基于CMM測量數(shù)據(jù)的曲面重構關鍵技術研究與實現(xiàn).pdf

1、作為近年來先進制造領域的研究熱點，逆向工程已發(fā)展為CAD／CAM系統(tǒng)中一個相對獨立的研究分支，其相關領域包括幾何測量、圖像處理、計算機視覺、幾何造型和數(shù)字化制造等。 曲面重構是逆向工程的關鍵技術之一。本文對逆向工程中曲面重構的關鍵技術進行了詳細而深入的研究，研究了數(shù)據(jù)處理技術、NURBS曲面重構技術和三角剖分算法，目的是為武器產(chǎn)品技術吸收、消化及創(chuàng)新開發(fā)提供更加完善的手段和方法，為開發(fā)實用的逆向工程軟件奠定基礎。 本文首

2、先研究了坐標變換、坐標歸一化和數(shù)據(jù)濾波的數(shù)據(jù)預處理技術。以此為前提，提出了基于分層維的數(shù)據(jù)排序方法，針對CMM掃描線數(shù)據(jù)，定義了分層維，并進行了數(shù)據(jù)分層和數(shù)據(jù)排序，完成了數(shù)據(jù)拓撲關系的建立。以數(shù)據(jù)拓撲結構的建立為基礎，研究了距離閾值法和向量角度法相結合的數(shù)據(jù)精簡算法。重點研究了基于分層維的特征提取技術，完成了各類不連續(xù)點（跳躍點、尖點、折痕點以及曲率極大值點等）的特征提取。研究了基于特征線框的數(shù)據(jù)分塊技術。 以基于分層維的數(shù)據(jù)處

3、理技術研究為基礎，本文提出了一種利用數(shù)據(jù)點特征的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面重構方法。針對數(shù)據(jù)點的分布不均勻性，通過累積弦長法構造非均勻節(jié)點矢量，保證了曲面的插值精度。研究并優(yōu)化了B樣條求值的快速算法，通過符號運算將B樣條基函數(shù)描述為分段多項式的形式，通過分層維的設定來確定最小初始化數(shù)組，利用一個臨時多項式存儲中間計算結果，最終在大規(guī)模計算時，進行的是多項式的求值。這樣不僅大大加快了B樣條求值的運算速度，而且通過最小初始化數(shù)組的確

4、定以及多項式數(shù)組的重復迭代覆蓋，使計算獲得較高的空間利用率。 根據(jù)逆向工程中散亂數(shù)據(jù)點規(guī)模越來越大的趨勢，為縮小剖分時搜尋和遍歷數(shù)據(jù)點的空間范圍，為提高算法效率，本文研究了大規(guī)模散亂數(shù)據(jù)的空間劃分方法及相應的數(shù)據(jù)結構和編碼方案。在分析典型平面及空間散亂數(shù)據(jù)三角剖分算法思想的基礎之上，提出并實現(xiàn)了基于微元網(wǎng)格擴張的三維散亂數(shù)據(jù)點的空間直接三角剖分算法，首次提出了外連剖分和內(nèi)連剖分的概念。該算法能在線性時間內(nèi)完成三角剖分計算，其總體

5、計算復雜度為O（N），有效地降低了三角剖分算法的時間復雜度，提高了剖分后網(wǎng)格的質(zhì)量。 在上述研究的基礎上，分析了逆向工程系統(tǒng)的開發(fā)方法和包含的軟件模塊，開發(fā)了軟件原型系統(tǒng)。以施密特望遠鏡關鍵零件-主鏡室和底支撐的反求設計為例說明了逆向工程軟件在軍用產(chǎn)品方面的應用。本文根據(jù)工程需求制定了從數(shù)據(jù)采集到CAD模型建立的反求方案，根據(jù)反求方案對主鏡室和底支撐進行了反求設計制造。反求結果不僅驗證了數(shù)據(jù)處理和曲面重構算法的準確性，而且驗證了