网格曲面多轴加工的刀轴矢量生成方法研究

以网格曲面为研究对象,针对其多轴数控加工代码生成的刀具摆角控制问题,研究刀位坐标的刀轴矢量生成方法。基于网格曲面的模型数据存储特征,分析刀位坐标的求取方法与数据特点;研究面向网格曲面多轴加工的刀具摆角控制机理,提出垂直于部件的刀轴矢量直接生成方法;通过刀位坐标与网格顶点连线的夹角计算与判断,快速检索刀位坐标所对应的网格面片,并利用该面片法矢直接生成网格曲面多轴加工的刀轴矢量;借助计算机编程实现网格曲面多轴数控加工的刀轴矢量数据生成,使用UG的CLSF管理器仿真刀路及VERICUT的加工测试,验证所提方法的有效性。测试结果表明,所提方法生成的刀轴矢量可有效驱动多轴加工的摆角控制,实现网格曲面模型的多轴数控加工。

大范围网格曲面曲线设计方法及应用

为了满足齿科在离散网格曲面建模中对曲线设计高效性、鲁棒性及基于网格曲线个性化建模等方面的要求,提出了一种基于局部参数化的离散网格曲面样条曲线设计方法。该方法放松了对样条曲线全局连续性的约束,将平面参数域内的全局样条线设计转化成在局部区域内的分段样条曲线设计,提高了参数化网格曲线设计方法的效率及鲁棒性,使其能够不受编辑范围、网格模型复杂度及网格亏格的影响,满足大范围的网格曲线实时编辑的要求,以及齿科个性化建模软件中基于曲线建模的需求;引入两型值点间的最短路径,解决在样条线设计过程中,因相邻两型值点距离过大而导致算法存在的鲁棒性问题;引入局部光顺算法,在型值点附近进行流行约束下的光顺,提高样条曲线的光滑度。实验表明,基于平面参数化域的局部分段样条曲线设计方法在效率、鲁棒性及实用性方面具有一定的优势,综合性能较好,能够满足齿科建模软件的实际应用需求。

基于RBF神经网络的三角网格曲面孔洞修补

针对由测量数据重建得到的三角网格曲面存在孔洞的问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的修补方法。该方法首先检测出孔洞,通过对孔洞特征多边形实施三角化获得新增三角片顶点;在孔洞边界周围采集三角片顶点,将其作为样本点集来训练RBF网络;将训练好的RBF网络用于新增三角片顶点坐标的优化,最终实现孔洞的修补。修补实例表明,该算法对流形曲面上封闭孔洞的修补精度较高,修补效果良好。

三角网格曲面等参数线刀轨生成算法

提出一种三角网格曲面等参数线刀轨生成算法。采用调和映射的方法对三角网格曲面进行参数化,给出了四种等参数线刀轨规划方式;根据网格模型、投影网格和参数网格之间的对应关系,由残留高度确定参数网格中的x或r参数线;在此基础上,采用"区域划分"的方法快速生成了无干涉、无冗余数据的网格曲面等参数线行切和环切刀轨。实验结果表明该算法是可行和有效的。

三角网格曲面模型快速求交算法

提出一种三角网格曲面模型快速求交算法,该算法基于三角网格曲面模型动态空间索引结构,通过结点包围盒相交检测快速缩小求交范围,准确定位相交三角面片包围盒集合并对该集合进行排序,依次连接各包围盒内三角网格曲面模型交线数据,实现曲面模型交线快速提取.实例证明,该算法可有效地提高数据密集、形状复杂的三角网格曲面模型求交效率,对逆向工程中三角网格曲面模型的裁剪、拼接及数控加工刀轨生成具有重要意义.

基于包络面的网格曲面等残留高度路径规划

研究面向三角网格曲面数控加工的刀具路径设计,提出了一种基于刀具包络面的等残留高度刀具路径生成算法.该算法首先建立刀具运动刃口回转面的包络面方程,然后通过相邻轨迹刀具包络面求交得到残留曲线,并利用全局搜索和局部搜索两个步骤精确地计算残留高度值,据此判断当前刀位点是否满足等残留条件,若不满足则沿行距方向搜索等残留刀位点,最后进行加工干涉检查和处理.算例分析的结果表明,由本文的算法生成的刀具路径残留高度均匀,刀轨长度较短,无加工干涉,在保证加工精度的前提下,能够有效地提高加工效率.

采用R^＊-tree的三角网格曲面非均匀精简算法

提出了一种三角网格曲面非均匀精简算法。该算法采用R^＊-tree组织三角网格曲面的空间拓扑结构，实现了三角面片拓扑邻域的快速查询。结合三角网格曲面模型的曲率分布状况，对三角网格曲面进行聚类分簇处理，通过对分簇网格进行局部精简，实现了三角网格曲面模型的整体保形性精简。与同类精简算法的对比实验表明，该算法的数据适应性强，有效地保留了三角网格曲面的型面特征，精简后的网格模型与原网格模型的面片偏差降低了20％～45％，精简时间减少了10％～35％。

基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法

在地质建模中,当待处理的曲面包含大量三角形时,求交速度成为了瓶颈。该文提出基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法,采用平均单元格技术对求交曲面进行预处理,以加快相交元素对的获取。实验结果表明,与同类求交算法相比,该算法能够有效提升求交速度,并已成功应用于某地质建模软件中。

由点云数据生成三角网格曲面的区域增长算法

提出一种新的由点云数据生成三角网格曲面的区域增长算法.该算法充分利用点云内在的几何与拓扑信息,使用一组检测过滤规则,对曲面进行快速网格重构.算法包括两部分:首先对点云做预处理完成数据精简,其次使用一组检测规则,从种子三角形出发,针对每个活动边,在点云中选择匹配点与其构成新的三角形,并通过不断更新边界,使剖分区域不断增长.所使用的检测规则,可以针对活动边与预选择匹配点之间的不同位置关系采用不同的阈值,从而避免了重叠与自交三角形的生成,防止产生错误拓扑,确保了重构三角网格曲面的质量.同时针对区域增长算法中的前沿分裂问题,在数据结构中采用反向重合边,使剖分过程始终保持一个前沿边界.实验结果表明,该算法具有运算速度快、结果准确性好、适用范围广等优点.

空间三角网格曲面的边界提取方法

边界是曲面的重要特征之一,在形状匹配、曲面拼接等方面有着重要作用.由于空间网格数据分布不规则,不能从点的坐标直接得到曲面的边界,因此提出了一种空间三角网格曲面的边界提取方法,通过判断一个点的邻接点是否都能通过三角网格的边组成闭合曲线来获取边界点.该方法易于实现、适应性强,并应用于计算机辅助文物复原系统,实验证明,此算法能正确处理空间三角网格数据,且效率很高.

利用调和映射的复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法

针对截平面法规划的复杂网格曲面刀轨的加工效率不高问题,提出一种复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法.首先采用调和映射的方法对网格曲面进行参数化,然后根据残留高度确定参数网格中的参数环,在相邻参数环的参数点之间进行"分组匹配",并依次计算初始和精确的对角参数螺旋线;在此基础上采用"区域划分"的方法快速生成了无干涉的网格曲面螺旋刀轨.对于复杂网格曲面的实验结果表明,文中的螺旋刀轨能够有效地提高截平面法刀轨的加工效率,且能够保证较好的加工质量.

网格曲面中孔洞的光滑填充算法研究

三角网格模型是几何描述的一种重要形式,有着广泛的应用。但三角网格模型常常会存在孔洞缺陷。这些孔洞的存在一方面影响视觉效果,另一方面会影响许多后续的操作,如快速原型制造、有限元分析等,因此有必要对这些孔洞进行修补。目前绝大多数孔洞填充算法是将网格模型中的孔洞提取成空间多边形,并对孔洞多边形进行三角化。这种处理方法的主要缺陷是没有考虑网格曲面在孔洞附近的几何形态,因而填充部分不能与整个曲面光滑地融为一体。笔者提出了一种三角网格曲面中孔洞的光滑填充算法。该算法根据孔洞周围网格曲面的几何信息来增加孔洞内部的采样点,然后再对增加的采样点进行三角化,较好地解决了填充部分与整体曲面光滑连接的问题。

三角网格曲面高精度刀轨快速生成算法

提出一种三角网格曲面刀轨生成算法,该算法引入R*-tree索引结构并对其进行改进,建立三角网格曲面的三维空间索引结构,快速获取局部型面参考数据并分析其微分几何性质,基于局部型面1阶连续约束条件,采用抛物线逼近网格边界,实现三角网格曲面精度补偿,对网格边界曲线与刀轨截面求交获取刀位数据,对其排序生成刀轨,实例表明该算法数据适应性强,生成数控加工刀轨精度高,算法运行速度快。

基于切割路径树优化的三角化网格曲面自动切割

为了减少曲面展开后的变形和优化切割路径,提出了一种三角化网格曲面的自动切割算法.该方法将导入的曲面切割成带单一边界环的流形曲面,在高斯曲率较高的顶点和曲面边界之间生成切割路径.切割路径的生成有两个约束条件,即尽可能短而直,且尽可能经过曲面的棱边.曲面边界和众多的切割路径构成了初始切割路径树;在此基础上优化切割路径树,删除短小切割路径,并使优化后的切割路径树尽可能光滑;由优化后的切割路径树对曲面进行一次性切割,得到具有良好可展性的网格曲面.实验表明,该算法执行效率高、切割效果好.

用主动轮廓模型优化网格曲面上的特征线

对主动轮廓模型在三维网格曲面上的表示进行研究 首先提出一种根据输入的点快速确定初始特征线的追踪投影法 ;然后计算出特征线的主动轮廓模型能量 ,其中特征能用平均曲率来表示 ;最后 ,特征线经多次迭代后移动到能量极小处 ,实现优化 实例表明 。

基于三角网格曲面的颅骨修补片重构方法

针对传统颅骨修补术采用自由曲面设计存在造型不理想的局限性,提出了一种基于三角网格曲面的颅骨修补片重构方法.重构过程首先由CT扫描和图像处理获得缺损颅骨三维三角网格曲面模型,然后标识骨窗边界及修补片边界,并对骨窗多边形边界做合法性检查,通过每次寻找多边形边界中夹角最小的一对邻边构造新的三角面片,直至覆盖整个骨窗区域;再进行颅骨修补片与头形吻合度的调整;最后对修补片与颅骨复合的误差进行验证.实物制作的结果表明修补片与患者颅骨匹配良好.目前应用该方法已完成病例10余例,为临床缺损颅骨修复又提供了一种手段.

网格曲面参数化映射的变形补偿及其在曲面加工中的应用

针对基于网格曲面参数化的轨迹规划中存在映射变形进而影响轨迹规划精度的问题,在分析网格曲面参数化映射变形场的基础上,提出了引入映射变形补偿的计算方法,包括补偿角度变形的方向映射、补偿拉伸变形的长度映射、针对不同三角片具有不同映射变形量的大跨度映射变形处理策略.在实例分析中,对参数化结果的映射变形进行了量化评估,并生成了复杂网格曲面上的等距线环形轨迹与实际的摆线抛光轨迹,验证了所提方法能够有效地补偿映射变形,保证轨迹规划的精确性,从而能够充分发挥网格曲面参数化的降维优势.

三角网格曲面模型动态空间索引结构研究

提出一种高效的三角网格曲面模型动态空间索引结构——R*S-tree,以三角面片的最小包围盒(MBR)作为数据节点,以其外接球参数作为节点最优评判指标,基于提出的簇集指派规则采用k-means算法进行节点聚类分簇,实现节点分裂,完成三角网格曲面模型动态空间索引结构的建立,实验证明,采用该索引结构可有效提高三角面片的空间查询效率。

网格曲面上的样条曲线阵列

提出一种流形网格曲面上曲线阵列复制方法,达到曲线重用与再设计的目的。网格曲面上的曲线用测地B样条表示,使对曲线的操作可以转换为对曲线控制顶点的操作;引入离散指数映射理论将给定的源曲线控制顶点映射到切空间,获得它们的法坐标,按照曲线阵列前后控制顶点法坐标保持不变的原则,建立曲线阵列前后控制顶点的对应关系,实现曲线的有规律多重复制。法坐标很好地保持了控制顶点之间的测地距离和相对位置关系,因而也保证了曲线阵列重用过程中的形状保持性。将曲线阵列时的位置与形状分开处理,使曲线生成仅与其所在的局部区域有关而与曲面的整体大小无关,既便于保证曲线的形状保持性,也减少了计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。

三角网格曲面模型快速分层算法

提出一种三角网格曲面模型快速分层算法,该算法基于R*-tree建立三角网格动态空间索引结构,依据索引结构数据结点的分布状况计算各层截平面的位置;采用深度优先遍历方法获取与截平面相交的三角面片集合,并计算该集合中各面片与截平面的交线,将交线首尾相连,生成截面轮廓线,实现三角网格曲面模型的快速分层;实例证明该算法可对各种复杂三角网格曲面模型进行分层,算法准确、稳定,运行效率高.