逆向工程關鍵技術及其應用研究.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、數(shù)據(jù)及圖像處理、計算機視覺、幾何造型和數(shù)字化制造等。本文對逆向工程中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、數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術、曲面重構技術和逆向工程與快速原型制造技術(RPM)集成等內容，目的是為產品技術吸收、消化及創(chuàng)新開發(fā)提供更加完善的手段和方法。逆向工程是先進制造技術的前沿性課題，具有

2、良好的應用前景和應用價值，作者對此做了一些探索性的分析與研究，獲得了逆向工程關鍵技術研究方面的一些新理論、新模型和新方法，主要研究內容如下： 1、首先，對目前國內外逆向工程中的數(shù)據(jù)處理技術、數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術、曲面重構技術和逆向工程與快速原型制造技術(RPM)集成等進展進行了簡要綜述，闡述了逆向工程關鍵技術及其應用問題研究的必要性。 2、對測量數(shù)據(jù)的噪音點進行處理，通過對數(shù)據(jù)點的曲率計算，把數(shù)據(jù)點分成不同

3、的區(qū)段，從而更有效的實現(xiàn)對數(shù)據(jù)點的精簡。在綜合各種數(shù)據(jù)精簡算法的基礎上，提出一種自適應最小距離精簡算法，實現(xiàn)了在曲面曲率較小的區(qū)域分布較少的點，而在曲率較大或尖銳棱邊處保留較多的點，不但效率高，同時又很好地保留了原始數(shù)據(jù)的細節(jié)特征。 3、通過對圖像平滑濾波方法的分析研究，本文提出一種中值濾波和加權中值濾波相結合的混合濾波算法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的平滑處理，該算法不但更好地保證了數(shù)據(jù)的平滑效果，而且保留了邊界數(shù)據(jù)。 4、針對逆向工

4、程的龐大數(shù)據(jù)點云，需要將數(shù)據(jù)點分割，構建各個曲面模型。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的區(qū)域分割，論文提出了一種改進的動態(tài)增長自組織映射(GSOM)網(wǎng)絡模型，不僅能夠加快聚類的速度，而且算法簡單。與以往的網(wǎng)絡相比，采用的網(wǎng)絡結構在訓練中動態(tài)生成，克服了自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(SOFM)預先給出分區(qū)數(shù)目的限制；該網(wǎng)絡所生成的結點數(shù)目遠低于傳統(tǒng)的SOFM方法，而且訓練周期少，提高了聚類速度。 5、針對空間任意位置圓柱面特征參數(shù)的提取，基于極小慣量原理，

5、本文提出了空間任意位置圓柱面特征參數(shù)的提取算法，首先構建截面點云的對稱軸和其垂線，以其垂線為法矢量，通過對稱軸構造一個平面，相交點云數(shù)據(jù)得到母線數(shù)據(jù)，進而求出母線，對母線數(shù)據(jù)點再利用極小慣量法可以求出對稱軸，最后用實例證明了其正確性。 6、首次以蟻群算法為優(yōu)化工具，針對空間任意位置回轉面點云數(shù)據(jù)，建立了適合蟻群優(yōu)化算法的數(shù)學模型，然后運用蟻群算法實現(xiàn)過程優(yōu)化，成功提取出空間任意位置回轉面的回轉軸和母線等特征參數(shù)，實現(xiàn)回轉面圖形重

6、建。 7、曲面重構是逆向工程中最重要的環(huán)節(jié)之一。在深入研究相關文獻的基礎上，作者提出了均勻三次B-spline曲線和B-spline曲面反算快速算法，并在Matlab中編程實現(xiàn)，降低了程序的復雜性，提高了運算效率。對重構曲面的精度評定方法進行了研究，定義了點云數(shù)據(jù)與重構曲面貼合度，作為曲面重構精度評價的主要指標。 8、在分析快速原型制造技術的數(shù)據(jù)接口STL文件的基礎上，本文提出一種由點云數(shù)據(jù)直接實現(xiàn)自適應分層的處理方法，