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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
引 用: 1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。

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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