目前,自由曲面的高速、高精度加工存在很多困难。因此,提出了适用于自由曲面加工的慢刀伺服车削的刀具路径规划方法。该方法考虑节点向量与控制点,采用NURBS曲线拟合刀具路径。NURBS曲线拟合的过程中先预处理离散点,然后将其参数化。再确定节点向量后反求控制顶点。通过调整控制顶点,可以快速的调整曲线的形状,使拟合的过程更加准确。最后对正弦网格表面与微透镜阵列表面进行了加工实验,验证了该加工方法的有效性。

先进制造和高端装备行业对复杂自由曲面的碳纤维制品的需求量不断提高,然而现阶段碳纤维铺放技术存在低效率、低精度、低可靠性的问题。依据碳纤维铺放工艺特点,研发了一种模块化的二丝束自动铺放装置,其具备创新型丝束夹紧-重送-剪断功能的自动铺丝机构。在铺放装置三维模型的基础上,根据仿真结果验证并优化了铺放装置结构,保证了装置的结构强度稳定性。采用随机概率法分析装置的可达空间,检验运动空间是否满足运动范围要求;构建了碳纤维铺放装置样机平台,使用双频激光干涉仪测量铺放定位误差,并依此采用粒子群算法对铺放进行精度补偿,从而提高了设备的铺放精度。

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。

自由曲面能有效地简化光学系统结构并提高其性能,在照明光学系统和成像光学系统中均具有良好的应用前景。为了实现自由曲面的高精度光学检测,分析了自由曲面的计算机全息图（CGH）检测方法并讨论了它的限制因素;探讨了使用基准CGH区域解决自由曲面检测时的对准问题;设计并制作了直径为180 mm的CGH对某三次方项波前编码自由曲面（口径150 mm,PV为6λ,λ@632.8 nm）进行了光学检测,该方法的检测结果（0.068λrms）与非零位检测方法的检测结果（0.067λrms）一致,实验验证了自由曲面的CGH检测方法。该方法具有易对准、精度高和效率高的优点。

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.

为了更好地消除自由曲面测量中的定位误差，提出了一种新型的、有效的基于最大最小原则的自由曲面匹配的数学模型。通过曲面的旋转、平移以及改进的坐标轮换法完成对实测曲面的预定位、精调整，较好地解决了曲面匹配的问题，为测量自由曲面轮廓度误差提供了良好的方法。论文最后的运行实例论证了该算法的正确性及可靠性。

面向自由曲面检测的特点，规划了数控机床在线检测软件的功能模块；指出了曲面加工精度的在线检测目前存在的关键问题并提出了相应的对策；最后基于Visual C＋＋ 6．0和OpenGL三维图形技术开发了数控机床在线检测软件，并在实践中取得了良好的效果。

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。

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。