面向复杂毛坯小余量加工的层次化快速约束配准算法

针对复杂结构毛坯的小余量数控加工中很容易出现局部加工余量不足的问题,基于毛坯表面的点云测量数据,提出了一种层次化快速约束配准算法,从而实现加工余量的优化分配。首先通过建立一个知识向导模型并应用局部微分信息,自动分离出毛坯上需要分配余量的各待加工表面,并分别施加最小余量约束,在确定各待加工表面上参与约束配准优化的初始点集的基础上,采用广义乘子法将初始配准点集与设计数模进行约束匹配;然后采用迭代方法将不满足余量约束的测点追加到当前配准点集中,直到所有待加工表面的测点满足余量约束。实验结果表明,该配准算法在最大程度满足余量约束的前提下,显著提高了点云数据的配准效率。     

工件四特征点的粗配准方法研究

工件自动配准在柔性生产装配中至关重要,其中装配工件CAD模型数据和实测点云数据的配准是关键技术之一。针对装配工件和CAD模型的配准问题,提出了一种基于工件四特征点的粗配准算法。获得配准物体CAD模型数据和实测点云数据后,该方法包含四步:点云数据取样,特征四点集提取,特征一致四点集寻找,计算变换一致性矩阵。以正方体为模型的仿真实验结果显示该配准方法正确可行,以维纳斯石膏像作为实验对象进行配准实验,当点云数据为80000点时,点到点的误差均值为0.0622mm。该算法稳定,配准结果可以作为精确配准算法ICP(Iterative Closest Point)等的叠代初值。     

考虑定向能量沉积工艺特点的减材加工余量优化

针对定向能量沉积(DED)复杂曲面零件余量不均及台阶效应明显等问题,提出了考虑DED复杂曲面成形特点的中面动态配准技术,以优化后处理减材加工余量。首先根据扫描路径构建曲面零件最小外包络的截面线,用于在机检测毛坯点云;然后提取理论模型中面与测量毛坯中面点云,引入不同区域配准精度要求,利用动态加权迭代最近邻点算法实现加工余量优化,并通过两简单案例对算法可行性进行初步验证;最后,以离心叶轮叶片为复杂案例,分析所提余量优化方法的准确性,并与基于遗传算法的多配准精度要求的加工余量优化技术进行对比。结果表明,所提余量优化算法的配准精度及计算效率高,可用于DED制造复杂曲面类零件的余量快速优化。     

基于点云与CAD模型配准对齐的毛坯加工定位技术

锻铸件毛坯在加工制造过程中,采用传统的划线定位方式存在废品率高、数控化率低等问题,为了免除划线工艺,实现毛坯加工余量的数字化检测和加工定位,提出了一套基于扫描点云与CAD模型配准对齐的毛坯加工定位技术,该技术首先建立毛坯加工余量优化分配的数学模型,然后采用遗传算法以双层迭代寻优的方式实现了模型的求解。最后,利用扫描点云和CAD模型配准对齐过程的位姿调整矩阵对CAD模型生成的刀位点进行后置变换处理,实现了毛坯的免划线加工。通过实际的加工实验,验证了所提出的加工定位技术。     

多点成形件检测中三维数据配准方法的研究

针对多点成形件成形误差检测中的三维数据配准问题，提出了一种用两步法将CAD模型数据和三维测量数据点全局配准的方法。利用遗传算法具有全局搜索能力的特点，以四元数法中的3个参量作为优化解空间，采用自适应控制优化参数的方法，达到CAD模型数据和三维测量数据点的全局粗配准。以粗配准的结果作为初始值，用ICP算法修正误差以达到精确配准。采用两步法配准克服了标准ICP算法难以解决的局部最小问题，本算法也可广泛应用于精密测量时测量结果的比较分析。以马鞍形曲面制品为例，给出了配准结果。     

基于机器人的锻铸件基准制备系统

针对无基准锻铸件毛坯的数控加工化率低和废品率高的问题,提出了一种以毛坯的数字化模型与CAD模型的配准技术、机器人调姿技术以及低熔点合金浇铸工艺的基准制备方法。在分析了毛坯件的结构特点及传统加工工艺要求的基础上,建立了以点云数据向理论模型进行配准对齐得到旋转量和移动量,机器人根据该旋转量和移动量对毛坯件进行调姿,从而使毛坯件处于理论的加工位置,利用低熔点合金将毛坯件和浇铸盒固定成一个整体,形成以浇铸盒为毛坯件的加工基准。最后通过实验论证了此方法的可行性,实现了无基准锻铸件毛坯的基准自动化制备。     

涡轮叶片形状检测中的模型配准控制点集选取

叶片模型的配准定位是叶片形状检测与分析的一个核心环节。为解决基于迭代最近点方法的叶片密集测量数据与其CAD模型的可靠配准问题,提出一种基于CAD模型的配准控制点集选取方法。结合模型配准可靠性分析技术,预先在叶片CAD模型规划出配准基准点集;通过测量数据与配准基准点集的配准运算,把配准基准点集映射到叶片测量数据上,获取测量模型上对应的配准控制点集;滤除其中可能降低模型配准精度的坏点,得到最终的叶片模型配准控制点集。进行基于仿真与实测数据的叶片模型配准试验及对比分析,总结出一些可用于指导叶片模型配准控制点集选取的策略。结果表明,所提出的叶片模型配准控制点集选取方法是可行的。     

不均匀毛坯数控车削工步规划与数据存储

为了解决尺寸不均匀的毛坯在车削过程中过多的空切而造成加工效率降低的问题,采用切削余量在线测量的方法实现车削工步规划.首先阐述了余量在线测量的原理和方法,然后分析了复杂轮廓零件车削中测量工艺和加工工艺的规划方法.分别采用结构体、双链表结构和可变扩展数据段的方法存储单工步数据、工步间规划数据和工步的整体存储.结果表明,采用该方法可以有效提高不规划毛坯车加工效率,并且有利于提高数控编程后处理中代码的简洁性和高效性.     

产品模型定位系统核心技术研究

模型定位一直是逆向工程领域和图像处理领域的重要技术之一,结合零件加工定位和无损检测的需要,提出了产品模型定位系统框架和问题解决方法.该系统以工业CT或CMM测量数据作为三维输入方式,构成待配准模型,以CAD模型作为理论模型.针对待配准模型与理论模型,研究并实现了粗配准技术、精确配准技术、配准定位的分析评估以及数据拼合等核心技术.该系统可以应用于无损检测、无损评估以及加工定位等领域,具有广泛的应用前景.     

压气机辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法

针对压气机辊轧叶片前后缘头后续数控加工制造与叶身圆滑转接的要求,提出一种基于夹持态叶片缘头多测绘点的一次配准和制造公差约束的二次配准的辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法,该方法可以更精确地构建辊轧叶片前后缘头圆滑转接计算机辅助设计模型,满足后续数控加工的需求。进行基于实测数据的建模验证,结果表明所提方法可以实现辊轧叶片无余量叶身与缘头区域的高精度圆滑转接。