数据边界自动提取

提出了一种反求工程中基于局部基面参数化方法的点云数据边界特征的自动提取方法。首先选择合适的局部基面 ,然后用点云垂直投影于局部基面投影点的参数化代替空间点的参数化 ,二次参数曲面逼近点云 ,再利用曲面的微分特性估计点云数据的曲率值 ,求出曲率极值点 ,从中提取边界点。通过这些边界点可以进一步拟合边界曲线 ,达到对点云数据进行自动分片的目的。该方法具有较强的可操作性和实用性 ,对于反求工程的自动化和智能化研究具有实际意义     

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。     

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。     

立式捏合机搅拌桨曲面的NURBS表示与误差分析

依据搅拌桨水平截面轮廓线的理论坐标点,反求生成了NURBS曲线;按照搅拌桨的螺旋升角,生成了一组不同高度截面轮廓线的NURBS曲线;利用蒙皮方法,生成了搅拌桨的NURBS曲面。提出了一种新的控制顶点投影法求解点到NURBS曲面最小距离的算法,用于计算搅拌桨的NURBS曲面的重构误差。结果表明,立式捏合机搅拌桨的NURBS曲面重构精度高,研究结果可为搅拌桨曲面优化设计提供借鉴。     

一种复杂曲面类增材制造零件分层截面生成算法

针对传统增材制造分层方法对复杂曲面类零件STL模型分层易造成部分层面轮廓线失真的问题,提出一种基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面轮廓生成算法。针对STL模型数据量大和分层速度慢的特点,采用了分组排序的求交算法进行分层,生成截面轮廓点云数据。以切平面与STL模型三角面片的交点作为NURBS曲线的型值点,设定型值点的权值,利用矩阵形式和切失边界条件确定了NURBS曲线的权因子,求解NURBS曲线的控制顶点,采用矩阵形式建立了各切片层的截面轮廓所对应的NURBS曲线方程,绘制了基于NURBS曲线的各层层面轮廓。采用基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法对燃气轮机中压缸动叶片和Ganesha模型进行了分层试验仿真和误差分析。进行了燃气轮机中压缸动叶片的打印试验,通过测量表明:采用本算法打印叶片的轮廓度偏差值符合要求,相比传统算法打印的叶片精度更高,从而验证了所提出的基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法的可行性和准确性。     

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.     

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。     

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。     

B-spline surface reconstruction and direct slicing from point clouds

The issue of surface reconstruction and slicing from point clouds has been receiving extensive attention recently. When using the B-spline surface fitting technique, the difficulty of parameterization exists. At the same time, for interfacing between reverse engineering and rapid prototyping, the point clouds are usually converted to an stereolithography (STL) model. This leads to a huge file size and requires expert modeling skills. The objective of this work is to establish a base surface parameterization and direct slicing strategy for scattered data based on a cross-sectional design technique. We first present a new method of directly extracting sectional contours from point clouds. Then, we create a base surface by skinning the primary boundary curves and interior sectional curves. Based on a good parameterization, the final surface is achieved with tight tolerance. Several practical examples have demonstrated the feasibility of the proposed method. It can be widely used in Number Control (NC) machining and rapid prototyping.     

反求工程中切片数据处理及断面特征曲线全局优化技术

针对基于特征的反求工程中,各种曲面特征处理技术的研究已经比较深入,平面切片数据的特征处理技术研究相对不足的现状,研究并实现了处理切片数据的离散曲率分析、数据分段、特征识别和基于连续性约束的断面特征曲线全局优化技术,使获得的断面特征曲线在满足约束的同时对数据点的逼近误差达到最小。应用实例表明,通过点云切片和断面特征曲线全局优化技术进行反求工程曲面模型重建,可以显著提高曲面重建的效率和曲面的质量。     

超声检测中复杂曲面数字化方法研究

提出了利用超声波检测探头实现自由曲面的路径受控仿形测量方法。针对数据压缩处理引起的各截面曲线上数据点数的不同，提出了一种蒙皮B样条曲面插值方法，该方法在保持插值精度的情况下，减少了曲面重构所需的控制顶点。应用表明，算法计算效率较高。     

Interference-free cutting-path generation based on scanning data

This work presents a novel cutting-path planning strategy for three-axis machining of 3D scanning data. A curve-fitting algorithm is employed to fit each array of the measured data into parallel sectional curves, ensuring that the effect of measurement and form errors can be substantially reduced. The best-fitting sectional curves are then used to construct a surface of triangular meshes. A modified chord-length method is also proposed to adequately control the accuracy of the triangular meshes generated. The triangular meshes are then offset along the surface normal to obtain an offset mesh surface on which the cutting paths are planned. An effective gouging detection and removal algorithm are also proposed to prevent the machined surface from overcutting. Several computer simulation results demonstrate the feasibility of the proposed strategy.     

基于散乱数据的罐车曲面重建与容积检定系统

针对目前铁路罐车容积测量技术在可操作性、准确性等方面存在的问题,提出一种简捷、准确的罐车容积检定方法。该方法通过罐车序列图像三维重构,获取罐车表面测量数据。进而借助提出的散乱数据序化方法,构造罐车的系列截面轮廓线,并以蒙皮操作为基础实现罐车曲面的精确重建。最后利用参数曲面的离散表达,完成罐车容积的快速检定。对比试验表明,所提检定方法的结果符合"JJ140-1998铁路罐车容积"中"铁路罐车容积扩展不确定度小于0.4%(k=2)"的要求。     

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。     

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.     

风机性能信息系统的设计开发

介绍了设计开发的风机性能信息系统,着重论述了产品段性能曲线和整机性能曲线的拟合算法,各种单一气体物性参数的平面插值算法等数学方法,还涉及到开发环境的信息集成和数据库的应用等技术.