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基于三坐标测量机扫掠扫描的自由曲面轮廓误差评价方法
摘要： 坐标测量机（CMM）被广泛用于评估自由曲面的轮廓误差。传统触发式测头在采集大规模测量数据集时效率低下。配备扫描测头的CMM能显著提升检测效率。然而，扫描获得的大规模数据对大多数基于迭代算法的现有轮廓误差评估方法构成挑战。本文提出一种高效精确的自由曲面轮廓误差评估方法：为兼顾计算简化与评估精度，提出从扫描数据集中提取关键点的新方法。首先将关键点定义为与设计曲面存在区域显著偏差的测量点；其次利用小波分解对扫描数据集中测量点偏差曲线进行分解，并根据分解结果提取关键点；此外采用序列二次规划（SQP）算法对作为扫描数据表征的关键点集进行评估。最后通过仿真案例和实际加工零件验证所提评估方法，结果表明该方法兼具精确性与高效性。
关键词： 关键点提取、轮廓误差评估、自由曲面、小波分解、扫掠扫描
更新于2025-09-23 15:23:52
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非零位干涉检测中自由曲面的错位校正
摘要： 与旋转对称表面不同，自由曲面具有复杂的自由度，因此更难进行对准。本研究基于计算机建模，提出了一种实用且精确的校正方法，用于消除非零位干涉检测系统中自由曲面的错位问题。通过逐步建模和校正由轴向位置误差、旋转误差及非轴向姿态误差引入的错位像差。在计算机模型中，将自由曲面的轴向与非轴向位置从理想位置调整至实际实验中的错位位置以实现校正。由于建模位置被调整为与实际情况一致，所有错位像差均可通过重建算法从测试波前中消除。计算机模拟结果验证了所提方法的准确性。对准后的实验结果显示，其与泰勒霍普森轮廓仪的测量结果基本一致，其中轮廓线的峰谷（PV）值误差优于1/30λ。
关键词： 图形、表面测量、干涉测量法、自由曲面
更新于2025-09-23 15:22:29
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一种采用组合反射器的高效LED前雾灯系统设计
摘要： 本文提出了一种基于自由曲面与改进二次曲面的LED前雾灯系统设计方法。首先利用聚光反射器将LED光束汇聚形成等效光源点，继而通过计算该点与工作面光型之间的关系，基于斯涅尔定律和非成像光学理论构建自由曲面。最后在自由曲面两端增设两个补偿反射器，将未利用光线反射以实现补偿效果。通过组合反射器的应用，使25米处工作面的光型满足ECE R19第7版法规要求。该系统因避免使用透镜或棱镜组而具有体积小、效率高的优势，补偿面的运用也进一步提升了光能利用率。最终原型测试表明其同样符合法规标准。
关键词： 自由曲面、前雾灯、组合反射器、发光二极管、高效率
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于LED漫透射照明系统的外科手术灯设计
摘要： 本文专门为口腔手术照明设计了一种手术灯透镜，能在口腔手术过程中提供均匀且广阔的照明视野。该照明系统由支撑结构、一组LED和双自由曲面构成。其中双自由曲面由传统自由曲面、设计的二次全内反射透镜及漫透射板组成，可提升LED的光学性能。当光线持续散射导致瞳孔收缩时，最终会引起眼睛疲劳。增加漫透射的目的在于使出射光线更柔和，从而让眼睛感觉更舒适。针对上述问题，本文提出数值方法作为双自由曲面设计的基?。菏紫雀萃干涿嫣匦杂隠ED属性建立数学模型，进而推导出外表面照明分布的非线性方程；通过求解该方程获得自由曲面轮廓，随后将轮廓导入三维建模软件Solidworks进行旋转以生成对应模型。最终仿真结果表明，双自由曲面的光学均匀度可达86.18%。
关键词： 自由曲面、均匀照明、全内反射（TIR）、光学设计、漫透射
更新于2025-09-12 10:27:22
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先验知识辅助的多尺度测量方法在自由曲面检测中的应用研究
摘要： 传统多视角计量系统利用微透镜阵列，在常规光照条件下通过CCD相机单次拍摄获取目标表面的原始三维图像。然而该系统的分辨率取决于三维原始数据处理过程中视差信息的匹配精度与效率。本文研究了先验知识辅助的多视角计量方法，构建了基于目标自由曲面轮廓先验知识定制图案化照明的先验知识辅助多视角计量系统。该先验知识为精确高效的匹配过程提供了丰富的已知信息，从而提升测量性能。据此开发了基于先验知识的定制视差匹配流程以实现高分辨率三维表面重建。通过对比常规光照与先验知识辅助图案化照明两种方案对自由曲面的测量实验，验证了所提先验知识辅助多视角计量系统的可行性。
关键词： 先验知识辅助、多视角计量学、精密表面测量、自动立体显示、自由曲面
更新于2025-09-12 10:27:22
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航空发动机自由曲面叶片激光立体成形路径生成方法
摘要： 叶片是航空发动机的关键且广泛使用的部件，其加工质量直接影响发动机性能。由于具有灵活性，粉末激光立体成形（LSF）在先进制造中被广泛用于合成新材料、构建三维零件、修复损伤部件及形成表面涂层。为修复损伤部件或形成表面涂层（尤其是航空发动机自由曲面叶片），工业中采用数控或机器人LSF工艺。然而，由于自由曲面几何形状复杂，根据LSF工艺要求生成合适的激光束路径颇具挑战。针对这一问题，本文提出一种基于微分几何的路径生成方法。该方法生成的路径能确保沉积轨迹间的重叠要求及相邻层间的路径偏移。通过两个实例验证了所提方法的有效性，在航空发动机制造工业（尤其是自由曲面叶片的LSF修复或表面涂层）中具有广阔应用前景。
关键词： 涂层，激光立体成形，叶片修复，自由曲面，路径生成
更新于2025-09-11 14:15:04
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自由曲面方差最小化迭代匹配方法——第二部分：实验与分析
摘要： 本文第一部分提出了一种称为方差最小化匹配（VMM）的自由曲面匹配方法，用于解决点分布不均/开放及测量噪声问题，并从理论上研究了其收敛特性和对测量缺陷的敏感性。第二部分通过系列实验验证该方法在自由曲面匹配中的可行性，实验分为四组：测量缺陷实验、噪声实验、收敛性实验和人工实验。首组实验表明现有方法易受点分布不均/开放影响陷入局部最优，测点倾向于密集区域；而VMM无论测量缺陷数量增加多少都几乎无倾向性。第二组实验测试了对不同噪声的敏感性，结果显示VMM能有效防止高斯噪声导致的不稳定滑动。第三组实验比较了不同初始位置下的收敛速度与稳定性，证实VMM具有二次收敛特性。最后的人工实验揭示该方法适用于几何检测和余量分配等自动化制造流程。
关键词： 方差最小化匹配（VMM）、缺陷测量、自由曲面、收敛
更新于2025-09-09 09:28:46
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自由曲面方差最小化迭代匹配方法——第一部分：理论与方法
摘要： 自由曲面匹配是将测量点与设计模型对齐的制造自动化常见问题。本文提出迭代方差最小化匹配（VMM）方法，用于处理存在测量缺陷（如不均匀/开放点分布和测量噪声）的测量点。其基本思想是将目标函数定义为各测量点到设计模型最近距离的方差，并通过在目标函数中引入平均距离项来考虑测量缺陷。利用定义的平均距离项，提出了分析测量缺陷对VMM及现有方法影响策略。研究表明当存在测量缺陷时，VMM方法不易陷入局部最优。为兼顾收敛速度与稳定性，开发了基于一阶点-点距离和点-切线距离的新距离度量并应用于目标函数。通过理论分析二次收敛性和正定性验证了所提方法的可行性。该方法计算高效、对测量缺陷不敏感，适用于含自由曲面特征的形状匹配任务。
关键词： 方差最小化匹配（VMM）、自由曲面、测量缺陷、收敛
更新于2025-09-09 09:28:46