基于逆向工程的阀体设计技术研究

论文摘要

阀体是带有自由曲面和内型面的物体,其内型面形状是影响液体流速、流量,产生振动及噪声等性能指标的重要因素之一。但因其几何形状不规则,为自由曲面,难以用二维几何图形及数学解析式准确表达,一直是设计上的瓶颈问题。在这样的背景下,将逆向技术应用到阀体零件的开发设计中已成为适应现代制造技术的发展趋势。本文应用逆向工程技术对阀体的模型设计进行研究。首先,对逆向工程关键技术进行研究,(1)对多次测量获得点云拼接对齐原理和方法进行研究和实例验证,(2)研究了均匀采样法、弦偏差采样法、距离采样法,在不同参数下精简点云的性能。(3)针对当前精简方法中存在特征点丢失的情况,提出了基于垂距的自适应数据采样点云精简方法,通过实验分析算法性能。接着,研究了阀体产品快速开发的新工艺,以硅橡胶翻制阀体内型面,应用逆向工程技术对阀体外表面和硅橡胶模型外表面进行数字化测量,采用正逆向集成的建模技术,分别对阀体规则曲面部分和自由曲面部分进行重构,最后将内腔模型与外腔模型进行拼合,从而获得零件完整的三维CAD模型。最后,讨论了阀体在应用逆向工程技术设计中可能存在的误差,采用基于原型修正、基于对称面修正、基于装配关系修正、基于有限图纸资料的修正和基于样件实物修正技术,对阀体铸件CAD模型进行修正。本文采用的逆向原理和逆向方法可以精确的构建出阀体的CAD模型,还可将该原理和方法应用在其他具有类似结构特征的模型设计中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 逆向工程的含义
• 1.3 逆向工程主要研究内容
• 1.4 逆向工程的应用
• 1.5 逆向工程的国内外研究状况
• 1.6 课题研究内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 逆向工程中的关键技术研究
• 2.1 数据测量方法
• 2.1.1 接触式数据测量
• 2.1.2 非接触式数据测量法
• 2.1.3 逐层扫描式数据测量法
• 2.1.4 各种测量方法的比较
• 2.2 测量数据预处理
• 2.2.1 多视点云对齐
• 2.2.2 数据精简
• 2.3 NURBS曲线曲面理论
• 2.3.1 NURBS曲线和曲面
• 2.3.2 基于NURBS的曲面造型
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于逆向工程的阀体设计
• 3.1 阀体铸件模型重建技术路线分析
• 3.1.1 正逆向集成建模
• 3.1.2 IGES图形文件转换格式
• 3.1.3 阀体铸件正逆向混合设计的实现过程
• 3.2 阀体内腔的数据获得方法
• 3.3 阀体铸件数据采集方法的确定
• 3.3.1 本课题所采用的试验设备
• 3.3.2 阀体铸件测量过程中的关键问题
• 3.4 阀体外腔自由曲面处的CAD建模
• 3.4.1 阀体外腔自由曲面处建模的分析
• 3.4.2 阀体模型重构过程中自由曲线的拟合
• 3.4.3 曲线编辑
• 3.4.4 曲线分析
• 3.5 实体造型
• 3.5.1 外腔实体造型
• 3.5.2 内腔建模
• 3.5.3 内外腔拼合
• 3.6 本章小结
• 第4章 CAD模型误差来源分析和误差纠正方法
• 4.1 点云与模型的误差
• 4.2 误差来源分析
• 4.3 CAD模型修正
• 4.3.1 基于原型的修正
• 4.3.2 基于对称面修正
• 4.3.3 基于装配关系修正
• 4.3.4 基于有限图纸资料修正
• 4.3.5 基于样件实物修正
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢