基于CMM測(cè)量數(shù)據(jù)的曲面重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、作為近年來(lái)先進(jìn)制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，逆向工程已發(fā)展為CAD／CAM系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究分支，其相關(guān)領(lǐng)域包括幾何測(cè)量、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、幾何造型和數(shù)字化制造等。 曲面重構(gòu)是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對(duì)逆向工程中曲面重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究，研究了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、NURBS曲面重構(gòu)技術(shù)和三角剖分算法，目的是為武器產(chǎn)品技術(shù)吸收、消化及創(chuàng)新開發(fā)提供更加完善的手段和方法，為開發(fā)實(shí)用的逆向工程軟件奠定基礎(chǔ)。 本文首

2、先研究了坐標(biāo)變換、坐標(biāo)歸一化和數(shù)據(jù)濾波的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)。以此為前提，提出了基于分層維的數(shù)據(jù)排序方法，針對(duì)CMM掃描線數(shù)據(jù)，定義了分層維，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分層和數(shù)據(jù)排序，完成了數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的建立。以數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立為基礎(chǔ)，研究了距離閾值法和向量角度法相結(jié)合的數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)算法。重點(diǎn)研究了基于分層維的特征提取技術(shù)，完成了各類不連續(xù)點(diǎn)（跳躍點(diǎn)、尖點(diǎn)、折痕點(diǎn)以及曲率極大值點(diǎn)等）的特征提取。研究了基于特征線框的數(shù)據(jù)分塊技術(shù)。 以基于分層維的數(shù)據(jù)處

3、理技術(shù)研究為基礎(chǔ)，本文提出了一種利用數(shù)據(jù)點(diǎn)特征的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面重構(gòu)方法。針對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布不均勻性，通過(guò)累積弦長(zhǎng)法構(gòu)造非均勻節(jié)點(diǎn)矢量，保證了曲面的插值精度。研究并優(yōu)化了B樣條求值的快速算法，通過(guò)符號(hào)運(yùn)算將B樣條基函數(shù)描述為分段多項(xiàng)式的形式，通過(guò)分層維的設(shè)定來(lái)確定最小初始化數(shù)組，利用一個(gè)臨時(shí)多項(xiàng)式存儲(chǔ)中間計(jì)算結(jié)果，最終在大規(guī)模計(jì)算時(shí)，進(jìn)行的是多項(xiàng)式的求值。這樣不僅大大加快了B樣條求值的運(yùn)算速度，而且通過(guò)最小初始化數(shù)組的確

4、定以及多項(xiàng)式數(shù)組的重復(fù)迭代覆蓋，使計(jì)算獲得較高的空間利用率。 根據(jù)逆向工程中散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)規(guī)模越來(lái)越大的趨勢(shì)，為縮小剖分時(shí)搜尋和遍歷數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間范圍，為提高算法效率，本文研究了大規(guī)模散亂數(shù)據(jù)的空間劃分方法及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼方案。在分析典型平面及空間散亂數(shù)據(jù)三角剖分算法思想的基礎(chǔ)之上，提出并實(shí)現(xiàn)了基于微元網(wǎng)格擴(kuò)張的三維散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間直接三角剖分算法，首次提出了外連剖分和內(nèi)連剖分的概念。該算法能在線性時(shí)間內(nèi)完成三角剖分計(jì)算，其總體

5、計(jì)算復(fù)雜度為O（N），有效地降低了三角剖分算法的時(shí)間復(fù)雜度，提高了剖分后網(wǎng)格的質(zhì)量。 在上述研究的基礎(chǔ)上，分析了逆向工程系統(tǒng)的開發(fā)方法和包含的軟件模塊，開發(fā)了軟件原型系統(tǒng)。以施密特望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵零件-主鏡室和底支撐的反求設(shè)計(jì)為例說(shuō)明了逆向工程軟件在軍用產(chǎn)品方面的應(yīng)用。本文根據(jù)工程需求制定了從數(shù)據(jù)采集到CAD模型建立的反求方案，根據(jù)反求方案對(duì)主鏡室和底支撐進(jìn)行了反求設(shè)計(jì)制造。反求結(jié)果不僅驗(yàn)證了數(shù)據(jù)處理和曲面重構(gòu)算法的準(zhǔn)確性，而且驗(yàn)證了