基于逆向工程的复杂曲面重构技术的研究

论文摘要

作为近年来先进制造领域的研究热点,逆向工程已发展成为CAD/CAM系统中相对独立的研究分支,其相关领域包括几何测量、数据处理、几何造型、数字化制造等。而且,目前激烈的市场竞争使产品的更新换代频繁,在工业设计中自由曲线曲面的设计不能清楚表达且难以进行CAD建模,利用反求技术可以很好的缩短产品的开发时间,提高市场的竞争力,本文在阅读大量国内外文献基础上,将逆向工程中曲面重构(由多个子曲面构成的复杂曲面,而非单一曲面)作为本课题的重点进行深入研究。本文主要从以下几个方面进行了研究：(1)本文采用的是实验室自主研发的三坐标测量机,首先对实验设备进行了研究,因为采用的是激光测头,所以要考虑工件表面的颜色、粗糙度、光照等因素对采集数据的影响,这对实验过程有很大的帮助。(2)点云采集完成以后,就是对点云进行处理,本文采用的是添加去除噪音的模块,对点云进行杂点过滤,去除不需要的点,以及进行点云的精简等,为后续的点云分块及重构做准备。(3)点云处理完以后就是对曲面重构,这也是本课题研究的重点和难点,在进行曲面重构之前,首先要对被重构模型进行分析,然后进行点云的分块,在本文中,针对点云分块采用的是曲率突变的边界作为分块的依据,将各分块后的曲面重构完成以后,然后对其进行拟合、拼接,最终完成模型的重构。(4)提出了一种新的曲面重构方法,利用特征线和点云相约束的方法进行曲面重构,该方法,并进行了具体实例比较,该方法重构后曲面精度比较高。(5)通过三坐标测量机获取米老鼠点云利用Imageware软件,进行数据处理、曲面的重构,找出重构过程遇到的问题并进行修改,最终取得了满意的结果。(6)本文在实例重构的过程中,通过实际的操作,将逆向方法和正向方法进行了对比研究分析,提出了逆向与正向结合建模的方法,本文采用VB控制程序实现了数据间的转换,同时利用一个具体实例证明了该方法可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 逆向工程简介及重构技术的现状
• 1.3 国内外重构技术现状及发展状况
• 1.3.1 国外重构技术研究现状及发展状况
• 1.3.2 国内重构技术研究现状及发展状况
• 1.4 重构技术的关键技术分析及问题的提出
• 1.4.1 逆向工程的关键技术分析
• 1.4.2 提出问题
• 1.5 课题研究的意义及研究内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 本课题的主要研究内容
• 第2章 测量方法及测量系统分析
• 2.1 测量方法分类
• 2.1.1 接触式测量方法
• 2.1.2 非接触式测量方法
• 2.1.3 接触式和非接触式测量方法各自的优缺点
• 2.2 测量系统分析
• 2.2.1 机械结构分析
• 2.2.2 激光测头的研究
• 2.3 影响三坐标测量机测量精度的因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 点云数据处理
• 3.1 点云定义及分类
• 3.2 点云的预处理
• 3.2.1 噪音点的去除
• 3.2.2 数据点精简
• 3.2.3 数据点平滑
• 3.2.4 数据分块
• 3.3 数据预处理注意事项
• 3.4 本章小结
• 第4章 曲面模型建立及重构
• 4.1 引言
• 4.2 曲线曲面的数学模型
• 4.2.1 自由曲面的参数化表示
• 4.2.2 函数的构造
• 4.2.3 Bezier曲线、曲面
• 4.2.4 NURBS曲线、曲面
• 4.3 重构曲面的精度评定
• 4.3.1 重构曲面精度评定方法
• 4.3.2 实例验证
• 4.4 曲面拼接
• 4.4.1 曲面片间的拼接
• 4.4.2 曲面片间的连续性
• 4.4.3 曲面拼接的方法
• 4.5 曲面模型的构建
• 4.5.1 曲线的构建
• 4.5.2 新的曲面重构方法
• 4.5.3 此方法与现有方法实例比较
• 4.5.4 曲面建模的方法及原则
• 4.5.5 创建曲线、曲面的注意事项
• 4.6 曲线、曲面光顺
• 4.6.1 曲线光顺
• 4.6.2 曲面光顺方法
• 4.6.3 曲面重构常见问题分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于Imageware重构实例
• 5.1 实验介绍
• 5.1.1 实验程序控制
• 5.1.2 实验部分程序
• 5.2 点云数据的获取
• 5.3 数据的格式转换和导入
• 5.3.1 点云的读取
• 5.3.2 被测模型分析
• 5.4 点云处理
• 5.5 点云分块
• 5.6 曲面重构
• 5.7 本章小结
• 第6章 正向与逆向结合建模方法研究
• 6.1 方法的提出
• 6.2 建模方法
• 6.2.1 建模策略研究
• 6.2.2 正向与逆向结合的建模方法
• 6.3 IGES格式介绍及转换方法
• 6.4 转换实例
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 7.1 论文结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录