自由曲面配准技术

讨论了自由曲面形状误差检测方法,研究了自由曲面配准技术.采用简单的方法定义测量数据与自由曲面的中心坐标系,并使用主轴法进行预配准,为后续精确配准提供了可靠的初值,避免常规方法易陷入局部最优解的问题.提出了曲面精确配准的迭代优化方法,该方法通过修改目标函数以及适当选取偏差阈值,有效降低局部大误差点对配准结果产生的影响.实验结果表明文中算法的有效性.     

基于数据拟合提高非球曲面面形精度的方法

介绍了采用LVDT在线测量非球曲面的原理,并给出最小二乘数据拟合处理方法;通过试验加工球面和非球面元件,利用LVDT测量头进行在位检测,评估面形精度,经数据拟合插补和误差控制,并采用激光干涉仪测量验证后表明,该算法可以应用于高精度非球面测量及加工误差补偿程序,以提高非球曲面加工精度.     

自由曲面CMM测量测头半径补偿方法

测量机测量曲线和曲面时获取的数据是测头中心坐标值.因此必须对测头半径进行补偿.在总结目前测头补偿方法的基础上,提出以达到测量目的为宗旨,将自由曲面测量分为检测模式和重构模式,根据测量模式采取不同方法对测头半径进行补偿.检测模式下通过比较测头半径与测点到被测曲面的距离大小来判断曲面是否合格,重构模式下通过求取测头球心面的...     

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。     

光学非球曲面中高频面形误差的控制与补偿技术研究

本文分析了非球曲面中、高频面形误差的产生原因及作用机理,对面形精度有直接影响的切削刀具、切削参数、加工路径、切削状态、测量方法、工作环境等因素,提出了优化选择的规则和控制策略;给出了减小误差的补偿原理和编程设计方法,并在数控机床上进行了编程补偿试验,结果证明面形误差得到了有效控制。     

逆向工程中曲面重构算法研究与实现

给出了基于坐标测量机测得的海量数据重新构造样板物体的数字化表面模型的算法流程。该算法首先利用部分测量数据构造张量积的B样条网格曲面,通过确定适当的检查点,并计算检查点到所构造的B样条网格曲面间的距离,从而控制重构曲面的构造精度。讨论了与文中算法相关的空间点到NURBS曲面间的距离计算等问题。给出了1个工程应用实例,表明该算法稳定可靠、效率较高。     

基于散乱数据的飞机外形曲面重构

针对基于散乱数据的飞机外形曲面重构问题,在拟合曲面节点矢量的确定方法和数据点在曲面上投影点的计算方法两个方面对已有的曲面拟合算法进行了改进,提高了曲面拟合的精度和效率,并给出了应用实例。     

涡轮叶片叶面B-spline曲面层次化拟合方法

航空发动机涡轮叶片表面形状复杂,其三维重构是叶片成型精度分析以及质量控制的重要手段。涡轮叶片叶面是一个复杂的自由曲面,其拟合是重构涡轮叶片的关键步骤之一。本文以涡轮叶片叶面拟合为研究对象,提出一种B-spline曲面层次化拟合方法,该方法首先构建网格曲面的多分辨率模型,然后完成该多分辨率三角网格模型的参数化,最后在多分辨率三角网格的基础上通过粗略拟合、精确拟合以及最终拟合3个主要步骤完成曲面拟合。该方法可以完成高阶连续自由曲面的拟合,适用于海量测量数据的快速拟合,具有较高效率并且拟合结果精度高。     

复杂曲面铝反射镜磁流变抛光工艺优化

采用超精密车削加工的复杂曲面铝反射镜只能满足红外光学系统的应用需求,若要满足更高需求的应用场合,需要进一步提升反射镜面形精度。磁流变抛光能够进行确定性修形,在复杂曲面加工中具有独特优势,但是复杂曲面连续变化的面形特征,在磁流变抛光时会导致去除函数不稳定,影响误差收敛效率和加工精度。从高精度复杂曲面铝反射镜的应用需求出发,提出了复杂曲面局部区域磁流变抛光去除函数的动态建模方法,给出了驻留时间求解算法,以平均曲率变化最小为原则,设计了抛光路径优化算法,针对该算法计算速度慢的问题,提出了优化策略,并通过试验进行了验证,最终加工的复杂曲面铝反射镜的面形误差为0.216λ PV、0.033λ RMS （λ=632.8 nm）。     

复杂曲面五轴数控加工中刀具位置优化

针对复杂曲面五轴数控加工的刀具位置优化进行了研究并提出了一种基于五轴数控加工中非线性误差的分析和补偿的刀具位置优化方法。首先,简述了曲面加工中所用的平底圆角铣刀刀具位置的计算方法;然后,对刀具位置进行非线性误差分析并建立非线性误差模型,并基于这个模型得出插补段的最大非线性误差;接着通过对非线性误差模型中的非线性误差进行检测计算和补偿,最终得到满足加工精度要求的刀具位置。最后对该方法进行了模拟仿真。模拟的结果显示非线性误差的补偿对复杂曲面数控切削成形的几何精度有很重要的影响。     

汽车外表面模型测量数据处理及曲面建模

介绍了车身外形曲面逆向工程的方法,对光学扫描测量得到的点云数据建立了滤波、平滑和去除冗余的自动处理方法,用NURBS自由曲面模型实现了车身曲面重建.这些方法提高了扫描点云数据的处理精度和曲面建模的效率.     

Zernike自由曲面加工轨迹规划研究

Zernike自由曲面光学元件加工复杂,采用单点金刚石慢刀伺服车削方法可以实现自由曲面光学元件的高效、高精度制造。本文针对慢刀伺服车削Zernike自由曲面刀具等角度法和等弧长法两种车削轨迹划分方法进行研究,并选择等角度法轨迹划分进行车削工艺实验,获得了口径50mm的Zernike自由曲面光学元件,面形精度PV0.9506μm。     

一种直接基于三维CAD模型的复杂曲面轮廓度误差评定方法

面向数字化检测环境,提出了一种基于三维模型的曲面轮廓度误差评定方法。该方法首先在理论模型所处的CAD环境中创建测点特征,再直接求点到三维模型上理论曲面的距离,最后通过单纯形法对复杂曲面轮廓度误差进行评定。最后通过计算实例验证了该方法的有效性。     

回转复杂曲面零件在线精密测量技术

针对复杂曲面零件的面形测量难题,提出以超精密机床作为栽体,利用高精度触发式测头,采用接触式的轮廓测量方法,检测曲面零件的子午面曲线,再与理论曲线相比较得出被测零件的面形精度.测量试验分析表明:该测量方法的检测精度高,通用性强,在实际加工和检测应用中具有很高的实用价值和应用前景.     

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。     

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.     

轮廓拼接在光学非球面超精密坐标测量中的应用

针对光学非球面的高精度检测问题,研究了轮廓拼接技术在超精密导轨直线度误差的分离与补偿,大型非球面镜测量过程中传感器量程的扩展,以及高陡度保形光学非球面面形检测三个方面的应用.试验表明:利用轮廓拼接方法能够高精度的重构出面形轮廓,扩展系统的测量能力,方法简单,实用.     

光学自由曲面加工机床在机测量系统精度建模与定量分析

为了提高光学自由曲面加工机床的整体加工能力,进行在机测量系统的特征测量功能开发。在给出在机测量系统结构构成及功能需求下,进行在机测量系统几何精度建模,进行几何静态误差辨识与补偿,进而规划在机测量系统基本功能工作流程。最后,通过进行多项测量实验,可得到标准平面及凹球面测量不确定度达到微米级,检测面型工件特征测量结果较为稳定。     

逆向工程的关键技术及其研究

综述了逆向工程中实物数字化技术、测量数据的预处理、曲面重建技术、重构曲面的评价和检验等关键技术的发展现状和存在的问题,并对今后的发展方向进行了讨论。     

曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

受曲界面影响,超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强,声能量出现汇聚与分散现象,造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题,研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础,建立了曲面构件水浸超声测量模型,并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例,基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线,通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性,分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律,并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为例进行了缺陷定量应用实验,模型预测与实验结果比较,相对缺陷波高预测误差小于1.2dB,缺陷大小定量误差不大于8.7%,表明这种方法可行,为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。