机械零件反求建模关键技术研究-机械设计及理论专业论文.docx

西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第l页 摘要 结合反求工程(RE)技术、gAD技术和快速原型(RP)技术构建现代产品 丌发设计平台，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一 CAD模型的若于关键问题，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 J下方形域的自适应的轮廓追踪算法。以动态正方形域为有哪些信誉好的足球投注网站空间，利用轮廓 相邻线段之间的有向角作为有哪些信誉好的足球投注网站算予，缩短了算法有哪些信誉好的足球投注网站时间，保留了断面轮 廓微小结构特征，解决了获耿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问三角剖分算法，并重点探讨了相邻层上对应 轮廓数据环之}’日J的分段剖分闯题。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 法柬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，建立基于项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嚣关系来判断凸凹性，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 第1l页 第1l页 西南交通大学博士研究生学位论文 法几何意义明确，算法实现比较简单，受数据点噪音影响相对较小。 第四，研究了反求工程中的表面拟合计算问题。针对在机械零件结构中 出现频率较高的规N-次曲面，诸如球面、圆柱面和圆锥面，创造性的提出 了基于几何特征的曲面拟合分步计算方法。通过计算各个离散顶点对应的表 面法向矢量，利用二次曲面表面数据点所呈现的几何规律，采用分步计算策 略，建立拟合计算目标函数，把通常情况下二次曲面拟合的非线性计算问题 转化为线性的最小二乘法计算问题，有效地简化了拟合计算的复杂性。 最后，研讨了反求建模过程中面向再设计的三维特征识别和模型美化问 题。提出了结合特征匹配和几何约束拟合的美化策略，恢复模型的原始设计 意图。同时对模型总体结构镜像对称性的自动识别进行了探索研究。针对由 散乱点表征的数字模型，结合投影变换和旋转变换，首先有哪些信誉好的足球投注网站潜在的对称面， 然后进行模型对称性测试。采用最佳拟合直线方法分析计算模型投影轮廓图 形潜在的对称轴线倾角，并以此为变换因子对模型实施旋转变换，经过有限 次的变换处理，逐步改变模型方位，完成对空间模型的潜在对称面有哪些信誉好的足球投注网站。 关键词：反求工程：机械零件：表面重建；层析测量；模型美化 西南交通大学博士研究生学1立论文 西南交通大学博士研究生学1立论文 第ll l页 ABSTRACT Integrating the Reverse Engineering(RE)，CAD and Rapid Prototype(RP) techniques to construct design platform，which helps to realize the digital design and rapid design for mechanicaI products．iS very important and useful．The of the platform is intelligent and rapid RE-based CAD modeling system．for mechanical parts．Development of sueh platform will provide useful approaches for product im