设计了一款以2UPR&2RPS冗余驱动并联机构为动力头的新型5自由度混联加工单元,并对其进行了运动学分析。首先,基于旋量理论计算混联加工单元的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)运动能力。其次,运用空间矢量法建立混联加工单元的运动学模型,推导出机构的位置正/逆解解析式。再次,基于分层搜索思想预估混联加工单元的工作空间,给出了5轴可达工作空间的分布。最后,通过开展实验样机的切削实验,验证了运动学分析的正确性。

针对自由曲面的测量规划问题，提出了在截面弦长指导下的三角自适应测量和基于边界的等弦高差测量两种方法。前一种方法首先对模型进行粗测收集CAD信息，然后利用模型信息进行基于曲率变化的初始三角形划分，这样充分利用了模型的信息来指导初始化，后期利用三角形自适应划分方法得到测量采样点数据，其效率明显提高；后一种方法利用等弦高差处理方法在指定的测量边界内按截面进行测量点采样，从而实现了有效的仿形跟踪测量的方法。最后通过实际测量和软件测评验证了两种方法都可以准确地测量曲面，但是第一种方法的效率更高，实现了高效、精确的自由曲面测量。

分析比较了对自由曲面自适应测量的几种方法.在有界曲率的平面曲线的有界性的基础上,提出圆弧外延法,即后续测量点根据已测前三点求得的圆弧曲率沿切线方向或等曲率外延来进行预测,并根据测点矢量来估测保证数字化几何信息的充分性.这样就可利用待测曲面的几何(曲率)特性,使得测点的分布与曲面的曲率保持一致.最后给出了对这一算法的仿真结果.

针对自由曲面无固定解析式的特点，根据感光材料的光化学作用原理，以及曝光能量与曝光深度的制约关系，提出采用变剂量曝光的光刻方法制作自由曲面光学微器件。从光传播理论出发；分析了曝光过程光刻胶中光能量分布规律和曝光深度随曝光能量的变化关系，建立了光分布规律的数学模型，并应用计算机软件对模型进行仿真。结果表明：光能量在胶膜内呈规律性分布，在能量一定的情况下曝光深度随时间规律性增加，并逐渐达到饱和。同时，应用长春理工大学BOL500型复合坐标激光直写系统，选用美国Futurrex62A光刻胶、波长412nmHe．Ge气体激光器、5‰NaOH显影液进行曝光及显影实验，所得实验数据与仿真结果吻合。

为提高LED微型投影机中光学引擎的效率和结构紧凑性，研究了自由曲面LED聚光器结构和工作原理，设计了含有折射和反射自由曲面的LED聚光器。采用非成像理论和同时多表面设计方法，计算并获得了聚光器折射和反射两个自由曲面在子午截面内的各点坐标，利用聚光器的旋转对称性得到了其在三维空间内的面形数据。设计结果的光学建模仿真分析表明：所得聚光器能够有效地收集大功率LED光源的能量，并将光束发散角控制在12°内，其光能收集率达到71％。与采用反射式聚光器的设计方案相比，光能收集率提高了20％，而体积则下降了70％，有效地提高了光学引擎的效率和紧凑性。本项设计对LED微型投影仪的小型化具有指导和借鉴作用。

介绍了自由曲面的几种加工方法，以萨克斯哨片为例，利用CAD／CAM中的CATIAV5软件。结合相应的曲面设计模块进行三维建模，根据NC模块中的数控加工进行刀路仿真，然后进行后置处理生成数控代码进行不规则曲面件的加工，与传统的加工方法相比，该方法为自由曲面件的加工提供了更方便快捷的途径，大大缩短了产品的制造周期。

介绍了频移法的监控原理，探头的结构，系统的组成以及实验确定参数的方法，分析了该系统对提高车灯自由曲面反射层质量的作用并展望其应用前景。

复杂空间自由曲面测量是实现快速成型（RP）技术的关键,介绍智能测量技术在空间自由曲面测量中的应用。主要通过三坐标测量机（CMM）获取三维测量数据,经过曲面拟合形成CAD模型,从而得到三坐标加工数据。

曲面工件涂胶在拐弯及有高度落差处易出现胶水堆叠等现象。为在胶线质量、外观形状要求高的应用中实现均匀涂胶,针对涂胶生产实际,搭建涂胶机器人和曲面涂胶试验平台;设计面向自由曲面精准涂胶的正交试验,获得不同涂胶条件下的胶线情况;用统计方法对胶线质量进行定量分析和评价,并建立了胶线质量模型。结果表明:通过控制出胶速度与涂胶高度可较好控制曲面涂胶时的胶线宽度与高度,所建立胶线质量模型具有较高可靠性,能满足精准涂胶要求。研究结果为设计机器人对自由曲面涂胶的方案提供了依据,为实现精准涂胶提供了理论和实践指导。

不锈钢电水壶的应用市场越来越大,对电水壶抛光质量的要求也越来越高。为了保证水壶壶嘴焊接处的加工质量,文章对壶嘴焊接曲面处的抛光路径进行了规划。为了便于电水壶壶嘴的数控加工,首先对电水壶进行实体扫描,建立水壶模型后可以有效提取磨具的刀触点集,得到磨具的刀位点轨迹。并对磨具进行抛光行距分析以及磨具姿态的控制分析,得到磨具任意加工点处刀轴转动角度公式。最后在磨具刀位点轨迹以及姿态分析的基础上对电水壶回嘴焊接曲面的抛光加工做运动仿真分析,加工时磨具加工面与壶嘴焊接曲面充分相切接触,在很大程度上可以提高加工效率和加工质量。