基于形状特征的自由曲面采样算法的研究.pdf

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1、机械设计与制造第3期190MachineryDesign&Manufacture2011年3月文章编号：100123997(2011)03—0190—03基于形状特征的自由曲面采样算法的研究水陈满意刘玉慧(武汉理工大学机电工程学院，武汉430070)⋯，Researchonsamplingstrategyforfree-formsurfacesbasedonshapefeaturesCHENMan—yi，LIUYu—hui(CollegeofMechanical&ElectricalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wu

2、han43007,0，China)【摘要】测点采样是自由曲面零件检测的关键步骤。基于零件的两个形状特征因子：曲率因子、局部曲面片大小因子，提出一种面向不同类型曲面的采样算法，推导出曲率因子、局部曲面片大小因子的计算公式，进而优选合理的采样方案。该采样算法具有适应性广、无需繁琐的迭代过程等特点。用NURBS表达曲面，根据零件的梯度信息模拟制造误差并考虑测量误差，对采样过程进行了仿真分析，仿真结果验证了该采样策略的有效性。关键词：自由曲面；采样；局部曲面片；曲率；NURBS【Abstract】Samplingprocessisacriticalstepininspect

3、ionoffreermsuTface$．Asamplingstrategyisproposedinthisresearchfordiferentkindsofsesinspectionbasedontwoshapefeaturefactors：cur-vaturefactorandsurfacepatchsizefactot．Thestrategydeducestheformulasofthe_厂eaturefactorsandthenweighsthereliablesamples．Ithaswideadaptabilitywithouttediousiterat

4、iveprocesses．Consideringthemea-surementerrorandAcCordingtothegradientinformationofthesurfacestosimulatemanufacturingfor】er-rots，AsimulationofsamplingprocessWaspe,formedusingthestrategy，theresultsverifestheeffectivenessofthesamplingstrategy．Keywords：Free—formsurface；Sampling；Surfacepatc

5、hsize；Curvature；NURBS中图分类号：TH16，TG806文献标识码：A测点采样是自由曲面零件检测的关键环节，不同的采样方1基于NURBS的自由曲面造型法将直接导致测量结果的差异，对测量不确定度有重要影响。测本文采用NURBS方法表达自由曲面，表达式为：点采样的基本问题是样本大小及其分布，它与众多因素有关，如零件形状、加工设备的工艺能力，要求达到的检测精度等。目前已∑∑(u)，(wigS(u，)=J_—————一提出一些根据不同原理的采样方法，比如Hammersley序列采样、∑∑，u)vw均匀采样、等参数采样、基于高斯曲率的采样等，但每种方法各有j

6、：o其优势，对于特定的采样对象有各自的特点。式中：q—控制顶点集合；—样条基函数；u，—两个方向Menq等综合考虑了机床的加工能力、工件的给定公差范围节点集合；(m+1)x(n+1)—控制顶点网格数量，—权值；以及检测结果的置信度，得出检测点样本大小计算公式，并假定P，q-“，方向的次数，并采用工程上常用的双三次曲面，加工误差服从某个分布，但由于采用均匀分布，对曲率较大的区即p=q=3，可保证c2连续。域样本数量可能太小；某科研人员利用Li提出的基于曲率的采2基于形状特征的采样策略样方法，使得采样点的疏密随曲面曲率变化而变化，曲率越大采2．1采样原理样点应越密，但往

7、往会造成曲率较小的区域得不到足够的样本，文中采用四种采样方案供选择，其采样原理简述如下：曲率大的区域又过于致密，而且该算法用迭代法求解耗时，不适2．1．1等参数采样于一些需要在线检测的情况；某科研人员对船用螺旋桨在线检测问题进行了研究，把曲率作为测点分布的依据，结合经验确定样该方案直接根据NURBS曲面的两个节点方向均匀划分采本大小，但该方法针对l生强，不具有普遍性。样网格，简单易实现，对于平缓的曲面较为合理。但是对于曲率变针对上述各种采样算法的不足，本文对曲面采样算法做了化较大以及局部片较小的区域，易忽略对该区域的采样，难以得进一步探讨，提出一种适应性更广泛的