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机械零件反求建模关键技术研究

作　者: 田怀文
导　师: 王金诺
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 反求工程机械零件表面重建层析测量模型美化
分类号: TH122
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 6次
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内容摘要

结合反求工程(RE)技术、CAD技术和快速原型(RP)技术构建现代产品开发设计平台,实现机械产品数字化设计和快速设计,有着重要的现实意义和广阔的应用前景。以反求工程中的三维数字化技术和表面重建技术为基础,建立智能化的机械零件建模系统,构建产品CAD模型是本平台系统的核心。这一问题的有效解决,将为机械产品的改型、创新及快速设计提供一条有效途径;同时,对于提高设计能力,缩短设计周期,提高设计质量,起到十分关键的作用。本文围绕建立面向再设计的机械零件反求建模平台目标,从现有物理模型开始,以层析测量手段为基础,以表面重建和特征识别技术为支撑,构建一个快速的机械零件反求建模闭环系统。同时,针对机械零件实物反求建立CAD模型的若干关键问题,进行深入探索研究,提出了一些新的或是改进的处理策略和处理方法,丰富了机械零件反求建模的相关理论和处理技术。首先,针对层析测量表面数字化技术,探讨了图象边沿轮廓提取和矢量化处理技术,获取以数据环形式表达的断面轮廓图形。同时提出了基于动态正方形域的自适应的轮廓追踪算法。以动态正方形域为搜索空间,利用轮廓相邻线段之间的有向角作为搜索算子,缩短了算法搜索时间,保留了断面轮廓微小结构特征,解决了获取平面空间散乱点集最小面域的问题。其次,以带约束的面域剖分和相邻断面轮廓层间剖分为基础,研究建立面向平行截面轮廓数据点的空间三角剖分算法,并重点探讨了相邻层上对应轮廓数据环之间的分段剖分问题。为此,提出了轮廓特征点计算方法和基于特征点的断面轮廓图形形状分析方法,同时通过建立过渡环和附加面域的方法来处理相邻的突变截面。该算法避免了在平行截面轮廓之间进行三角网连接剖分时产生扭曲、相交等失真状态,同时也拓展了三角剖分方法的适用范围,可实现对具有分叉、孔洞、凹槽、凸起等结构特征的零件内外表面的完整三角剖分。第三,研究提出了基于几何特征和着眼于光滑区域的分段策略。在离散点集三角网基础上,建立基于顶点位置矢量和法矢量的几何属性分段标准,实现对零件表面结构中平面片和曲面片的分段识别。同时,针对曲面片的分段识别,提出了基于顶点法向距离符号量的判断准则及计算方法,利用表面顶点处的切平面与其周围邻域内的顶点之间的位置关系来判断凸凹性,完成对于具有单一凸凹性质的曲面区域内的三角形面片的聚类划分。这种分段方

全文目录

第1章绪论  12-26
  1.1 机械零件反求建模研究背景  12-15
  1.2 反求工程中的数字化技术  15-18
  1.3 三维重建技术研究综述  18-24
    1.3.1 国内外研究进展  18-22
    1.3.2 本领域存在的主要问题  22-24
  1.4 论文主要研究内容  24-25
  1.5 本章小结  25-26
第2章机械零件反求建模系统体系结构  26-38
  2.1 机械零件反求工程的基本流程  26-29
  2.2 面向再设计的建模理论与方法  29-33
    2.2.1 实体建模理论与实体表示法  30-31
    2.2.2 参数化特征建模理论  31-33
  2.3 机械零件反求建模系统  33-36
    2.3.1 快速设计平台框架结构  33-34
    2.3.2 实现反求建模的关键技术  34-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章机械零件层析测量及矢量化处理  38-59
  3.1 层析测量原理及特点  38-41
  3.2 层析测量断面图象数据处理  41-45
    3.2.1 噪声消除及二值化处理  41-43
    3.2.2 断面图象边沿提取  43-45
  3.3 图象空间断面轮廓提取技术  45-48
    3.3.1 轮廓追踪与轮廓数据环建立  45-46
    3.3.2 内外轮廓数据环的识别  46-48
  3.4 层析测量断面轮廓数据矢量化  48-52
    3.4.1 断面图象轮廓数据尺度变换  48-49
    3.4.2 轮廓数据压缩与特征点提取  49-52
    3.4.3 层析测量断面轮廓的表达  52
  3.5 平面散乱点区域轮廓提取方法  52-58
    3.5.1 基于动态正方形域的轮廓提取方法  54
    3.5.2 主要算法过程描述  54-58
  3.6 本章小结  58-59
第4章面向平行截面轮廓数据点的三角剖分  59-82
  4.1 层析测量数据点三角剖分策略  59-63
    4.1.1 层析测量数据集的特点  59-62
    4.1.2 测量点集三角剖分策略  62-63
  4.2 相邻断面轮廓数据环的分析和重构  63-67
    4.2.1 零件断面基本信息的表达  63-65
    4.2.2 相邻层间数据环对应关系  65-66
    4.2.3 相邻层截面跳变的识别  66-67
  4.3 平面域的三角剖分  67-70
    4.3.1 平面域三角剖分流程  68-69
    4.3.2 剖分算法测试计算  69-70
  4.4 相邻层间轮廓分段三角剖分算法  70-74
    4.4.1 基于特征点的轮廓形状分析  71-72
    4.4.2 轮廓区段之间局部优化三角剖分  72-74
  4.5 面向层析测量的零件表面三角剖分  74-81
    4.5.1 三角剖分实现流程  74-75
    4.5.2 突变截面环处理  75-81
  4.6 本章小结  81-82
第5章反求建模中的表面分段与表面拟合  82-109
  5.1 机械零件表面重建中的分段策略  82-84
    5.1.1 机械零件表面结构分析  82-83
    5.1.2 重建表面的分段策略  83-84
  5.2 平面片的分段识别  84-87
  5.3 曲面片的分段识别  87-92
    5.3.1 曲面片分段原理  87-89
    5.3.2 曲面片分段处理流程  89-92
  5.4 基于三角网的零件表面分段流程  92-94
    5.4.1 表面分段实现流程  92-93
    5.4.2 分段面片信息描述  93-94
  5.5 二次曲面的分类判别  94-99
    5.5.1 二次曲面类型判别策略  94-95
    5.5.2 主要计算处理过程  95-99
  5.6 二次曲面拟合算法  99-107
    5.6.1 球面拟合  100-101
    5.6.2 圆柱面拟合  101-103
    5.6.3 圆锥面拟合  103-107
  5.7 本章小结  107-109
第6章反求建模中的特征识别与模型美化  109-127
  6.1 原形数字模型的建立  109-111
  6.2 三维几何特征识别  111-115
    6.2.1 特征体素定义与描述  112-113
    6.2.2 基于图分解的特征识别  113-115
  6.3 约束分析与模型美化  115-119
    6.3.1 约束的建立与表达  116-118
    6.3.2 模型美化的基本流程  118-119
  6.4 模型镜像对称性测试方法  119-126
    6.4.1 潜在对称面搜索策略  120-123
    6.4.2 对称性测试处理流程  123-126
  6.5 本章小结  126-127
第7章结论与展望  127-130
  7.1 论文研究工作总结  127
  7.2 研究结论和主要创新点  127-129
  7.3 研究工作的展望  129-130
致谢  130-131
参考文献  131-140
攻读博士学位期间发表的论文  140

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