一种基于液面的产品截面轮廓逆向工程系统的研究

论文题目: 一种基于液面的产品截面轮廓逆向工程系统的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 张鹏

导师: 刘飞

关键词: 逆向工程,数字化扫描,液面,图象处理,三维重构,成型快速制造

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 2l世纪的制造业正面临着越来越激烈的全球化市场竞争,而快速与创新的产品开发技术是目前众多制造企业的迫切需求。逆向工程技术以其快捷有效缩短开发周期已经成为产品开发中的一个重要的方法,本论文面向产品快速开发对逆向工程技术进行了研究。论文对基于逆向工程的产品开发体系进行了概述分析,综述了逆向工程的作用以及国内外研究现状。在分析已有数字化扫描方法的特点和使用场合的基础上,提出了一种新型的基于液面的物体轮廓数字化扫描方法,系统地阐述了其基本原理、算法、系统组成以及工作流程。该方法以液体作为中间介质,当物体零件放入装有液体的容器中时,液面与物体之间形成交线,这实际就是被测物体的截面线。通过图象采集处理并几何建模就可以获得物体的数字化几何模型。根据上述原理研究了扫描过程中所涉及到的关键的五大技术,对出现的问题进行了理论分析,对各个关键技术进行了具体方案论证。通过分析润湿效应,开发研制了一种可以满足系统图象处理要求、并有效减少张力的专用水基浓缩液;设计实施可行实用的液面高度控制装置;分析了光学成像系统,确定了图象采集系统方案;分析测量系统误差的来源,从理论上探讨了系统的标定方法;开发了边缘数据提取转换软件和扫描系统控制软件,并制作了装置样机,进行了相关实验。在三维模型重构方面,从下游应用技术角度提出了三种基于逆向工程的产品模型和各自的应用范围,综述了逆向工程中曲面模型的构建方法和构建流程,用应用事例说明了基于曲线的曲面模型构建方法和问题。针对在实际应用中模型重构的形状逆向以及重构耗时问题,从特征概念出发,提出基于逆向工程的特征抽象与分解方法,在UG上通过二次开发技术并对各种功能进行封装和描述,初步建立逆向工程特征建模方法,并用事例进行了验证。在原型制造方面归纳原型的分类以及作用,就目前物理原型的制造技术中进入实际应用的快速原型RP和快速模具RT的技术进行了总结和比较,认为基于NC机加工是原型快速制造的一个有效补充。对采取NC加工整体材料快速制造原型的关键问题进行分析,提出了具体的流程和解决方案。由于原型的制造技术众多,为方便决策建立了面向原型快速制造的决策框架模型和求解方案,并就原型制造决策的几个关键问题进行了分析,最后用各种原型制造应用事例说明RP、RT和NC加工这三种方法是互为补充的原型快速制造方法。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 论文的研究背景

1.1.1 产品开发的意义与过程

1.1.2 面向产品开发的逆向工程系统体系

1.1.3 逆向工程系统的应用

1.2 国内外相关研究现状综述

1.2.1 数字化测量方法的研究现状

1.2.2 三维模型重建的研究现状

1.2.3 原型制造及其研究现状

1.3 论文的研究意义和课题来源

1.3.1 本论文的研究目的意义

1.3.2 本论文的课题来源

1.4 论文的主要研究内容和安排

1.5 本章小结

2 基于液面的产品截面轮廓数字化扫描技术

2.1 引言

2.2 基于液体的轮廓数字化扫描方法的原理

2.2.1 基于液体的轮廓扫描方法的基本原理

2.2.2 基于液面的数字化扫描系统系统组成

2.2.3 基于液体的轮廓扫描方法的关键技术

2.3 液体的制备与液面控制

2.3.1 对液体和零件表面处理的要求

2.3.2 润湿效应

2.3.3 零件表面的处理方法及液体介质的研究

2.3.4 液面控制方案

2.4 图象采集系统

2.4.1 图象采集系统的组成

2.4.2 光学成象系统

2.4.3 图象传感器及其测量原理

2.4.4 数字图象的采集

2.4.5 图象采集方案及其实施方法

2.5 图象边缘检测与提取

2.5.1 边缘数据点的格式及其与CAD 系统的转换

2.5.2 边缘检测方法

2.5.3 边缘数据点的实现

2.6 标定方法

2.6.1 测量系统误差来源

2.6.2 标定方法

2.7 扫描运动控制与机械结构

2.7.1 运动控制系统的组成

2.7.2 基于液面的数字化扫描运动控制的方案

2.8 基于液面的数字化扫描系统软件设计

2.8.1 初始化处理系统

2.8.2 图象采集控制软件

2.8.3 图象处理与边缘提取系统

2.8.4 程序界面

2.9 样机装置与实验

2.9.1 基于NC 机床的数字化扫描系统样机

2.9.2 应用事例及其处理结果

2.10 本章小结

3 逆向工程中产品模型重构

3.1 基于逆向工程的产品模型

3.1.1 概述

3.1.2 基于逆向工程的产品模型

3.2 基于曲线的曲面模型的构建

3.2.1 产品几何元素的数学描述方式

3.2.2 基于曲线的曲面模型重构技术

3.3 特征技术在逆向工程中的应用

3.3.1 特征建模技术概述

3.3.2 面向逆向工程的特征技术

3.4 逆向工程特征建模事例

3.4.1 基于曲线的曲面模型重构事例

3.4.2 逆向工程特征建模事例

3.5 本章小结

4 原型的快速制造技术

4.1 产品原型及常用原型制造技术概述

4.1.1 原型定义和分类

4.1.2 常用原型的快速制造技术

4.2 基于NC 加工的原型快速制造

4.2.1 基于NC 加工是原型快速制造的一个有效补充

4.2.2 基于NC 加工的原型制造的加工流程和特点

4.2.3 基于NC 加工的原型制造关键问题的解决

4.3 原型快速制造方法的决策

4.3.1 面向原型快速制造的决策模型的建立

4.3.2 原型制造的决策框架模型的分析求解

4.4 产品原型的快速制造技术的应用

4.4.1 快速成型与快速模具的原型制造事例

4.5.2 基于NC 加工原型制造事例

4.5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录

1.攻读博士学位期间发表的论文目录

2. 攻读博士学位期间申请与授权的发明专利和实用新型专利

3. 攻读博士学位期间参加的主要科研项目

4. 攻读博士学位期间取得的主要科研成果

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

[1].面向多点成形的逆向工程关键技术及应用研究[D]. 严庆光.吉林大学2005
[2].面向产品快速开发的集成逆向工程若干关键技术研究[D]. 马淑梅.同济大学2006
[3].逆向工程中基于特征约束模型重建理论与方法研究[D]. 龚友平.浙江大学2006
[4].面向逆向工程的小波技术研究与应用[D]. 潘洋宇.南京理工大学2007
[5].产品形态仿生设计关键技术研究[D]. 郭南初.武汉理工大学2012

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