三维工件测量与划线系统在多点成形中的应用

结合双目视觉测量技术、三维数据配准理论和数控技术开发了一种新型的三维工件测量与划线系统。该系统应用于板材无模多点成形件的三维测量和模型轮廓线提取，实现板材成形件的测量与划线的高效和自动化。     

板壳类件的多点成形工艺

利用多点成形的柔性特点，能够实现分段成形、反复成形以及多道成形等传统成形方式无法实现的功能。讨论了多点成形的两种基本变形方式，对典型多点成形工艺进行了理论与实验研究，并给出了有关的实际应用结果。     

基于分支限界的三维曲面全局配准方法

在三维测量中常需要将测量点云数据与已知曲面模型进行配准。采用隐式函数建立点云数据到曲面模型的距离场,进而进行非线性优化求解可以有效提升配准效率。然而由于点到曲面的近似距离及刚性变换的约束,其误差函数呈现非凸性而导致迭代极易陷入局部最优。为实现全局配准,提出了一种利用分支限界算法搜索点到曲面近似距离平方和误差函数最小化变换参数的方法。通过确定刚体变换参数空间中误差函数的上下界限加快搜索,并结合一种等效距离公式的LevenbergMarquardt算法优化的局部配准方法加速收敛并保证配准精度。三维模型的配准实验与分析验证了本文全局配准方法的有效性。     

板材三维曲面多点成形技术

多点成形是一种板材柔性成形新技术。它在新产品的试制开发、多品种、小批量板类件生产、大型板材成形等多方面都显示出良好的潜力。本文探讨了多点成形的基本原理、技术特点和系列实用技术,并对多点成形的应用前景作了阐述。     

复杂曲面测量数据的位姿配准方法

针对三维测量数据和自由曲面模型之间的位姿配准问题,研究了先粗后精的两步配准方法。在初始配准的基础上,融合最小二乘法和最小条件原则构造目标函数,应用微分进化算法对目标函数寻优,找出三维测量数据与理论曲面的最佳匹配矩阵以实现最优配准。实验结果表明,该方法与遗传算法相比具有运算速度快和精度高等特点,能较好的解决复杂曲面类零件测量数据的位姿配准问题,并且可用于逆向工程中曲面误差的分析及修正。     

序列图像约束的点云初始配准方法

针对现有算法难以精确配准重叠区域较小的点云,提出一种结合二维序列图像的点云初始配准方法。基于移动式三维测量方法获取实物表面灰度图像及三维数据,根据透视投影原理对相机在点云局部坐标系中的位置进行定位,获取点云到对应相机坐标系的变换矩阵,并以灰度图像的特征点及其匹配点作为匹配对,通过重建序列图像对相机外参数予以全局优化,根据初始配准公式实现点云初始配准。试验结果表明,该算法可正确配准重叠区域较小的点云,且能显著提高配准过程的稳健性及配准效率。     

改进的多视图点云数据配准方法

传统最近点迭代(ICP)算法在进行点云数据配准时,由于待配准的点集数据量很大,每个点云都要遍历一遍,所以时效性不高而且误匹配率大。针对此问题,提出先用Canny边缘检测算子对点云数据进行预处理,以此简化预处理点云的数据量,然后用K-D树搜索数据,最后再用ICP算法进行点云配准,以此来达到加快配准速度。实验证明,该方法灵活实用,简化了待匹配的点云集,能很好的解决传统最近点迭代算法中匹配慢的问题,可以很好的满足工程需要。     

板类件多点成形专用CAD／CAM软件

多点成形压力机是一种新型板材柔性加工设备,因具有实现无模成形、小设备成形大型件等特点,在大型板材加工、多品种工件生产、新产品开发等诸多方面显示出良好的应用前景。要把多点成形用于三维曲面成形井使其向实用化、自动化方向     

损伤零件点云模型配准的ICP算法

针对损伤零件的传统点云模型配准过程中存在着运算效率低与损伤部位损伤量确定误差较大等问题,提出一种基于原始ICP算法的改进算法。考虑模型因为损伤而引起的特征与表面形貌的改变,利用法矢夹角进行点云数据的精简,保留模型主要特征,再利用对应点的曲率约束与距离约束设定阈值剔除损伤区域点云,保证对应点之间快速准确地配准。最后,运用Matlab实现改进算法,并利用损伤的轮机叶片点云数据的配准验证该算法的有效性。     

面向场景重构的多序列间配准

针对传统的单序列扩展式场景重构方法易丢失场景信息,数据利用率低下等问题,提出一种面向场景重构的多序列间配准的方法。该方法采用相似变换作为配准模型,完成对不同参考坐标系下尺度、旋转、平移相分离的初始配准;然后通过拟合观测平面来抑制噪声点并筛选公共可见点;最终对不同尺度、方位的序列进行配准,配准结果可直接用于后续的重构中。实验表明:通过相应噪声抑制,使得各序列的系统初始重投影误差降低了17.69%到46.86%,终止重投影误差降低了27.5%到71.96%。配准后从相同的47幅图像中可重构10 596个场景点,相比传统单序列方法的3 893个场景点,该方法更充分有效地利用了观测图像,使最终拟合的场景曲面包含了更多的场景细节。     

分段多点成形过程有限元数值模拟关键技术研究

分段多点成形是一种新的大型板材成形方法，对该成形过程进行数值模拟是预测成形缺陷、分析成形质量的有效手段。提出利用动力显式算法分析板料成形过程，利用静力隐式算法分析回弹过程，从而为分段多点成形过程的多工步数值模拟提供了一个可行的解决方案。对其中的一些关键技术的实现进行了研究，提出了相应的解决方法并通过实例证实了其有效性。     

板料多点成形中基于NURBS曲面拓展的压边过渡面设计

研究了基于非均匀有理B样条(NURBS)的曲面拓展方法，结合多点成形设备的特点，开发了板料多点成形压边过渡面设计系统。实现了曲面柔性拓展和曲面桥接拓展两种不同的压边过渡面设计。这两种压边过渡面的设计算法效率高、适应性好，生成的过渡曲面与原曲面达到G^2连续。     

逆向工程在轿车顶盖多点成形中的应用

以Passat1．8T轿车项盖为例,运用逆向工程方法重构了轿车项盖的三维曲面模型,在此基础上研究了轿车顶盖多点成形工艺。采用逆向工程方法得到的三维曲面与轿车顶盖的实物基本一致,从而为多点成形技术在汽车覆盖件冲压成形过程中的应用打下基础。     

利用激光反馈测量物体三维形貌

利用激光反馈来测量物体的三维形貌,根据物品表面的离焦量与激光器输出功率的关系,给出一种深度信息的测量算法,并建立一种物体三维形貌测量系统。系统扫描物体表面的每一个点,通过对每点最大电压信号的测量判断并记录扫描平台运行的距离,从而实现每点的深度信息测量,最终完成三维形貌测量。通过实验,完成了对样品局部的三维测量,证明了深度方向测量的可行性,并分析了实验中的影响因素。     

多视点云数据快速对齐方法

多视点云数据的对齐(拼接)问题是逆向工程研究的热点问题之一。在ICP算法的基础上,提出通过在数据测量时放置基准物体,建立点云数据对齐特征,在进行多视点云数据拼接时对对齐特征增加约束的方法,实现多视点云数据的快速对齐。并对基于三个基准点约束对齐的对齐精度进行了分析,提出了减少对齐误差的措施,最后通过实例对研究结果加以分析验证。     

基于空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空间编码的图像拼接新方法,可以实现大尺度三维面形的测量。     

大面积形体的三维无接触精确测量的研究

对大面积形体实现高精度三维无接触检测,是三维检测技术研究的难点和热点。提出了基于编码标志点的框架拼接法,采用数码相机三维重构与结构光三维扫描技术相结合的方法,实现了大面积形体的三维精确测量。阐述了大面积形体测量拼接框架构造的基本原理,对其中的关键技术如数码相机的标志点三维检测与重构,局部点云与空间框架的拼接进行了介绍,并给出了检测实例。实验表明该系统具有操作方便、测量范围大、测量精度高等的特点。     

复杂铸件的三维测量

针对复杂铸件尺寸大,结构复杂,槽、腔多,测量时需兼顾测量效率和槽腔可测性的特点,提出了一种大视场双目光栅测量子系统和小视场光栅测量子系统相结合的立体视觉测量方法。该方法使用前者测量复杂铸件的外部可测部分;使用后者测量复杂铸件的槽腔等被遮挡部分。建立了两个测量子系统的数据拼接模型,给出了数据拼接模型参数的定标方法。最后,通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明：该系统测量数据拼接的均方根误差（RMSE）为0.22 mm,满足复杂铸件测量的精度要求。相比传统测量方法,该方法兼顾了测量复杂铸件速度快和可以灵活测量槽腔等被遮挡部分的特点,对工程应用具有实际指导意义。     

3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。