逆向工程中基于特征約束模型重建理論與方法研究.pdf

1、逆向工程是實現(xiàn)產(chǎn)品再創(chuàng)新開發(fā)及快速制造的重要技術之一,在汽車、摩托車、飛機、家電、模具等行業(yè)的改型設計與創(chuàng)新具有廣闊的應用前景.作為逆向工程中的關鍵技術--模型重建的理論方法一直是逆向工程的研究熱點.本文圍繞逆向工程中基于特征約束的模型重建理論與方法展開相關的研究和實踐. 基于特征約束建模的思想就是從測量數(shù)據(jù)中提取出特征參數(shù),并推斷出特征之間的約束關系,從而實現(xiàn)設計意圖的重現(xiàn),進行再設計,實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新.本文提出基于特征約束的模型重建框

2、架結(jié)構,重點研究了基于測量點集的區(qū)域分割,截面輪廓特征信息的獲取,二次曲面特征識別和重構,并提出有參自由曲面重建的思想和重建策略.在截面輪廓特征單元和二次曲面輪廓特征單元識別過程中,研究和總結(jié)了這些特征單元之間的約束關系自動識別和推理規(guī)則,并用識別的約束對截面輪廓特征單元和二次曲面單元進行約束優(yōu)化擬合,本文提出用同倫法來求解約束優(yōu)化擬合過程. 測量點集預處理是后續(xù)特征約束建模的基礎,因此,這里進行了測量數(shù)據(jù)前處理的相關研究.為了

3、能準確、俠速實現(xiàn)點云的區(qū)域分割,提出基于計算局部曲率信息進行數(shù)據(jù)區(qū)域分割的方法;為了滿足后續(xù)有參自由曲面模型重建所需要的截面輪廓信息,采用截面切片的方法來獲取要截面輪廓信息,在進行切片處理時,提出一種類似于移動最小二乘的細化算法.整個細化算法不對測量數(shù)據(jù)進行局部坐標變換,迭代步長由點云束密度控制迭代步長,最后得到的近似輪廓點集.對細化后的點集進行排序,冗余數(shù)據(jù)的刪除以及特征點的提取處理,為后續(xù)的截面輪廓特征單元的識別和重構奠定基礎.

4、 截面輪廓的生成是實現(xiàn)后續(xù)有參自由曲面特征重建的關鍵,同時對后續(xù)模型重建中曲面邊界的確定也起著重要的作用,本文主要研究了根據(jù)平面輪廓數(shù)據(jù)點提出了一種新的基于約束的草圖輪廓重建思路.首先分步法實現(xiàn)了以最少的輪廓特征單元擬合二維輪廓特征,然后根據(jù)擬合特征單元的信息,對輪廓特征之間的約束進行了識別,并建立了基于約束的二維輪廓特征優(yōu)化擬合模型,最后由周倫法實現(xiàn)了二維輪廓特征的約束優(yōu)化擬合技術. 提出了基于約束識別的規(guī)則二次曲面特征擬

5、合的方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡直接由測量數(shù)據(jù)實體特征直接提取的技術.在進行約束優(yōu)化擬合二次曲面之前,采用最小二乘法獲取了平面和球面的初始特征參數(shù),用"代數(shù)法"確定柱面和錐面的初始參數(shù);根據(jù)二次曲面初步參數(shù),識別二次曲面間的約束,建立基于約束的二次曲面擬合模型,首次提出用"同倫法"來求解基于約束的二次曲面特征的優(yōu)化擬合問題.針對一些機械零件中比較常用的功能零部件,如凸臺,槽等標準特征,則采用神經(jīng)網(wǎng)絡方法直接由測量數(shù)據(jù)中將其識別構成實體特征.

6、 自由曲面是工業(yè)產(chǎn)品,尤其是飛機、汽車、摩托車等行業(yè)產(chǎn)品外形的重要特征.本文提出有參自由曲面特征的重建策略,即將截面輪廓和一些方向矢量表達作為自由曲的參數(shù),選取適當?shù)那嬷貥嫹绞?實現(xiàn)自由曲面的重建工作.本文研究了放樣、掃掠、旋轉(zhuǎn)、網(wǎng)格和融合等典型曲面的重構方式以及構建過程中所需要的參數(shù),實現(xiàn)了自由曲面的參數(shù)化重構.為了解決曲面精度評價問題,提出一種基于切平面法快速求解點到自由曲面的算法. 應用上述理論研究成果,在教育部博士點