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逆向工程CAD建模关键技术的研究

作　者: 王莹莹
导　师: 刘德平
学　校: 郑州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 逆向工程 CAD建模 散乱数据 曲率均化 光顺
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


计算机技术的快速发展,使CAD/CAM技术成为设计人员研究和开发的重要工具。其中,三维造型技术已经广泛地应用于产品的设计、模具的制造、自动化加工等各个方面。在产品的设计和生产过程中,设计人员根据已知的设计要求或概念,绘制出产品的图纸或者直接模拟出所需产品的模型,然后经过方案评审,最终生产出产品。然而多数情况下,设计人员所获得的信息仅仅是一个样件,需要对样件进行测绘仿制或者在仿制的基础上改进其性能和外观。这就要求设计人员运用逆向工程的理论和方法,将样件转化为CAD模型,实现最终的目的。将逆向工程应用到实际生产中,可以提高产品的技术水平、缩短生产周期以提高产品的生产率和市场竞争力,因此逆向工程的研究被国内外众多学者高度关注。逆向工程涉及到系统工程学、产品设计方法学和计算机辅助制造等多个学科的理论利方法。本文针对逆向工程CAD建模中的一系列关键技术,在以往专家学者的研究基础上,重点对4个方面进行了探讨和研究,主要内容如下:(1)空间散乱数据点的预处理:针对以往散乱数据点预处理中遇到的问题,本文提出一种快速处理方法,如利用夹角平均值和距离平均值法对坏点进行处理,避免了传统的人工方法如直观检查法等去除坏点的缺点,并且用matlab编程实现算法,使坏点的识别和去除更加智能化。(2)空间散乱数据点的网格划分:针对目前广泛采用的CAD/CAM系统与B样条曲线曲面通用性更好的原则,本文采用均匀三次B样条曲线对曲面进行重构的方法。欲采用B样条曲线,则要求数据点的拓扑结构为四边域结构。据此,本文采用先三角网格划分后转换为四边域网格划分的方法,可以满足重构所需的拓扑结构,使重构工作更加方便。(3)空间散乱数据点的曲面重构:通过研究相关文献,本文采用反算均匀三次B样条曲线来拟合B样条插值曲线曲面的方法,加快了重构过程,且保证了重构后的曲线达到C连续,重构后的曲面达到C~2连续。(4)曲面重构后的光顺处理:无论采用何种方法对曲线曲面进行重构,都不可能完全达到产品外形的光顺要求。为了使产品的外形更加美观,本文在以往提出的能量法的基础上,提出一种基于曲率均化的能量光顺方法。文中详细阐述了新算法的原理和步骤,并给出实例验证了新算法。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 逆向工程的概述、背景及意义  9-11
  1.2 逆向工程国内外研究现状及发展趋势  11-12
  1.3 散乱数据的预处理技术  12-14
  1.4 曲面重构理论和光顺方法  14-16
  1.5 本文的主要研究内容  16-18
第二章 散乱数据预处理及网格划分  18-32
  2.1 概述  18
  2.2 数据测量  18-20
    2.2.1 数据测量方法  19-20
    2.2.2 测得的数据分析  20
  2.3 数据预处理  20-31
    2.3.1 坏点的识别和去除  21-27
    2.3.2 数据精简  27-28
    2.3.3 散乱数据的网格划分  28-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 基于散乱数据的曲面重构  32-44
  3.1 前言  32
  3.2 B样条曲面重构的基本思路  32-33
  3.3 三角网格划分转化为四边域划分  33-34
  3.4 B样条曲线曲面的数学模型  34-38
    3.4.1 B样条曲线的数学模型及其性质  35-37
    3.4.2 B样条曲面的数学模型及其性质  37-38
  3.5 B样条曲面的重构方法  38-43
    3.5.1 反算B样条插值曲线的一般过程  39-40
    3.5.2 B样条曲线拟合生成B样条曲面  40-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章 曲线曲面的光顺处理  44-61
  4.1 能量优化法的基本原理  44-45
  4.2 B样条曲线的光顺处理  45-53
    4.2.1 能量光顺原理的数学模型  46-47
    4.2.2 对目标函数的改进  47-49
    4.2.3 对目标函数的优化  49-50
    4.2.4 算法步骤  50
    4.2.5 实例验证  50-53
  4.3 B样条曲面的光顺处理  53-60
    4.3.1 能量光顺原理的数学模型  53-54
    4.3.2 对目标函数的改进  54-57
    4.3.3 对目标函数的优化  57-58
    4.3.4 算法步骤  58-59
    4.3.5 实例验证  59-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 总结与展望  61-63
  5.1 总结  61
  5.2 展望  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术 > 机器辅助设计（CAD）、辅助制图
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