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逆向设计中基于散乱点的模型重构与误差分析
作 者: 刘静娜
导 师: 李庆芬
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 逆向工程 多视数据对齐 ICP算法 模型重构 误差分析
分类号: TH122
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 131次
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内容摘要
作为一种新产品开发和消化、吸收先进制造技术的重要手段,逆向工程技术的研究正受到各国工业界的高度重视,取得了大量的研究成果并得到了广泛的应用。其中,模型重建工作是逆向工程点数据预处理过程中的一个重要问题,重建模型的精度直接影响后续设计的可行性。本文首先阐述了逆向工程的基本概念及关键技术,并对其中的多视数据拼合和模型重建技术进行重点研究,从散乱数据模型重构的实际需要出发,对散乱数据的测量、多视数据处理、曲面重构等技术进行了研究,进一步丰富或完善了逆向工程的有关内容。在模型重构过程中首先提出了点数据多视对齐的问题,并对选用的基于参考点的和基于特征的多视数据对齐方法进行详述,并在这两种方法结合指导下结合逆向设计软件imageware对于摩托车前雨盖的多视数据进行多视拼合,得到很好的拼合效果。在没有参考点的情况下选用ICP算法对飞机模型散乱数据直接进行对齐计算,得到相应旋转和平移矩阵,将得到对齐的点云数据经过IGES文件转换重新导入CAD建模软件中,可以为后续建模提供一定的数据支持。在获得了完整数据的基础上,本文论述了逆向工程造型技术中正在被广泛应用的曲线、曲面数学模型Bezier、B样条、NURBS曲线、曲面,及相关造型技术。对齿轮模型选择先拟合曲线再进行模型重构,对摩托车前雨盖的模型重构直接进行曲面重构并在完成CAD模型重构后,研究由预处理后的点云到曲线、曲面的重构过程及误差模型分析、曲面品质分析。研究逆向工程的误差模型,分析重构模型误差来源,将得出的重构模型的总体误差控制在0.5mm之内,力求使重构的CAD模型满足设计的精度要求以支持构件的后续应用。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-11 第1章 绪论 11-24 1.1 研究背景与意义 11-12 1.2 逆向工程的关键技术 12-20 1.2.1 数据获取 13-15 1.2.2 数据处理 15-17 1.2.3 模型重建技术 17-20 1.3 国内、外逆向工程中数据处理研究、发展及应用的状况 20-22 1.4 本文主要研究内容 22-24 第2章 基于参考点的多视数据对齐的研究与验证 24-37 2.1 引言 24 2.2 多视数据对齐的方法 24-30 2.2.1 基于参考点的多视数据对齐 25-27 2.2.2 基于特征的多视数据对齐 27-30 2.3 摩托车前雨盖的多视数据对齐 30-35 2.3.1 摩托车前雨盖的多视数据的获取 30-31 2.3.2 定位球的拟合 31-33 2.3.3 摩托车前雨盖的多视数据对齐的实现 33-35 2.4 本章小结 35-37 第3章 基于ICP算法的多视数据对齐的研究与验证 37-51 3.1 引言 37 3.2 ICP算法 37-42 3.2.1 最近点的搜索 39-40 3.2.2 奇异值分解(SVD)算法 40-41 3.2.3 四元数法 41-42 3.3 IGES文件转换标准 42-44 3.4 飞机模型的局部多视数据的对齐 44-49 3.4.1 飞机模型的多视数据的获取 44-45 3.4.2 基于ICP算法的旋转和平移矩阵获取 45-47 3.4.3 飞机模型的局部多视数据对齐的实现 47-49 3.5 本章小结 49-51 第4章 基于曲线拟合的三维模型重构及误差分析 51-65 4.1 引言 51 4.2 常用曲线的数学模型 51-54 4.2.1 Bezier曲线 51-52 4.2.2 B样条曲线 52-53 4.2.3 NURBS曲线(非均匀有理B样条曲线) 53-54 4.3 曲线拟合 54-57 4.3.1 无序散乱点的曲线重构 55-56 4.3.2 有序离散点的曲线拟合 56-57 4.4 基于曲线拟合的齿轮模型重构 57-61 4.4.1 齿轮轮廓线原始数据的获取 57-58 4.4.2 齿廓数据的处理 58-59 4.4.3 齿轮齿廓线的拟合 59-61 4.5 齿轮模型重构的误差分析 61-64 4.5.1 精度量化指标 61 4.5.2 齿轮模型重构的误差 61-64 4.6 本章小结 64-65 第5章 基于曲面拟合的三维模型重构及误差分析 65-74 5.1 引言 65 5.2 常用曲线的数学模型 65-68 5.2.1 Bezier曲面 65-66 5.2.2 B样条曲面 66-67 5.2.3 NURBS曲面(非均匀有理B样条曲面) 67-68 5.3 曲面拟合 68-69 5.4 基于曲面拟合的摩托车前雨盖重构 69-71 5.4.1 摩托车前雨盖原始数据的处理 69-70 5.4.2 摩托车前雨盖重构的实现 70-71 5.5 摩托车前雨盖重构的误差分析 71-73 5.6 本章小结 73-74 结论 74-76 参考文献 76-81 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 81-82 致谢 82
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械设计、计算与制图 > 机械设计
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