自由曲面光学元件检测方法研究

本文提出了一种通过检测数据重构自由曲面进行面形误差计算的方法。首先,通过轮廓检测设备,采用回转法测量自由曲面光学元件得到测量数据,然后,利用matlab进行重构算法实现,插值计算得到面形误差。最后,通过测量标准球面,将计算结果与激光干涉仪的结果进行对比试验,面形PV值符合,验证了该方法的有效性,为以后进行自由曲面磨抛加工提供了依据。     

叶片六点优化定位规划技术研究

叶片具有结构复杂、自由曲面多等特点。为解决叶片密集测量数据与其CAD模型的预配准定位问题,提出六点优化定位算法进行预配准。结合六点定位原理与预配准分析技术,在榫头基准面上建立原始坐标系,对六点的主次方向进行定位误差分析配准运算,减小每个测点的误差,使CAD模型与理论模型达到吻合状态,最后完成6个自由度的点分布,得到最终的叶片模型预配准控制点集。避免了ICP算法对大量点云数据处理的繁琐计算,实现了批量叶片在六点优化定位后的密集测点优化预配准,且定位精度均在0.02 mm左右。六点优化定位与典型六点定位进行配准结果对比分析表明,叶片六点优化定位算法预配准精度均在0.02 mm左右,满足叶片模型预配准精度要求。     

凸轮自由曲面反求建模技术

自由曲面精确建模是凸轮高精度反求的必要前提。针对三坐标测量机获得的自由曲面点云数据,研究了噪声点快速有效的去除算法、边界数据及整体数据的平滑技术、点云数据的筛选与曲面扩展;最后,结合VC强大的数据处理能力以及UG/Open二次开发工具,实现大密度点云数据在UG环境中的快速精确建模。经验证,该方法数据处理效果明显,曲面建模效率和精度高。     

沿曲面交线多坐标数控加工的算法研究

分析了曲面交线加工中刀具的偏置类型,提出了新的交线加工刀位轨迹生成算法。该算法利用曲面跟踪求交算法计算两曲面交线,并根据交线处曲面局部微分几何性质推算刀具的初始位置,然后采用牛顿迭代算法精确刀位。该算法的优点是能够精确控制刀具与曲面的加工误差,可处理单支点、双支点偏置情况下球头刀、平底刀、圆角刀的交线域加工,算法稳定、统一。     

未知曲面数控仿形测量实现方法

从曲面数控仿形测量的要求出发，介绍了激光测头曲面仿形测量的实现方法。提出了基于测量区域预测，曲面近似数学模型建立的方法，结合测点预测、误差补偿等技术，在“华中Ⅰ型高性能数控系统”上成功地实现了点光源激光非接触测头的Ｚ浮准等弧长仿形测量     

基于图形制导的复杂曲面最佳匹配的一种算法

通过对自由曲面精度检测的研究,针对检测过程中出现的基准不重合现象,提出了一种基于图形制导的自由曲面最佳匹配分析算法。该算法首先利用参数曲面的几何不变性使匹配曲面达到较好的初始位置,然后根据随机或交互选取的数据点利用优化算法对曲面进行匹配计算。结果表明 :该算法可以有效地消除基准不重合误差,同时算法具有较好的抗发散性。这一算法已在反求工程 CAD系统 RE-SOFT中取得了很好的应用效果。     

基于CKF的联合扩维误差配准算法

误差配准是多传感器信息融合的基础。为解决机载多平台多传感器的误差配准问题,研究并提出了一种基于容积卡尔曼滤波(CKF)的联合扩维误差配准算法。在算法实现中,首先采用状态矢量维数扩展方法建立非线性滤波框架下的系统误差配准模型,其次根据误差配准模型对各传感器的测量系统误差及各平台的姿态角系统误差进行估计,最后通过CKF滤波实现对状态预测值的修正,改善系统误差对滤波精度的影响。仿真结果表明,所提出的算法能够有效融合利用多传感器的测量信息,实现对多传感器系统误差及目标状态的实时联合精确估计。     

未知曲面数控信形测量实验方法

从曲面数控仿形测量的要求出发，介绍了激光测头曲民形测量的实现方法。提出了基于测量区域预测，曲面近似数学模型建立的方法，结合测点预测、误差补补偿等技术，在“华中Ｉ型高性能数控系统”上成功地实现了点光源激光非接触测头的Ｚ浮准等弧长仿形测量。     

基于自由型曲面的贴体网格生成

本文建立了基于自由型曲面的曲面网格生成的数学模型,生成了曲面网格,把它作为三维Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ问题的边界条件,求解三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程,获得了满足数值模拟要求的三维贴体网格。采用上述方法,完成了基于自由型曲面的某直升机调座舱三维贴体网格的生成,结果令人满意。     

Trimmed NURBS曲面造型方法的基础研究

介绍了曲面造型发展至NURBS方法的特点．探讨TrimmedNURBS方法的数学描述，并给出其在CAD曲面造型系统中的数据结构．TrimmedNURBS方法的成功应用为开发新一代CAD曲面实体（精确实体）造型系统奠定基础．     

基于三次样条的离散点曲面构建算法

离散点曲面构建算法采用平行网格构造曲面,利用三次样条函数和参数样条对列表点进行行列两个方向的插补,采用局部回弹法进行曲线光顺,构造出适于数控加工的网格曲面。     

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

三维地形不变性特征描述及其在地形匹配中的应用

 针对实时地形图与基准地形图之间存在旋转、缩放和平移等相似变换的地形匹配问题,提出一种基于地形不变性特征描述的匹配方法。分析了地形的凹凸特征,根据三维地形表面的局部极值点相对位置分布稳定的特点,采用极值点相对位置归一化表示的方法构造了地形的不变性特征向量,基于二维地形特征向量间的距离比较,实现了适应相似变换的地形匹配。该地形描述与匹配方法不依赖于地形的绝对尺度值,仿真实验表明了方法具有较好的实用性,是解决导航定位中存在缩放变换的地形匹配的有效方法。     

复合材料自动铺带技术研究——曲面铺带轨迹算法

为满足自动铺带成型工艺要求,在自由曲面上规划预浸带轨迹。采用三角形网格划分逼近自由曲面方法,将商业CAD软件导出曲面的表面三角化数据格式（STL）文件用于曲面分析,对网格信息重构,建立点、边、面之间的关联信息。算法中应用“自然路径”原理在曲面上规划预浸带轨迹,研究了曲面边界处轨迹计算问题,提出了过三角形顶点出现“奇异性”问题的解决方法。通过在曲面上求解预浸带轨迹,证明了该算法的可行性。     

非结构混合网格自适应并行技术

计算流体力学（CFD）模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万量级，并行技术是减少计算时间的有效方法。耦合流场信息的网格自适应技术能有效动态优化计算网格，被NASA视为一项亟待发展的CFD关键技术。混合网格自适应系统包含网格分布优化、表面网格投影和空间网格匹配等关键技术。针对以上3项关键技术分别建立了高效的并行算法。首先，提出了"先唯一后同一"的两步法策略实现了网格单元分布优化过程的并行相容性；其次，基于局部曲面拟合思想，实现了曲面重构和新增物理网格点投影的完全并行；再次，提出了空间网格匹配技术的半并行算法，快速解决了网格单元交错问题。为了提高后续流场计算的并行效率，发展了基于并行重分区-网格数据迁移方法的动态负载平衡技术，并采用圆柱激波流场自适应模拟对动态负载平衡技术进行初步验证。最后，采用三角翼自适应加密测试了自适应系统的并行效率。结果表明，建立的混合网格自适应系统并行效率较高，且相比流场求解耗费总时间的比例低于1%。     

基于遗传算法和最小二乘法的曲面匹配

 针对基于最小二乘法的 ICP曲面匹配算法难以处理待比较曲面的局部大变形问题,提出一种改进算法。即采用遗传算法确定曲面初始相对位置以保证匹配优化结果为全局最优值,利用 ICP算法匹配结果构造偏差阈值,以此阈值过滤点群后再以最小二乘法进行匹配处理,消除局部大变形影响,获得合理的变换矩阵。以此变换矩阵变换初始点群再进行误差计算,从而获得理想的匹配结果。试验表明,该准则对局部大变形的处理效果优于常规的最小二乘 ICP曲面匹配算法。     

自由曲面叶轮的四坐标数控加工研究

 针对自由曲面叶轮的四坐标加工，提出了一种刀轴矢量的确定方法。给定工作台倾斜角度和刀具后跟角，四坐标加工的刀轴矢量必然位于这两个角度确定的两个圆锥面上。通过对两个圆锥面求交并结合叶轮加工的实际特点，给出了自由曲面叶轮四坐标加工刀轴矢量的计算方法。根据得到的刀轴矢量，计算相应的侧偏角，从而可将五坐标加工的理论和方法直接应用于四坐标加工中。算例表明，该方法合理可行，能够有效提高四坐标加工效率、降低叶轮加工成本，并可推广至一般曲面的四坐标加工以及五轴四联动加工。     

一种基于点搜索的叶轮清根轨迹生成方法(英文)

清根区域的加工质量严重影响着叶轮的工作性能。为了快速地规划出清根加工刀位轨迹并获得较好的表面加工质量,提出了一种基于点搜索的叶轮清根轨迹生成方法。本文中的清根加工主要包括利用球头刀对自由曲面叶轮进行单刀清根和多刀清根。对于单刀清根,刀心位置通过判断其是否满足距离准则来确定。在确定了搜索方向和追踪方向后,借助于点搜索算法,得到所有切触点,刀位点以及清根边界,从而生成刀位轨迹。基于单刀清根的原理,提出了一种分层多刀清根的方法,清根刀具半径小于清根圆角设计半径。使用一系列中间虚拟刀具将清根区域分成若干层,给定最后一层的残留高度,然后计算出所有刀位轨迹。最后给出了仿真实例,结果证明了所提方法的可行性。     

一种高陡度光学镜面高精度机械式测量方法

本文建立了高陡度光学镜面的多段拼接测量方法,将高陡度光学镜面轮廓的测量分割为具有一定重叠区域的数段较短面形轮廓的测量.通过测量系统与被测工件之间的相对旋转与平移运动调整被测工件的姿态实现分段轮廓的测量.之后通过拼接算法将各段面形轮廓拼接起来,重构出被测工件的面形误差.在建立了测量数学模型的基础上,介绍了设计的测量实验系统.并进行了相关实验.仿真与测量实验表明:上述方法能够高精度的重构出被测轮廓.     

Path,feedrate and trajectory planning for free-form surface machining: A state-of-the-art review

Nowadays, free-form surfaces have been widely used in various industrial fields. They are usually machined by CNC machine tools, but recently have also begun to be manufactured by industrial robotic arm manipulators, thanks to low cost, large operation reaching space and high machining flexibility of robot. So far, various methodologies have been proposed to improve efficiency and quality of free-form surface machining, thus this paper aims at providing a state-of-the-art review on research advances in free-form surface machining. In this review, tool path generation, feedrate scheduling in Cartesian space and trajectory planning in joint space are focused for both CNC machining and robot machining, and their research statues, existing difficulties and key issues are discussed in detail. Finally, the feasible routes, breakthrough points and future development trend are also expounded.