增压器叶轮逆向工程中的关键技术研究

论文摘要

作为一种新产品开发和消化、吸收先进技术的重要手段，逆向工程的研究正受到各国工业界和学术界的高度重视。随着研究的不断深入，对于一般产品的逆向而言，工业应用已经相当成熟，为此，国内外许多学者纷纷把目光投向了如何实现对复杂零件高质量、高效率的逆向工程上来，本文以此为背景，以发动机增压器叶轮的逆向为例，以高数字化效率、高尺寸精度、高曲面品质为目标展开如下研究工作。 研究了叶轮类复杂零件的数字化策略，实现了对复杂零件高精度、高效率、高安全性的数字化。首先对叶轮的结构进行了详细的分析，全面阐述了叶轮测量方式的确定、障碍物的处理、不同坐标系下测量点云的重定位、叶轮旋转轴的计算、边界棱线的测量等一系列合理的数字化策略；然后从叶轮的结构出发，从整体的角度对叶轮的测量路径进行规划，提出了基于遗传算法的多特征测量路径规划方法；最后实现了压气机叶轮的合理数字化。 研究了异常点的剔除、测量点云的重定位、半径补偿等数据预处理技术。在弦高差法的基础上，提出了全新的弦高差—比法，提高了异常点剔除的准确性和柔韧性；提出了一种基于局部图形重构的重定位方法，该方法通过对特征球的最小二乘拟合，消除了单一参考点的精度对重定位的影响；在此基础上对重定位的误差进行了详细的分析，给出了精确的误差值，从数学的角度保证了重定位的精度；在三角网格法的基础上提出了基于Delaunay三角剖分的半径补偿新方法，有效改善了补偿矢量的计算效率和准确性。 研究了基于小波分析的曲线曲面光顺技术，并将该技术拓宽到了对任意控制顶点曲线曲面的光顺。在分析B样条原理及其相应性质的基础上，用严格的数学证明，推导了半正交准均匀三次B样条小波分解重构矩阵的具体算法；为了拓宽小波光顺技术的应用范围，提出了基于任意控制顶点的半正交准均匀三次B样条小波分解重构算法，给出了精确的计算公式，以实现对具有任意控制顶点曲线曲面的小波光顺；将基于任意控制顶点的半正交准均匀三次B样条小波分解重构算法应用到了曲线曲面光顺过程中的精度控制环节，给出了控制顶点数量的指导性算法，使重构曲线曲面更容易达到品质和精度的最佳统一；最后实现了叶轮叶片各个功能曲面的合理光顺。 研究了重构曲面精度控制的定量分析技术。借鉴精度设计原理和轮廓度的概念，实现了对曲面重构误差的定量计算和有效控制；最后对增压器叶轮叶片各个功能曲面的重构精度进行了定量分析，给出了分析效果图和误差分布图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 缩略词表
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 逆向工程的应用
• 1.3 增压器叶轮逆向工程中的一些问题及其研究现状
• 1.3.1 结构复杂产品的数字化技术研究
• 1.3.2 测量点云的预处理技术研究
• 1.3.3 重构曲面的光顺技术研究
• 1.3.4 重构曲面的精度评价技术研究
• 1.3.5 重构曲面的品质分析技术研究
• 1.4 本文的选题意义及主要内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 选题意义
• 1.4.3 论文的主要研究内容
• 1.4.4 论文的体系结构
• 2 产品的数字化及其策略研究
• 2.1 数字化方法过程中所研究的内容
• 2.1.1 论文研究的对象
• 2.1.2 数字化过程中存在的问题
• 2.1.3 测量点云的预处理过程中存在的问题
• 2.2 叶轮数字化方案的确定
• 2.2.1 测量方式的确定
• 2.2.2 存在障碍产品的数字化策略
• 2.2.3 测量点云重定位过程中的策略
• 2.2.4 确定旋转中心的策略
• 2.2.5 边界测量的策略
• 2.3 基于遗传算法的多特征测量路径规划技术研究
• 2.3.1 三坐标测量机测量路径规划研究现状
• 2.3.2 基于自由曲面的多特征测量路径规划
• 2.3.3 叶轮叶面测量路径的确定
• 2.4 产品的数字化实现
• 2.5 本章小结
• 3 测量点云的预处理技术研究
• 3.1 异常点的剔除
• 3.2 不同坐标系下测量点云的重定位
• 3.2.1 特征球球心的确定
• 3.2.2 变换矩阵的确定
• 3.2.3 测量点云重定位精度的估计
• 3.2.4 测量点云的重定位结果
• 3.3 旋转轴的计算
• 3.4 数据点云半径补偿的实现
• 3.4.1 半径补偿方法的简要回顾
• 3.4.2 基于Delaunay三角剖分的半径补偿
• 3.5 本章小结
• 4 基于小波的曲线曲面光顺技术及其误差控制方法研究
• 4.1 曲线曲面光顺方法及研究现状
• 4.2 曲线曲面的光顺性准则
• 4.2.1 曲线的光顺准则
• 4.2.2 曲面的光顺准则
• 4.3 曲线曲面光顺过程中的小波技术
• 4.3.1 小波技术的引入
• 4.3.2 基于小波的曲线曲面光顺技术研究现状
• 4.3.3 基于小波的曲线曲面光顺技术基础
• 4.4 基于半正交B样条小波的曲线曲面光顺
• 4.4.1 紧支集B样条函数
• 4.4.2 B样条小波多分辨分析的几何含义
• 4.4.3 半正交B样条小波及其快速算法
• 4.4.4 准均匀三次B样条的小波分解重构
• 4.4.5 曲线的B样条小波光顺
• 4.4.6 曲面的B样条小波光顺
• 4.5 基于半正交B样条小波的任意控制顶点曲线曲面光顺研究
• 4.5.1 任意分辨率下的半正交B样条小波基础
• 4.5.2 任意控制顶点曲线的小波分解重构算法
• 4.5.3 任意控制顶点曲线小波光顺的原理验证
• 4.5.4 任意控制顶点B样条曲线的光顺实例
• 4.5.5 任意控制顶点B样条曲面的光顺
• 4.6 增压器叶轮叶片光顺实例
• 4.7 半正交B样条小波曲线曲面光顺的误差控制
• 4.8 本章小节
• 5 重构曲面精度评价方法研究
• 5.1 重构曲面精度评价方法研究的现状
• 5.2 曲面重构中的误差来源分析
• 5.3 误差分配原理与实现
• 5.3.1 误差综合与误差分配
• 5.3.2 误差分配的实现
• 5.4 曲面重构的精度评价方法
• 5.4.1 自由曲线的线轮廓度误差
• 5.4.2 自由曲面的面轮廓度误差
• 5.5 重构叶轮曲面的精度评价
• 5.6 本章小节
• 6 重构曲面品质分析方法研究
• 6.1 重构曲面品质分析的内容
• 6.2 重构曲面品质分析方法的研究现状简介
• 6.2.1 反射线法
• 6.2.2 高亮线法
• 6.3 曲面品质分析新方法之极限反射法
• 6.3.1 极限反射法的思想根源
• 6.3.2 极限反射法
• 6.3.3 极限反射法的原理验证
• 6.4 重构曲面的曲面品质分析
• 6.5 本章小结
• 7 增压器叶轮的逆向工程实现
• 7.1 增压器压气机叶轮的逆向工程实现
• 7.2 增压器涡轮叶轮的逆向工程实现
• 7.3 本章小节
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文