自由曲线曲面微调整技术及其应用研究

论文摘要

本文在简要回顾了自由曲线曲面技术发展历史和研究现状的基础上,分别论述了曲线曲面形状调整方法和相关调整技术的特点、应用以及代表性工作。针对工程领域在应用方面的典型问题和迫切需求,首次提出了自由曲线曲面微调整技术这一全新的概念,建立了自由曲线曲面微调整技术的基础理论框架,并且对若干关键技术及其应用进行了深入的研究。 作者分析了目前曲线曲面形状调整技术的发展和研究内容中所存在的一些不足,在此基础上,首次明确提出了自由曲线曲面微调整技术的基本概念,并且在“从工程中来,到工程中去”的思想指导下初步建立了微调整技术的理论框架体系,系统地总结了曲线曲面微调整技术的实现方法及相关的应用领域,完成了微调整效果综合评价体系的构建。 从汽车产品A级曲面设计的严格标准出发,结合A曲面特征曲线高精度、高光顺性的基本要求,以及传统构造方法中所存在的问题,提出了基于控制顶点规范的Bezier曲线光顺微调方法。该方法的核心是通过对控制顶点的交互式添加和迭代微调计算,能够实现特征曲线对空间型值点的光顺拟合。其中一方面,曲线控制顶点的交互式添加可以保证控制多边形的形状与空间型值点走势的基本吻合,最大程度上保证曲线的光顺性,另一方面,控制顶点的迭代微调计算结果,可以保证特征曲线与型值点集的最佳逼近。 面向汽车前照灯反射器曲面建模中高精度和高效率的基本要求,在分析目前方法存在问题的基础上,提出了基于迭代拟合的曲面微调快速建模方法。该方法通过对曲面基本骨架曲线控制顶点的微调计算,使曲面能够较好地满足精度误差控制的要求,同时迭代拟合过程的快速收敛,实现了曲面微调过程的自动化,从而保证了高效的曲面逆向建模。在此方法基础上开发的UG功能模块系统,已经在合作的台湾某知名车灯制造企业集团内部推广,应用设计了多款AM车灯产品,有效地提高了逆向设计环节的效率。 针对模具型腔加工中的重要手段电火花成型加工技术(Electrical dischargemachining,EDM)中由于电极平动所引起的加工误差,提出了基于曲面广义偏置的微调补偿技术,并给出了全新的基于非均匀有理B样条(NURBS)曲面的广义

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自由曲线曲面技术
• 1.2 曲线曲面形状调整方法
• 1.2.1 控制顶点和权因子的调整
• 1.2.2 节点向量的调整
• 1.3 曲线曲面形状调整的相关技术
• 1.3.1 曲面（线）的拟合技术
• 1.3.1.1 整体与局部拟合
• 1.3.1.2 光顺拟合
• 1.3.1.3 其它拟合方法
• 1.3.2 曲面（线）的偏置技术
• 1.3.2.1 偏置曲面（线）的精确表示
• 1.3.2.2 偏置曲面（线）的逼近
• 1.3.2.3 偏置曲面（线）异常问题的处理
• 1.3.2.4 曲面（线）的广义偏置
• 1.3.3 其它调整技术
• 1.4 曲线曲面形状调整应用举例
• 1.4.1 汽车A级曲面设计
• 1.4.2 车灯配光设计
• 1.4.3 电火花成型加工
• 1.5 自由曲线曲面微调整技术的提出
• 1.6 本文的内容
• 第二章 自由曲线曲面微调整技术基本框架
• 2.1 曲（线）面微调整概念的提出
• 2.2 微调整基本框架
• 2.3 微调整实现方法及应用
• 2.3.1 定性自由微调
• 2.3.2 定量精确微调
• 2.4 微调整效果评价体系
• 2.4.1 精度评价
• 2.4.2 光顺性评价
• 2.4.3 功能特性评价
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于控制顶点规范的曲线微调方法
• 3.1 应用背景
• 3.2 存在的问题
• 3.3 基于控制顶点规范的曲线光顺微调方法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 特征曲线控制顶点的迭代微调
• 3.3.3 精度误差控制
• 3.4 方法的系统实现
• 3.5 应用实例
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于迭代拟合的曲面微调建模方法
• 4.1 应用背景
• 4.2 存在的问题
• 4.2.1 反射器逆向建模基本要求
• 4.2.2 逆向建模方法存在的问题
• 4.3 基于迭代拟合的曲面微调快速建模方法
• 4.3.1 基本原理
• 4.3.2 骨架曲线的平面规范
• 4.3.3 骨架曲线控制顶点的微调
• 4.3.4 精度误差控制及迭代微调整
• 4.4 方法的系统实现
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 计算实例
• 4.5.2 结果分析
• 4.5.3 结论
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于广义偏置的曲面微调补偿方法
• 5.1 应用背景
• 5.2 平动加工的误差分析
• 5.2.1 直线平动的加工误差
• 5.2.2 圆形平动的加工误差
• 5.2.3 方形平动的加工误差
• 5.2.4 误差的定量分析
• 5.3 传统的误差补偿方法
• 5.4 基于广义偏置的微调补偿原理
• 5.4.1 基本补偿原理
• 5.4.2 直线平动补偿
• 5.4.3 圆形平动补偿
• 5.4.4 方形平动补偿
• 5.5 基于NURBS的广义偏置微调方法
• 5.5.1 裁剪NURBS基曲面的参数提取
• 5.5.2 离散网格采样及其法矢计算
• 5.5.3 采样网格的广义偏置微调
• 5.5.4 误差控制下微调网格的NURBS曲面逼近
• 5.6 广义偏置补偿计算实例
• 5.6.1 实例一
• 5.6.2 实例二
• 5.7 实验加工验证
• 5.7.1 实验方案
• 5.7.2 实验数据分析
• 5.7.3 实验结论
• 5.8 本章小结
• 第六章 曲线曲面微调整辅助技术
• 6.1 引言
• 6.2 IGES数据接口
• 6.2.1 IGES基本格式与结构
• 6.2.2 裁剪曲面IGES信息解析
• 6.3 基于参数域识别的裁剪曲面有效离散
• 6.3.1 判定空间降维简化
• 6.3.2 离散点有效性的判定原理
• 6.3.3 裁剪曲面有效离散判定算法
• 6.3.4 应用实例
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的论文
• 致谢