直接加工中用分形理论构建三角形网格面片的研究

论文摘要

逆向工程是实现自由曲面零件数字化仿制和改进的一项重要技术,拥有非常广阔的应用前景。在目前的逆向工程中,都要由测量点云经曲面拟合、等距、裁剪等操作进行曲面重构,进而才能在曲面模型上生成数控加工刀位,这类方法中的自由曲面重构过程相当繁琐费时,而且精度难以保证。为了提高逆向工程的精度和效率,越来越多的研究人员致力于研究如何利用测量得到的“点云”数据直接生成数控加工刀位。基于直接加工的思想,着重研究了散乱点云构建三角面片的方法。通过大量零件表面数据的测量,比较自由曲面测量的各种手段,并采用TDV800型激光扫描仪测得典型零件的散乱点云作为研究对象,研究包括数据拼合、滤波、精简及坐标变换等预处理操作;将散乱点云进行等间隔区域分割,同时建立新的链表结构分区存储点云数据。在每个区域内通过邻域法将点云进行压缩并投影至切平面,得到一系列的切平面点集。利用分形方法的自相似原理,找到数据的特征点或者建立特征三角形。通过分形方法的扩展找到下一个三角形的位置,最后在整个点云空间上完成三角网格的构建。同时设计三角面片的存储数据结构并保存输出三角面片。在生成的三角网格基础上,采用三角形面积作为权值的加权平均来计算三角形顶点的法矢,沿法矢方向偏置一个刀头半径,得到偏置三角形网格。对偏置三角形网格采用平行平面截交线法,得到刀位信息,通过后置处理,生成用于数控加工的G代码。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 逆向工程定义及应用
• 1.1.1 逆向工程的定义
• 1.1.2 逆向工程技术的应用
• 1.2 逆向工程技术的基本步骤
• 1.2.1 数据获取，实现零件的数字化
• 1.2.2 测量数据预处理
• 1.2.3 三维模型重构
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题的意义与主要研究内容
• 1.4.1 课题研究的意义
• 1.4.2 课题研究的内容
• 第二章 散乱点云数据获取及预处理研究
• 2.1 引言
• 2.2 点云数据获取方法与分类
• 2.2.1 接触式测量
• 2.2.2 非接触式测量
• 2.2.3 测量数据分类
• 2.3 点云预处理
• 2.3.1 测量数据滤波
• 2.3.2 测量数据精简
• 2.3.3 测量数据的模型变换与几何坐标变换
• 2.3.4 测量数据格式转换
• 2.4 本章小结
• 第三章 散乱点云切片及程序设计
• 3.1 引言
• 3.2 切片参数的选取
• 3.2.1 切片方向的确定
• 3.2.2 切片厚度
• 3.2.3 切片邻域
• 3.3 程序模块设计
• 3.3.1 切片数据结构设计
• 3.3.2 OpenGL 的特点及其使用方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 分形理论构建三角形网格的研究
• 4.1 分形概述
• 4.1.1 分形的定义
• 4.1.2 分形理论的发展过程
• 4.1.3 分形图形的生成方法
• 4.1.4 迭代函数系统的研究
• 4.2 相邻截面线的三角网格生成
• 4.2.1 三角剖分常见问题
• 4.2.2 分形插值生成三角网格
• 4.2.3 种子三角形分形生成三角网格
• 4.2.4 三角网格优化
• 4.3 程序模块设计
• 4.3.1 STL 语言介绍
• 4.3.2 三角面片数据结构设计
• 4.3.3 三角网格保存
• 4.3.4 三角面片的法向量计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于三角形网格生成刀位轨迹及后置处理的研究
• 5.1 三角网格生成刀位轨迹
• 5.1.1 三角形顶点坐标的法矢计算
• 5.1.2 基于刀具半径的三角网格偏置计算
• 5.1.3 刀轨计算方法
• 5.2 五轴加工后置处理
• 5.2.1 数控机床的坐标系统
• 5.2.2 五轴直接加工G 代码生成
• 5.3 数据结构设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文工作总结和展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文