逆向工程中特征提取技术的研究

论文摘要

结合快速发展的激光技术和数控技术,逆向工程(Reverse Engineering)正在成为汽车、航空航天、模具、玩具、船舶等工业领域产品设计制造的重要手段。它基于实物模型来获得造型数据、提取模型参数,通过模型重构来吸收和消化先进的设计思想、制造理念以及产品制造过程中的管理方法,并通过对其修改和再优化设计,来获得更为适应市场要求的产品。这种设计思想和制造方法大大降低了产品的生产周期,提高了生产效率,是一门涉及计算机图形学、微分几何,计算几何、数理统计、软件工程等多门学科的CAD技术。蚁群算法(Ant Colony Algorithm)是M.Dorigo等人提出的一种新型的模拟昆虫王国中蚂蚁觅食行为的仿生优化算法。该算法采用了正反馈并行自催化机制,具有较强的鲁棒性、优良的分布式计算机制、易于与其它方法结合等优点,在解决许多复杂优化问题方面已经展现出其优异的性能和巨大的发展潜力。作者对逆向工程和蚁群算法做了一些探索性的分析与研究,针对逆向工程中特征提取工作提出了一些新理论、新模型和新方法,主要内容如下:(1)针对测量技术中的坐标标定问题,提出了空间任意位置圆柱面特征参数的提取方法,推理并论证了提取原理,并通过实例验证其有效性。(2)空间任意位置回转面特征参数的提取:推理验证了空间任意位置回转面特征参数的提取原理,通过两次极小惯量法的应用完成空间任意位置回转面母线和回转轴的提取工作。(3)提取以蚁群算法为优化工具,针对空间任意位置回转面点云数据,建立了适合蚁群优化算法的数学模型,首次将蚁群算法应用到逆向工程之中,解决了空间任意位置回转面回转轴及母线的提取问题,且通过实例验证了其有效性。(4)针对截面数据点的无序性,利用蚁群算法TSP原理对其进行排序处理,该方法不仅适用于平面点数据,且对空间数据点有效。多次试验证明,程序一次循环就能完成排序工作,简单快捷。(5)自由曲面的截面线处理技术:采用非定最小距离数据精简法并提出非等厚分层处理技术,不但继承了传统最小距离数据精简法和等层厚分层处理技术的简单快捷有效的特点,同时又很好地保留了原始数据的细节特征。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义及方法
• 1.2 逆向工程的应用
• 1.3 蚁群算法理论
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 任意位置圆柱面特征参数的提取
• 2.1 空间任意位置圆柱面
• 2.1.1 轴线矢量方向的求解原理
• 2.1.2 水平面内任意位置椭圆参数的求解原理
• 2.1.3 圆柱面特征参数的提取过程
• 2.2 求解实例
• 2.3 本章小结
• 3 任意位置回转面特征参数的提取
• 3.1 空间任意位置回转面
• 3.2 回转面特征参数提取原理
• 3.3 基于极小惯量的对称轴提取
• 3.4 回转面特征参数的提取
• 3.5 求解实例
• 3.6 本章小结
• 4 基于蚁群算法的回转面特征参数的提取
• 4.1 前言
• 4.2 连续优化问题的蚁群算法
• 4.3 基于ACA回转面特征参数提取数学模型
• 4.4 基于蚁群算法的回转轴提取
• 4.5 计算结果与比较
• 4.6 本章小结
• 5 基于蚁群算法的数据点排序技术
• 5.1 绪论
• 5.2 基本蚁群算法的TSP数学模型
• 5.2.1 TSP描述
• 5.2.2 基本TSP算法数学模型
• 5.2.3 TSP蚁群算法中参数设置
• 5.2.4 TSP蚁群算法的实现步骤及程序流程图
• 5.3 基于TSP原理的数据点排序
• 5.4 本章小结
• 6 点云截面数据点处理技术
• 6.1 绪论
• 6.2 截面数据点的获取
• 6.2.1 分层位向的选择
• 6.2.2 截面轮廓数据点的提取方法
• 6.3 点云数据的分层处理
• 6.3.1 曲率计算
• 6.3.2 非等厚分层实例分析
• 6.4 截面数据点的精简处理
• 6.4.1 扫描线数据的精简准则
• 6.4.2 非定最小距离数据点精简方法
• 6.4.3 应用实例
• 6.5 本章小结
• 7 课题实例分析
• 课题实例 1
• 课题实例 2
• 8 总结与展望
• 8.1 论文总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文