逆向工程關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、作為近年來先進制造領(lǐng)域的研究熱點，逆向工程已發(fā)展為CAD/CAM系統(tǒng)中一個相對獨立的研究分支，其相關(guān)領(lǐng)域包括幾何測量、數(shù)據(jù)及圖像處理、計算機視覺、幾何造型和數(shù)字化制造等。本文對逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細而深入的研究，研究了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術(shù)、曲面重構(gòu)技術(shù)和逆向工程與快速原型制造技術(shù)(RPM)集成等內(nèi)容，目的是為產(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。逆向工程是先進制造技術(shù)的前沿性課題，具有

2、良好的應(yīng)用前景和應(yīng)用價值，作者對此做了一些探索性的分析與研究，獲得了逆向工程關(guān)鍵技術(shù)研究方面的一些新理論、新模型和新方法，主要研究內(nèi)容如下： 1、首先，對目前國內(nèi)外逆向工程中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術(shù)、曲面重構(gòu)技術(shù)和逆向工程與快速原型制造技術(shù)(RPM)集成等進展進行了簡要綜述，闡述了逆向工程關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用問題研究的必要性。 2、對測量數(shù)據(jù)的噪音點進行處理，通過對數(shù)據(jù)點的曲率計算，把數(shù)據(jù)點分成不同

3、的區(qū)段，從而更有效的實現(xiàn)對數(shù)據(jù)點的精簡。在綜合各種數(shù)據(jù)精簡算法的基礎(chǔ)上，提出一種自適應(yīng)最小距離精簡算法，實現(xiàn)了在曲面曲率較小的區(qū)域分布較少的點，而在曲率較大或尖銳棱邊處保留較多的點，不但效率高，同時又很好地保留了原始數(shù)據(jù)的細節(jié)特征。 3、通過對圖像平滑濾波方法的分析研究，本文提出一種中值濾波和加權(quán)中值濾波相結(jié)合的混合濾波算法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的平滑處理，該算法不但更好地保證了數(shù)據(jù)的平滑效果，而且保留了邊界數(shù)據(jù)。 4、針對逆向工

4、程的龐大數(shù)據(jù)點云，需要將數(shù)據(jù)點分割，構(gòu)建各個曲面模型。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割，論文提出了一種改進的動態(tài)增長自組織映射(GSOM)網(wǎng)絡(luò)模型，不僅能夠加快聚類的速度，而且算法簡單。與以往的網(wǎng)絡(luò)相比，采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在訓(xùn)練中動態(tài)生成，克服了自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOFM)預(yù)先給出分區(qū)數(shù)目的限制；該網(wǎng)絡(luò)所生成的結(jié)點數(shù)目遠低于傳統(tǒng)的SOFM方法，而且訓(xùn)練周期少，提高了聚類速度。 5、針對空間任意位置圓柱面特征參數(shù)的提取，基于極小慣量原理，

5、本文提出了空間任意位置圓柱面特征參數(shù)的提取算法，首先構(gòu)建截面點云的對稱軸和其垂線，以其垂線為法矢量，通過對稱軸構(gòu)造一個平面，相交點云數(shù)據(jù)得到母線數(shù)據(jù)，進而求出母線，對母線數(shù)據(jù)點再利用極小慣量法可以求出對稱軸，最后用實例證明了其正確性。 6、首次以蟻群算法為優(yōu)化工具，針對空間任意位置回轉(zhuǎn)面點云數(shù)據(jù)，建立了適合蟻群優(yōu)化算法的數(shù)學模型，然后運用蟻群算法實現(xiàn)過程優(yōu)化，成功提取出空間任意位置回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸和母線等特征參數(shù)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)面圖形重

6、建。 7、曲面重構(gòu)是逆向工程中最重要的環(huán)節(jié)之一。在深入研究相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，作者提出了均勻三次B-spline曲線和B-spline曲面反算快速算法，并在Matlab中編程實現(xiàn)，降低了程序的復(fù)雜性，提高了運算效率。對重構(gòu)曲面的精度評定方法進行了研究，定義了點云數(shù)據(jù)與重構(gòu)曲面貼合度，作為曲面重構(gòu)精度評價的主要指標。 8、在分析快速原型制造技術(shù)的數(shù)據(jù)接口STL文件的基礎(chǔ)上，本文提出一種由點云數(shù)據(jù)直接實現(xiàn)自適應(yīng)分層的處理方法，