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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品再創(chuàng)新開發(fā)及快速制造的重要技術(shù)之一,在汽車、摩托車、飛機(jī)、家電、模具等行業(yè)的改型設(shè)計(jì)與創(chuàng)新具有廣闊的應(yīng)用前景.作為逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)--模型重建的理論方法一直是逆向工程的研究熱點(diǎn).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(guān)的研究和實(shí)踐. 基于特征約束建模的思想就是從測(cè)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(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的重現(xiàn),進(jìn)行再設(shè)計(jì),實(shí)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(gòu),重點(diǎn)研究了基于測(cè)量點(diǎn)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(shí)別和重構(gòu),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(shí)別過程中,研究和總結(jié)了這些特征單元之間的約束關(guān)系自動(dòng)識(shí)別和推理規(guī)則,并用識(shí)別的約束對(duì)截面輪廓特征單元和二次曲面單元進(jìn)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(cè)量點(diǎn)集預(yù)處理是后續(xù)特征約束建模的基礎(chǔ),因此,這里進(jìn)行了測(cè)量數(shù)據(jù)前處理的相關(guān)研究.為了

3、能準(zhǔn)確、俠速實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的區(qū)域分割,提出基于計(jì)算局部曲率信息進(jìn)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(jìn)行切片處理時(shí),提出一種類似于移動(dòng)最小二乘的細(xì)化算法.整個(gè)細(xì)化算法不對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行局部坐標(biāo)變換,迭代步長由點(diǎn)云束密度控制迭代步長,最后得到的近似輪廓點(diǎn)集.對(duì)細(xì)化后的點(diǎn)集進(jìn)行排序,冗余數(shù)據(jù)的刪除以及特征點(diǎn)的提取處理,為后續(xù)的截面輪廓特征單元的識(shí)別和重構(gòu)奠定基礎(chǔ).

4、 截面輪廓的生成是實(shí)現(xiàn)后續(xù)有參自由曲面特征重建的關(guān)鍵,同時(shí)對(duì)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(diǎn)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(shí)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(duì)輪廓特征之間的約束進(jìn)行了識(shí)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(shí)現(xiàn)了二維輪廓特征的約束優(yōu)化擬合技術(shù). 提出了基于約束識(shí)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(luò)直接由測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)體特征直接提取的技術(shù).在進(jìn)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(shí)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(duì)一些機(jī)械零件中比較常用的功能零部件,如凸臺(tái),槽等標(biāo)準(zhǔn)特征,則采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法直接由測(cè)量數(shù)據(jù)中將其識(shí)別構(gòu)成實(shí)體特征.

6、 自由曲面是工業(yè)產(chǎn)品,尤其是飛機(jī)、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(dá)作為自由曲的參數(shù),選取適當(dāng)?shù)那嬷貥?gòu)方式,實(shí)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(gòu)方式以及構(gòu)建過程中所需要的參數(shù),實(shí)現(xiàn)了自由曲面的參數(shù)化重構(gòu).為了解決曲面精度評(píng)價(jià)問題,提出一種基于切平面法快速求解點(diǎn)到自由曲面的算法. 應(yīng)用上述理論研究成果,在教育部博士點(diǎn)