收藏本站
《浙江大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究

沈洪垚  
【摘要】:NURBS曲线插补作为一种高精高效的数控加工方式,已成为高档数控系统的重要功能和标志之一,也是当前插补技术领域的研究热点和难点。本学位论文结合浙江省重大科技专项“中高档数控机床控制系统”(N0.2006C11067)项目,在分析NURBS曲线插补技术相关研究现状的基础上,进行了三轴数控加工NURBS曲线自适应插补及其关键技术研究。本论文在积极借鉴相关理论和研究成果的基础上,面向NURBS插补加工的高效、高精和自适应性进行了理论和方法创新,开展了微段刀路拟合、自适应插补算法、鲁棒性策略、插补数据误差补偿等一系列关键技术研究,并基于DSP开展了NURBS插补算法的实现及加工实验研究。论文主要研究内容和成果概括如下: 采用预估-比例校正算法避免求导运算,简化了NURBS曲线插补点计算问题。在分析NURBS曲线插补流程中的核心计算任务的基础上,研究了指令速度下参数值计算方法和给定参数下曲线插补点计算方法,并以简化插补计算过程为目的,引入插补点位置预估校正算法,实现了两步计算任务的合并,避免了Taylor展开方法存在预估精度不稳定、导数求解计算量大的问题。给出了NURBS插补中预估校正算法的合理性分析,通过计算实例,对比例校正算法的计算优势进行了仿真验证。 提出了节点组合优化策略(OKCS),以实现微段刀路NURBS曲线的高精度拟合。针对数控加工中采用大量微小直线段引起的诸多问题,采用NURBS曲线在一定精度下逼近CAM系统输出的微小直线段刀路,以实现刀路轨迹的光滑,便于后续采用NURBS直接插补的方式进行加工。针对现有NURBS曲线最小二乘拟合中存在的参数节点划分无法参与拟合的问题,提出了采用节点组合优化策略(OKCS)获得节点划分的近似最优解。进而,针对更高精度的应用需求,给出了两种可靠高效的参数调整方法,以获得合适的曲线次数及控制点数。最后在该算法实现的基础上进行了仿真研究,并与同类方法进行了对比分析,显示了良好的精度优势。 提出了基于进给轴向运动学特性的NURBS曲线前瞻插补算法(ALANI),以保证伺服系统的跟踪精度和插补加工过程的平稳性。针对传统插补算法存在的自适应能力差、过少考虑轴向运动学参数等问题,提出了基于进给轴向运动学特性的NURBS曲线前瞻插补算法(ALANI)。算法在保证工件轮廓精度的同时,在每个插补周期内保证各轴上的加速度、加加速度在对应轴的允许范围内,同时对曲线状况进行前瞻计算,根据需要修正前面的插补参数进行重新插补。该算法将插补精度与加工过程运动学特性进行了有机结合,并在算法实现的基础上进行了仿真研究,并与两种经典的NURBS曲线插补算法进行了对比。 建立了NURBS曲线插补中危险点渡过的鲁棒性策略和回溯点确定的鲁棒性校正方法。在运动学分析的基础上,设计了一种危险点渡过的鲁棒性策略,该策略保证对任意形式危险点的适应能力,并将7项指标严格限制在规定范围内,改善了算法对复杂线形的普适性;另一方面,对前瞻插补中形成的拖尾现象进行了机理分析,并设计了一种修正回溯点确定算法的鲁棒性校正策略,修正了速度曲线拖尾现象,减少了低速爬行,并将该模块融入到ALANI算法中以优化加工效率。 针对NURBS曲线插补技术中的误差补偿问题,提出了粗插补级独立式在线补偿策略。分析补偿静态/准静态误差的必要性与合理性,并从空间误差的角度给出各轴上补偿量的获得方法,在此基础上,从实时性和补偿系统硬件结构角度分析不同补偿方式的特点,提出了粗插补级独立式在线补偿策略,以满足静态/准静态误差补偿的需要。继而根据NURBS曲线的空间复杂性,采用分段-合成方法建立各轴统一误差补偿表,并基于统一误差表,设计了粗插补数据的补偿计算方法,并以空间NURBS曲线为对象,对其粗插补数据进行误差补偿的仿真实验研究。 基于TMS320F2812数字信号处理器构建了NURBS曲线插补控制实验平台。完成了DSP运动控制器的硬件设计和粗精插补的软件设计。并以此为基础开展了不同复杂度情况下的NURBS曲线插补加工试验,以验证插补算法的鲁棒性;同时,对微小直线段插补加工和NURBS拟合插补加工两种方式下的质量进行了定性对比。实验结果表明,ALANI算法稳定可靠,能够明显提升加工过程的平稳性;NURBS拟合插补加工相对微小直线段插补加工具有更好的加工质量和更少的代码信息量。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG659

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范晋伟;关佳亮;王文超;周顺生;董广谱;岳中军;曹美宁;;SMART-CNC超精密数控曲面磨床综合误差补偿技术[J];北京工业大学学报;2006年04期
2 刘国晖,周维海,李建;逆向工程中截面测量数据的曲线拟合[J];燕山大学学报;2005年05期
3 陆丛红;林焰;纪卓尚;;基于缩减控制顶点数和自适应遗传算法的船体水线NURBS拟合[J];大连理工大学学报;2007年06期
4 李建刚;张婷华;李泽湘;刘冠峰;;数控加工中的连续多段直线轨迹B-Spline拟合[J];哈尔滨工业大学学报;2008年10期
5 张得礼;周来水;;基于进给速度自适应控制的NURB曲线的智能插补(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2007年05期
6 许家忠;肖永强;尤波;丁亮;;基于USB和DSP的多轴运动控制卡开发[J];哈尔滨理工大学学报;2006年05期
7 张晶;王立松;;基于加减速控制的半闭环数控机床反向间隙补偿[J];机床与液压;2006年10期
8 杨建国,许黎明,刘行,李勇,李启斌,王嵘,潘志宏;加工中心的几何误差和热误差综合补偿模型[J];计量学报;2001年02期
9 穆国旺;臧婷;赵罡;;用改进遗传算法确定B样条曲线的节点矢量[J];计算机工程与应用;2006年11期
10 游有鹏,王珉,朱剑英;NURBS曲线高速高精度加工的插补控制[J];计算机辅助设计与图形学学报;2001年10期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 赵巍;数控系统的插补算法及加减速控制方法研究[D];天津大学;2004年
2 董辰世;CAD中曲线逼近和曲面重建问题的研究[D];浙江大学;2005年
3 俞武嘉;基于STEP-NC的五轴加工刀具路径规划方法研究[D];浙江大学;2007年
4 任锟;高速数控加工的前瞻控制理论及关键技术研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 李长峰;基于DSP技术的运动控制卡的研制和开发[D];哈尔滨理工大学;2004年
2 边玉超;自由曲线曲面CNC插补技术的研究[D];北京化工大学;2004年
3 邱云周;基于DSP和FPGA的运动控制技术的研究[D];四川大学;2004年
4 李可;基于DSP的四轴运动控制卡硬件设计[D];天津大学;2005年
5 鲍伟;基于PCI总线和DSP的五轴运动控制卡的研究[D];合肥工业大学;2006年
6 廖永进;基于DSP的运动控制卡的研究和开发[D];广东工业大学;2006年
7 于明;复杂曲面CAM系统前置处理技术研究[D];沈阳工业大学;2006年
8 邹继荣;基于DSP运动控制卡的研究与开发[D];南京航空航天大学;2006年
9 曹永峰;基于DSP+CPLD+USB的短电弧数控车床运动控制卡的设计[D];新疆大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐明利;;基于双圆弧逼近的插补技术研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年06期
2 周金明;朱晓临;;基于三角多项式的一类曲线曲面性质及其应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年01期
3 潘庆云;陈素根;;五次Bézier曲线的三种不同扩展[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年02期
4 陈苗;张艳秋;;带参数λ的三次Bézier曲线的光顺延拓[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年04期
5 李斌;;NURBS曲线的一种快速生成方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年01期
6 张伟红;王家正;;隐参数曲线的正则性条件[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2012年02期
7 李明超;缪正建;韩彦青;;连拱隧道工程地质三维建模与可视化分析及应用[J];地下空间与工程学报;2012年S1期
8 刘旭敏;黄厚宽;徐维祥;;C-B样条曲线与T-B样条曲线的G~1拼接[J];北京交通大学学报;2007年06期
9 黄泽华;王小椿;蔡永林;;五坐标数控铣削加工刀具扫描体的求解[J];北京交通大学学报;2010年01期
10 王成伟;与给定多边形相切的G~3连续有理样条闭曲线[J];北京服装学院学报;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乐英;;NURBS曲线数控加工中双圆弧逼近算法的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 王世海;岳天祥;;高精度曲面建模方法(HASM)的逐次最小二乘算法[A];现代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研讨会论文集[C];2009年
3 刘日明;陈映秋;;基于B样条面元法的有限水深浮体水动力计算[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
4 ;Application of Non-Uniform B-Spline Curve Fitting Based on Genetic Algorithm in High Meteorological Detection[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
5 ;Application of Adaptive Network Based Fuzzy Inference System for Model Reconstruction in Reverse Engineering[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
6 俞芙芳;邢闽芳;;Surfacer在工艺品面板逆向工程中的应用[A];2007年中国机械工程学会年会之第12届全国特种加工学术会议论文集[C];2007年
7 孙献铖;杨拓;;基于Profibus-DP总线的万能铣床CNC通信系统的开发[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
8 邱晓杰;刘伟军;徐金亭;;基于STL模型的复杂回转类零件刀位轨迹计算方法[A];2008’“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C];2008年
9 向长波;许建华;;基于NURBS曲线的不规则物体三维重建与测量[A];2009全国虚拟仪器大会论文集(一)[C];2009年
10 王楠;张玉;陈铭;梁昌洪;;NURBS曲面的UTD爬行波射线寻迹算法研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第三册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜宏旺;接管焊接机器人关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
3 张丽哲;经编针织物的计算机三维仿真[D];江南大学;2010年
4 周联;曲线曲面造型中的三类几何逼近[D];浙江大学;2010年
5 蔡华辉;螺线和正交多项式在CAGD中的应用[D];浙江大学;2009年
6 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年
7 边柯柯;反求工程中复杂自由曲面协调设计及拓扑还原技术研究[D];浙江大学;2010年
8 卢科青;逆向工程中多传感器集成的自由曲面数字化测量及其数据预处理方法研究[D];浙江大学;2010年
9 蒋丽君;基于颈部特征的衣领三维结构数字化技术研究[D];东华大学;2010年
10 李玉梅;朝阳沟油田朝5北井区裂缝性储层建模与剩余油定量评价[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 师晶;一类三次代数曲线的插值和逼近[D];南昌航空大学;2010年
2 白廷义;基于激光扫描数据的隧道曲面重建技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 王公旺;高压带电作业机器人运动控制系统的研究与实现[D];山东科技大学;2010年
4 周广兵;基于ARM+DSP的多自由度机器人运动控制器研究[D];山东科技大学;2010年
5 张辉;随机样条函数研究[D];辽宁师范大学;2010年
6 木觉敏;压力舒适无缝内衣尺寸规格的研究[D];浙江理工大学;2010年
7 胡宇龙;自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验[D];浙江理工大学;2010年
8 纪晓俊;有理贝齐尔曲线对回旋线的逼近[D];郑州大学;2010年
9 石尖锋;数字服装边界提取与编辑研究[D];浙江理工大学;2010年
10 王华;公路三维数学模型的建立与仿真实现[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王福勋,余恬,任思成;PCI总线接口设计中的几点体会[J];半导体技术;2001年08期
2 武仲科,胡德荣;以NURBS为基础的造型方法[J];北京航空航天大学学报;1994年02期
3 张莉彦;基于数据采样插补的加减速控制的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年03期
4 王志良,郝玉东,胡汉金,解仑;基于DSP的交流伺服系统[J];北京科技大学学报;1996年03期
5 李安平,冯有前;有理B样条曲线的光顺拟合法[J];纯粹数学与应用数学;2000年01期
6 张进春;新的数控加工方式——STEP-NC[J];重庆职业技术学院学报;2005年03期
7 李惠光;郑绳楦;王丹萍;;改进的最小偏差法直线插补及其软件[J];东北重型机械学院学报;1991年02期
8 王宝国,宗鸣,王凤翔;复杂可编程逻辑器件(CPLD)在DSP交流电机控制系统中的应用[J];电机与控制学报;2001年01期
9 刘滨,孙睿;基于USB和多线程的实时数据采集系统[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年09期
10 富历新,董春,相欣;基于PC总线的四轴电机运动控制器[J];电气传动;1998年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 伍铁军;数控加工仿真关键技术研究与软件开发[D];南京航空航天大学;2001年
2 王乾廷;双刀车削数控编程技术研究[D];合肥工业大学;2004年
3 仓公林;基于STEP-NC数控铣削加工若干关键技术研究[D];合肥工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张超;自由曲面的造型及数控加工[D];西安理工大学;2001年
2 闫砺锋;运动控制技术研究及运动控制板卡开发[D];四川大学;2001年
3 谢万德;基于DSP的多轴运动控制器的研究[D];浙江大学;2002年
4 余斌;基于OpenGL的数控加工仿真系统的研究与开发[D];四川大学;2002年
5 贾庆锋;鞋楦CAD/CAM技术研究[D];四川大学;2002年
6 罗玲慧;数控线切割CAD/CAM集成系统的开发与研究[D];广西大学;2003年
7 张凤莲;基于投影、法矢和主曲率的自由曲面造型[D];西北工业大学;2003年
8 李定富;复杂曲面产品快速开发技术研究及其在摩托车覆盖件中的应用[D];重庆大学;2003年
9 刘洪泳;四轴伺服运动控制卡的研制[D];南京航空航天大学;2004年
10 闫晓婧;复杂曲线曲面的高速高精度数控加工研究[D];合肥工业大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姬俊锋;周来水;张得礼;;NURBS曲线插补过程中运动平滑处理[J];中国机械工程;2006年21期
2 胡昌盛,王毅;陶瓷制品装饰计算机辅助设计的研究[J];陶瓷;2000年04期
3 胡鸿豪;文林莉;吴勇翀;;实时前瞻插补算法中伺服系统误差的影响[J];机床与液压;2009年06期
4 裴兴林;;基于ISO14649的NURBS曲线插补技术的研究[J];机械与电子;2010年04期
5 范克东;肖世德;龚邦明;;实现高速高精度加工的智能NURBS插补算法研究[J];制造业自动化;2006年04期
6 马朝阳;张承瑞;;一种改进的NURBS插补算法[J];机床与液压;2008年03期
7 蔡善乐;张春政;石凯;;反求NURBS曲线及其插补算法的研究与应用[J];新技术新工艺;2010年06期
8 徐国平,王卫英;基于MATLAB的叶片型面几何造型及超差计算[J];南京工业大学学报(自然科学版);2004年03期
9 肖钊;杨旭静;王伏林;;曲面数控加工中面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年09期
10 张小婷;胡泓;;基于速度补偿的曲线运动轨迹控制[J];机械与电子;2008年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李敏;陈跃飞;金山;张弛;陈如山;;基于NURBS建模的结合ACA的高阶矩量法[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
2 唐培;耿安兵;熊涛;杨长城;;基于NURBS的光学自由曲面设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 徐乐;史小卫;王青;;基于NURBS建模技术的Z-Buffer消隐技术研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
4 乔志峰;王太勇;胡淼;;具有自适应精度控制功能的五轴NURBS插补方法研究[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
5 马晓永;吴文华;范召林;;基于NURBS的机翼自由变形方法[A];四川省力学学会2010年学术大会论文集[C];2010年
6 李陶深;高一佳;;一种基于控制点差分数据的NURBS曲线曲面数据优化压缩方法[A];NDBC2010第27届中国数据库学术会议论文集(B辑)[C];2010年
7 张海军;郭雪岩;;基于NURBS和梯度法的飞艇形状优化[A];2011年中国浮空器大会论文集[C];2011年
8 乐英;;NURBS曲线数控加工中双圆弧逼近算法的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 肖雅彬;岳连捷;张新宇;;利用NURBS中心锥消除马赫盘的内转式进气道设计方法[A];第四届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2011年
10 李华;吴炜煜;;建筑真实感曲面造型设计方法研究[A];中国体视学学会图像分析专业、中国体视学学会仿真与虚拟现实专业、中国航空学会信号与信息处理专业第一届联合学术会议论文集[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李会群;看图学用Nurbs建立产品模型[N];电脑报;2001年
2 邱朱胜;女人痴心的爱恋[N];中国电脑教育报;2004年
3 山东 realrocking;《射雕英雄传》中雕的特技[N];电脑报;2003年
4 ;快乐电脑引领时尚[N];中国计算机报;2002年
5 谭淑敏;三维应用程序中的坐标贴图[N];中国电脑教育报;2004年
6 Daniel;3DMAX凹凸材质制作技巧[N];电脑报;2001年
7 北京航空航天大学虚拟现实新技术教育部重点实验室 田雪松 崔鹏 郝爱民;“真实”的“虚幻”[N];计算机世界;2004年
8 黄迪生;CAD软件的工艺特点[N];中国航空报;2001年
9 ;释放你的3D引擎[N];中国计算机报;2002年
10 王岩;精彩在你手中[N];中国电脑教育报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈洪垚;自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究[D];浙江大学;2010年
2 孙海洋;NURBS曲线刀具路径实时插补技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
3 吴继春;曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究[D];华中科技大学;2012年
4 袁浩波;基于NURBS建模的高阶矩量法[D];西安电子科技大学;2009年
5 乐英;基于NURBS曲面的汽轮机叶片重构及插补算法的应用研究[D];华北电力大学;2011年
6 徐乐;基于NURBS技术的电大复杂目标RCS预估技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
7 乔志峰;适用于复杂形面加工的多轴运动控制系统设计理论与方法研究[D];天津大学;2012年
8 刘源;开放式数控系统的构建及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 刘源;开放式数控系统的构建及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 王世勇;高性能激光加工控制关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李建伟;NURBS曲线插补实时前瞻控制方法的研究[D];中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所);2010年
2 张春政;反求NURBS曲线及其插补算法与速度控制研究[D];兰州理工大学;2010年
3 王佳;NURBS曲线的自适应插补技术研究[D];兰州理工大学;2010年
4 赵辉良;面向切削、研抛的高效NURBS曲线插补算法研究[D];湘潭大学;2010年
5 潘瑛;人工智能算法在NURBS曲线降阶方面的若干研究[D];合肥工业大学;2010年
6 石迎利;基于调整参数化的NURBS曲线光顺[D];合肥工业大学;2010年
7 张廷霞;Rhino3D软件的NURBS建模在日用陶瓷造型设计中的应用[D];景德镇陶瓷学院;2010年
8 易慧敏;面向STEP-NC的NURBS曲面加工刀具轨迹算法的研究[D];广东工业大学;2011年
9 李亚利;基于NURBS的牙齿三维重建算法研究[D];西安理工大学;2005年
10 吴广宽;自由曲面造型技术在水力机械研究中的应用[D];西安理工大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026