OPTIMAL ALGORITHM FOR NO TOOl-RETRACTIONS CONTOUR-PARALLEL OFFSET TOOL-PATH LINKING

A contour-parallel offset （CPO） tool-path linking algorithm is derived without toolretractions and with the largest practicability. The concept of ＂tool-path loop tree＂ （TPL-tree） providing the information on the parent/child relationships among the tool-path loops （TPLs） is presented. The direction, tool-path loop, leaf/branch, layer number, and the corresponding points of the TPL-tree are introduced. By defining TPL as a vector, and by traveling throughout the tree, a CPO tool-path without tool-retractions can be derived.

基于改进的Zig-zag与Contour-parallel算法的激光打标技术

激光打标需要对图案进行路径填充,选用算法的优劣直接影响到填充的质量和打标的效率,提出了Zig-zag算法以及Contour-parallel算法的优化算法。对扰动的大小、曲线平滑程度、曲线间隔平滑程度这三个方面分别定义了一个计算公式,然后进行加和得到最终的优化函数,而为了制定曲线优化的目标函数,我们又通过基于曲率的采样方式来离散化输入的曲线。在不同的图案上分别进行两种算法的优化算法的填充实验,相同的图案设置相同的线间距和边距参数,最后发现在间距参数为1/10mm级及以上时,曲线平滑度可以得到显著的提升,且Zig-zag算法填充速度更快。提出了一种激光打标算法的优化方案,这种优化方案是具有建设性的而不是惯例,今后将这两种算法结合起来,使它既具有连续性、平滑度同时又不影响打标速度。

弧焊机器人针对V形坡口的焊接路径规划设计与仿真分析

为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题,通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性,采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层,实现焊接过程热量的快速散发。同时,在建立各轨迹方程解析式的基础上,应用Simufact Welding和MATLAB仿真软件对比分析了空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹与传统逐层逐道焊的优缺点。为了进一步验证可行性,采用FANUC工业机器人进行试验。仿真和试验结果表明:以零件y、z轴方向的变形量为依据,空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹都优于传统的逐层逐道焊接方法,且后者更优于前者。但空间平行往复轨迹在轨道变换过程中机器人末端执行器的空间位姿调整相对简单、引入误差少、控制精度高,更适合于坡口较窄、长度较短的情况;而空间轮廓偏置轨迹更适用于坡口较宽,长度较长的情况。

结合前景轮廓提取的改进ViBe运动目标检测算法

运动目标检测是对视频或图像序列进行一系列地分析运算,计算出运动目标在图像中的位置,并将运动目标从复杂背景中提取出来,得到只包含运动目标的图像.ViBe是目前常用的运动目标检测算法,但使用ViBe算法对视频或图像序列中的运动目标进行识别与检测时,存在“鬼影”现象并易受环境噪声的影响,为此,设计了前景轮廓提取算法对ViBe算法改进.构建背景模型时,前景轮廓提取算法使用众数背景建模法建立初始背景及背景序列;前景检测时,使用背景差分法和Sobel算子计算出运动目标区域,使用自适应的多级阈值去噪;最后,将前景轮廓提取算法与ViBe算法求交集,并使用数学形态学处理获取完整的运动目标.同时,设计了CPU-GPU的并行方案,使用CPU并行的计算图像背景,使用GPU加速前景检测.将算法在CDNet2014数据集上进行测试,实验结果表明,算法的检测精确率、召回率、F1分数较ViBe分别提高了32.14%、9.64%、20.76%,漏检率及错检率较低,精度较高;效率方面,算法的平均检测帧率较ViBe算法提升了64.70%,具有较好的实时性.

基于层次格网索引的高程点线矛盾快速识别方法

针对高程点线矛盾问题,提出一种基于层次格网索引与多进程并行机制相结合的点线矛盾识别方法:构建层次格网索引,进行数据细化管理,设计多进程并行机制,构建空间位置关系与高程判定逻辑,利用完善后的高程逻辑判断条件在并行机制下完成矛盾识别。测试结果表明:该方法能够准确识别高程点线矛盾,层次格网索引与并行机制的结合使得运算效率相较于无索引且非并行状态下提升2个数量级(1/138),较现有方法在精度及效率方面均有较好表现,且对特殊地形环境更具适用性。

综合应用多种估算方法于资源储量估算——以内蒙古某冶金熔剂用石英岩矿为例

本文以等高线法、水平投影地质块段法、平行断面法以及水平投影地质块段法配合水平断面法在矿山资源储量估算中的应用实例为背景,对多种储量估算方法在矿山资源储量估算中的综合应用进行研究。经实际应用发现,多种储量估算方法在矿山资源储量估算中的综合应用不但具有高效、准确的特点外,还可最大限度降低各因素对矿体资源储量的影响,使资源储量估算更为准确。

基于无人机图像的输电线断股与异物缺陷检测方法

为提高无人机(UAV)巡检输电线路的效率,提出一种基于线结构感知的输电线断股与异物缺陷的检测方法。由于无人机巡检的图像受背景纹理及光线影响较大,采用能检测线宽度的水平与垂直方向的梯度算子提取巡检图像上的线对象,进而研究感知定律中的共线性、近似性、连续性的计算,将断续线段连接成长的线段,通过长线段的平行性计算,识别出输电线路结构中显著的平行导线组。为识别导线上安装的防振锤与间隔棒连接部件,提出一种基于局部轮廓特征的形状部件识别方法。在识别出这些连接部件的基础上,对导线进行分段分析,计算分段导线的宽度变化、灰度相似度来检测导线上的断股与异物缺陷。通过对无人机巡检采集的输电线路图像的测试,验证了这种方法在复杂的背景条件下能有效地检测导线上断股与附着异物缺陷。

在集群多核CPU环境下的等高线并行提取方法

分析集群环境下分布式存储编程模型和多核CPU环境下共享存储编程模型各自的优缺点,采用结合集群和多核CPU的并行环境来取长补短;并研究其在等高线提取中的相关并行算法,其中以建立三角网和跟踪等高线作为共享存储并行的研究实例;最后通过实验验证了该并行方案的可行性。

自由曲面环切刀位规划

提出一种快速求解测地线的算法 .以此算法为基础 ,将 Voronoi图区域划分思想推广到二维黎曼流形 .采用递归方法解决了包含孤岛的自由曲面区域划分 ,实现了数控加工环切轨迹规划计算 ,并通过实例验证了该算法的正确性 .

复杂型腔环切清角加工刀轨生成方法

针对环切轨迹中残留区域的问题,提出了一种简单有效的去除残留区域的轨迹生成方法。在该方法中,首先识别出轨迹中的尖角,然后通过匹配出轨迹中的尖角对来确定刀具无法加工的残留区域。在残留区域确定后,对于每一个尖角对,以子尖角的尖点作为初始条件,计算该点的Frenet标架信息,并依据该信息预测出清角刀轨上下一点的近似位置。在获得近似位置后,依据一定精度对预测位置进行修正,得到该点的精确位置。迭代该过程,逐步生成清角加工轨迹,直到该点的中轴变换圆的半径等于刀具半径为止。仿真表明,该方法能够有效处理加工区域。

Spiral刺绣针法的路径生成算法

Spiral刺绣针法是一种重要的刺绣针法.首先将待刺绣的区域划分成若干能够生成连续螺旋线的环状子区域,然后将这些子区域组织成一个二叉树结构,采用一个递归过程来连接各个子区域内的螺旋线,最终形成Spiral针法路径.文中算法生成的路径能够由内向外以等距的螺旋线填充任意形状多边形的连通域,并且螺旋线的形状与区域的边界相似.实验结果表明,该算法能获得较好的刺绣效果.

环切区域加工分步式刀具轨迹生成算法研究

与传统的集中式刀具轨迹计算方法不同，基于ＮＣ特征单元，把刀具轨迹计算分为两步完成，以此改善数控加工系统的可集成性、可视性和可控性．给出了抽象ＮＣ特征单元及适合２．５轴区域加工的环切特征单元的定义，提出了通过链接划分法生成环切特征单元，以及通过环切特征单元计算刀具轨迹的算法．

一种基于标记的并行细化算法

本文提出了一种基于图像标记的并行细化算法 .首先计算图像中像素和轮廓距离的标记信息 ,并将标记图像作为细化算法的输入 .通过综合利用标记信息 ,保留了几何特性 ,提高了细化算法的鲁棒性 ,同时为进一步图元识别

基于约束抽样H ough变换的圆轮廓快速检测技术

针对Hough变换进行圆轮廓测量存在的问题,提出了一种新的Hough变换圆轮廓检测方法.该方法综合利用图像本身灰度信息和梯度信息,对图像空间的抽样进行约束与优化,减小参数的累加数目,得出图像空间中属于目标的轮廓点;并根据目标本身的性质进一步搜索,去除伪轮廓点;采用了“多对一”映射与并行算法来提高检测速度.实验结果证明应用本方法对于对比度低、有噪声污染的图像同样可以检测出真实轮廓,定位不确定度<0.15像素,运算速度是传统随机Hough变换的2倍.

基于自由区域的环切轨迹优化连接方法

为了解决环切轨迹的连接问题,提出一种简捷有效的环切刀具轨迹连接方法。在该方法中,为了有效管理轨迹环,构建了一种称之为区域树的树型数据结构。为了获取子轨迹,首先对区域树进行剖分以对轨迹环进行编组,进而利用轨迹环连接器对已编组的轨迹环进行连接。在获得子轨迹后,利用在自由区域中搜索开槽点的方式,完成了对子轨迹的优化连接。最后用仿真实验验证了该方法的有效性,实验表明,该方法能在提高计算效率的基础上,显著减少退刀数,有时甚至没有退刀。

基于三角Bézier曲面平刀环切粗加工刀轨生成算法

为实现基于三角Bézier曲面造型技术的产品逆向设计与制造,提出一种针对三角Bézier曲面模型的平头刀环切粗加工刀轨生成算法,该算法通过优化R*树的构建过程,建立了三角Bézier曲面模型的动态索引,基于该索引快速获取瞬时加工区域三角Bézier曲面片,进而采用刀具表面离散的方法迭代计算无干涉刀位点,并建立了三角Bézier曲面的Z向包络面,采用R*树组织Z向包络面的拓扑近邻关系。将切削平面与Z向包络面求交获取截面轮廓环,并由它们之间的包含关系确定切削区域,进而获取环切粗加工刀轨。通过实例证明了该算法可对复杂三角Bézier曲面生成平刀无干涉环切粗加工刀轨。

激光打标路径孵化算法研究

针对锯齿平行打标和轮廓平行打标路径的生成原理进行了深入的分析,并设计了打标路径孵化算法.鉴于轮廓平行打标路径生成的复杂度高,提出了一种基于多边形凹凸性,近似地生成打标路径的方法.该算法简单,路径生成效率高,对激光打标路径生成的研究具有一定实践意义.

复杂曲面高效加工的环切刀具路径生成方法

提出一种适用于复杂曲面高效加工的环切刀具路径生成方法,该方法以平面封闭三次B样条曲线族作为导引线,运用复杂曲面笔式加工插补算法实现曲面局部区域的加工。导引曲线由封闭控制多边形顶点,通过逐层内等距,得到内偏置控制多边形的顶点,进而生成B样条导引曲线环。该方法提高了复杂曲面局部加工的效率,而且用B样条曲线描述刀具路径,为实现复杂曲面高效、高精度加工奠定了理论基础,并通过实例验证了算法的有效性。

复杂型腔环切拐角过渡刀轨生成技术

针对环切刀轨中存在的拐角及残区问题,提出采用三段式Clothiod曲线光滑拼接的方法进行过渡优化。首先,借鉴骨架线提取的原理判断拐角残区并提取出残区步长;然后,在残区步长的基础上,选取过渡控制点和初始插入点作为曲线过渡的特征点;最后,在特征点的约束下,将曲线和直线进行过渡连接,并保证过渡曲线的C2阶连续。仿真加工测试结果表明,该方法能有效切除环切拐角残余并实现刀轨的平稳过渡,同时能很好地缩短加工时间和提高整体的加工质量。

消息传递接口环境下等高线简化并行计算适宜性研究

基于消息传递接口(message passing interface,MPI),对不同的等高线简化算法并行计算的适宜性进行了比较研究。首先基于时间复杂度分析,对简化算法的效率进行分析。构建了基于MPI的等高线并行计算过程,探讨了并行计算中数据划分与合并、通信方式与计算过程3个关键问题。选取4种典型的简化算法,利用数据量呈等差分布的等高线数据进行简化并行计算试验。试验表明,算法并行计算效率不会随着节点数增加而持续性提高,尤其是串行算法效率很高的算法;基于MPI的非阻塞通信方式相对于阻塞通信方式可以提高并行计算效率;算法约束参数与数据的空间分布特征共同影响算法的并行计算效率。分析简化算法的并行计算适宜性时,应该综合考虑算法的时间复杂度、约束参数、数据量、数据分布特征以及计算环境等多个因素。该研究对于并行计算在地图综合乃至地学计算领域的拓展与应用具有重要意义。