基于图像变换的自由曲面光学透镜面形测量

对称中心的自由曲面光学透镜的光学表面面形测量 ,是光学加工制造领域的难题。为达到高精度测量 ,提出一种可用于自由曲面光学透镜在线光学测量方法。基于光学透镜的图像变换特性与其光学表面面形之间存在着的拓扑关系 ,通过对标准输入图像和经过待测自由曲面光学透镜变换后的输出图像进行智能辨识、分析和处理 ,求出该光学透镜的变换矩阵 ,并据此精确测量出待测光学透镜的曲面面形。实验结果表明 :基于图像变换的测量方法的测量误差小于 2～ 3μm,能够适用于自由曲面光学透镜的非接触、快速高精度测量     

基于光学自由曲面的三维位移测量系统

针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测.     

基于微元能量映射的汽车LED近光灯透镜设计

针对常用汽车LED投射式照明系统近光灯光能利用率低的问题,根据非成像光学原理,研究了LED近光灯近光配光特性与光源光能量、光学自由曲面透镜参数之间的关系,在此基础上提出基于微元能量映射的LED汽车近光灯自由曲面透镜设计方法.为了验证该方法的可行性,利用切面迭代曲面构型法Rhino软件设计了汽车LED近光灯透镜,运用Tracepro光学软件构建了汽车LED近光灯照明系统,然后对该系统进行了计算机仿真.结果表明,所设计的LED近光灯自由曲面透镜产生的光型不但能满足近光灯法规要求,而且光能利用率较常用的汽车LED近光灯照明系统提高23.5%.     

自由曲面超精密车削加工路径优化设计

加工路径优化设计是提高自由曲面超精密车削表面质量和形状精度的关键技术．采用NURBS插补模型进行自由曲面的描述,提出柱面坐标加工模型进行自由曲面超精密车削加工分析,借助矢量数学对刀位点进行刀具参数的优化补偿,并采用螺旋投影驱动方式实现加工路径的规划．对各种类型自由曲面进行加工实验,表面粗糙度达到5．16nm,路径优化设计后加工形状精度提高近10倍实验结果表明,提出的路径优化设计方法可以高效可靠地加工光学质量表面的自由曲面。     

光学自由曲面铣床静动态特性研究

根据光学元件的加工工艺特点对光学自由曲面铣床进行了设计,并对光学自由曲面铣床进行了有限元(FE)建模及静动态特性分析.结果表明:在重力载荷条件下铣床原点位置时,重力平衡装置未工作时导轨直线度为0.7μm,重力平衡装置工作时导轨直线度为0.035μm,重力平衡装置未工作时丝杠直线度为2.3μm,重力平衡装置工作时丝杠直线度为0.2μm.提取了不同结构方案及材料方案光学自由曲面铣床的固有频率,振型显示影响加工精度的铣床首阶振型为第三阶,最优的动态特性设计方案为铣床Z轴电机安装在顶板上及铣床结构材料采用天然花岗岩,铣床结构材料采用天然花岗岩相比于铸铁可以显著提升铣床动态特性.     

工业机器人在离轴非球面抛光中的坐标变换

提出了利用工业机器人模拟人工手修在光学器件抛光过程中的应用技术,并分析该技术的优势。在工业机器人加工过程中,对于曲面方程已知的自由曲面,要保持加工工具与被加工工件表面法线方向一直,提出了针对这种需求的空间坐标转换算法,并通过转换成机器人内部编程代码来实现。试验结果证明该算法稳定可靠,在机器人对自由曲面加工过程中保持路径上每个离散点保持工具垂直于镜面。     

基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工研究

随着时代的进步和社会经济的发展,特别是现代科技的进步,在各行各业中已经广泛应用自由曲面。在应用过程中,非常重要的一个问题就是如何对自由曲面进行精确高效的设计。如今出现了CAD系统和数控机床,解决了设计和制造问题。该文简要分析了基于CATIA的自由曲面的设计及数控加工,希望可以提供一些有价值的参考意见。     

基于集成成像的增强现实三维显示技术

 分析了现有增强现实器件的不足，介绍了集成成像三维显示技术的原理和特点，盘点了以集成成像三维显示为核心的光学透视式增强现实器件和系统，介绍了这些器件和系统的原理，并分析了离轴光学技术、自由曲面技术、全息光学元件技术、双4f系统各技术的特点。     

B样条曲面法在数控编程中的应用

根据数控加工中自由曲面的特点,提出利用双参数三次Ｂ样条曲面对其进行数学 描述,由此可方便地获得自由面上加工的刀具运动轨迹。同时简要讨论了自由曲面加工步长的确定问题。     

基于坐标测量机的曲面自适应采样的网格生成

自由曲面的数字化是自由曲面重建的关键技术之一,如何在三坐标测量机上合理对自由曲面进行采样,将关系到曲面重建精度和测量效率等重要问题,作者提出以物体重心坐标为数学模型的采样算法,该方法具有保存曲面拓扑信息和网格自组的功能,能够较准确地反映曲面的形状特征,同时对算法得到的网格数据进行了分析和处理,为坐标测量机的采样提供了一条简洁而高效的途径。     

自由曲线曲面重构的数据结构设计

自由曲线曲面重构的数据结构设计是开发逆向工程软件的关键技术之一，该文以MFC(微软基础类库)为基础，研究了基于四边域参数的B-Spline和NURBS曲面重构的数据结构设计的原理、方法及应用，它包括4个部分：点云的数据处理、曲线曲面的反求、矩阵方程解法的组织和曲面的OpenGL显示，实践表明，利用这种方法可以构造简洁的数据结构和高效的曲面反求算法，以解决计算精度和速度问题；利用OpenGL的硬件加速功能可以解决显示速度及质量问题。     

Beta样条曲面上的图案映射研究

本文研究了Beta样条自由曲线和曲面的一些特性,依据微分几何的等距映射理论,结合曲面近似展开原理,解决了Beta样条曲面图案映射中存在的一些问题。     

基于圆弧逼近的笔式加工区域快速搜索算法

针对传统自由曲面笔式加工过程计算量大、加工效率低等问题,提出了一种圆弧逼近自由曲面的笔式加工区域搜索算法.首先利用改进的四叉树算法将自由曲面进行面片分割;然后利用圆弧逼近曲面近似计算曲率半径,快速搜索出曲面局部干涉的大体位置,减少了计算量,提高了搜索效率;最后通过二叉树法精确搜索笔式加工区域的边界点,形成笔式加工区域....     

多轴机床加工自由曲面的干涉避免与刀轴优化

针对平底刀加工复杂自由曲面，从刀具与曲面的干涉特征分析入手，提出了“无刀底干涉→无曲率、刀杆干涉”的刀具干涉避免策略，并阐述了相应的刀轴矢量调整方法．实例分析表明，算法的应用不仅能快速、有效地解决平底刀加工自由曲面的干涉问题，而且也能促进自由曲面加工效率的进一步提高．     

多功能测头光学系统设计

提出了一种用于三坐标测量机的新型多功能测头,介绍了多功能测头光学系统的设计思路,分析了光路中光学元件的作用,计算了光学元件主要参数,并进行了多功能测头的实验验证。大量实验结果表明,该测头经过标定,激光跟踪瞄准重复性测量的不确定度在±1μm以内,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可以达到30°,能满足三坐标测量机的使用要求,同时也可以用于其它测长仪器对自由曲面进行快速精确的瞄准以及对零件轮廓的图象法测量。     

基于曲面拟合的复杂自由曲面网格划分

为了实现复杂自由曲面的建筑网格划分,将复杂自由曲面拟合成1个曲面,并利用映射法进行网格划分。首先提出基于非均匀有理B样条(NURBS)的线面求交和基于NURBS的面面求交2种方法,获得复杂自由曲面的N×M点云;将N×M点云作为控制点构造NURBS曲面,然后把修剪后的NURBS曲面边界按给定数目或给定长度划分,连接参数域上的边界节点后得到参数域网格,将其映射回空间曲面。对边界处网格进行投影处理以减少曲面拟合出现的边界褶皱及内缩问题。采用加密点阵技术减小曲面拟合的误差。研究结果表明:与多曲面网格划分方法相比,采用曲面拟合及映射法能够得到线条流畅、大小基本一致的网格,具有良好的建筑美学效果。     

Loop细分曲面数控加工刀具轨迹的生成

细分曲面可以方便地表示任意拓扑结构的光滑曲面 ,正逐渐成为自由曲面造型的有力工具 ;细分曲面的加工是其工业应用的基础。给出一个用于 L oop细分曲面数控加工的无干涉刀具轨迹生成的实用算法 :首先在不考虑干涉的情况下 ,由 L oop细分曲面的初始控制网格直接计算生成刀触数据 ;然后通过对刀具干涉条件的分析 ,确定干涉区域 ,去除产生干涉的刀触点 ;最后将刀触数据转换为无干涉的刀位数据。该算法提供了对基于细分曲面表示的实际零件进行曲面加工的理论基础     

自由曲面照明透镜的应用研究

根据已知光辐射分布特性的光源,通过设计合适的配光透镜,形成目标观察面上特定的照度分布或空间的光强分布,比如说形成照度均匀的矩形光斑.依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法.该方法在确定了能量映射方式和单面自由曲面透镜的初始结构后,由矢量形式的折射定律和光通量守恒定律,建立光源的光线、最终出射光线及入射点的法向矢量的关系方程组,进而得到此方程组的数值解,并通过CAD软件的逆向工程建模即得到设计的透镜.介绍了此方法的多个实例.由于半导体光源LED体积小,可近似看成点光源,非常有利于使用自由曲面法进行二次光学设计.     

基于AutoCAD自由曲面的开发与应用

基于Auto CAD2007开发平台,利用C++语言与Object ARX技术对自由曲面进行了二次开发,实现了对自由曲面边界线的提取、曲线按弦长等分、由曲面生成曲线、曲线投影至曲面和三维点阵生成自由曲面等功能。结合应用可以发现:通过将曲面分解成一系列等分曲线,再按等弦长划分曲线,可形成较均匀的网格;以风洞试验测点的数据为基础形成三维点阵,生成风压拟合曲面,可以得到结构所有节点的基本风压值。通过实际应用证明对自由曲面的开发具有重要意义。     

利用光栅位移传感器实现自由曲面的自适应跟踪测量

针对非接触自由曲面测量中激光位移传感器的非线性误差问题,设计了基于LabVIEW的光栅位移反馈系统,其采用调用动态链接库的方式完成数据采集.通过对反馈系统的线性度和回程误差进行实验分析,结果表明,该方法能够实现自由曲面的自适应跟踪测量,可保证激光测头跟随被测曲面的轮廓上下调整,使传感器工作在线性测量范围内.