逆向工程關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、作為近年來先進(jìn)制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，逆向工程已發(fā)展為CAD/CAM系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究分支，其相關(guān)領(lǐng)域包括幾何測(cè)量、數(shù)據(jù)及圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、幾何造型和數(shù)字化制造等。本文對(duì)逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究，研究了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術(shù)、曲面重構(gòu)技術(shù)和逆向工程與快速原型制造技術(shù)(RPM)集成等內(nèi)容，目的是為產(chǎn)品技術(shù)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(jìn)制造技術(shù)的前沿性課題，具有

2、良好的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值，作者對(duì)此做了一些探索性的分析與研究，獲得了逆向工程關(guān)鍵技術(shù)研究方面的一些新理論、新模型和新方法，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、首先，對(duì)目前國內(nèi)外逆向工程中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)域分割和特征參數(shù)提取技術(shù)、曲面重構(gòu)技術(shù)和逆向工程與快速原型制造技術(shù)(RPM)集成等進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述，闡述了逆向工程關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用問題研究的必要性。 2、對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的噪音點(diǎn)進(jìn)行處理，通過對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲率計(jì)算，把數(shù)據(jù)點(diǎn)分成不同

3、的區(qū)段，從而更有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的精簡(jiǎn)。在綜合各種數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)算法的基礎(chǔ)上，提出一種自適應(yīng)最小距離精簡(jiǎn)算法，實(shí)現(xiàn)了在曲面曲率較小的區(qū)域分布較少的點(diǎn)，而在曲率較大或尖銳棱邊處保留較多的點(diǎn)，不但效率高，同時(shí)又很好地保留了原始數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)特征。 3、通過對(duì)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(quán)中值濾波相結(jié)合的混合濾波算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(duì)逆向工

4、程的龐大數(shù)據(jù)點(diǎn)云，需要將數(shù)據(jù)點(diǎn)分割，構(gòu)建各個(gè)曲面模型。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)域分割，論文提出了一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)自組織映射(GSOM)網(wǎng)絡(luò)模型，不僅能夠加快聚類的速度，而且算法簡(jiǎn)單。與以往的網(wǎng)絡(luò)相比，采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在訓(xùn)練中動(dòng)態(tài)生成，克服了自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOFM)預(yù)先給出分區(qū)數(shù)目的限制；該網(wǎng)絡(luò)所生成的結(jié)點(diǎn)數(shù)目遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的SOFM方法，而且訓(xùn)練周期少，提高了聚類速度。 5、針對(duì)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(gòu)建截面點(diǎn)云的對(duì)稱軸和其垂線，以其垂線為法矢量，通過對(duì)稱軸構(gòu)造一個(gè)平面，相交點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到母線數(shù)據(jù)，進(jìn)而求出母線，對(duì)母線數(shù)據(jù)點(diǎn)再利用極小慣量法可以求出對(duì)稱軸，最后用實(shí)例證明了其正確性。 6、首次以蟻群算法為優(yōu)化工具，針對(duì)空間任意位置回轉(zhuǎn)面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立了適合蟻群優(yōu)化算法的數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用蟻群算法實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化，成功提取出空間任意位置回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸和母線等特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)面圖形重

6、建。 7、曲面重構(gòu)是逆向工程中最重要的環(huán)節(jié)之一。在深入研究相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)，降低了程序的復(fù)雜性，提高了運(yùn)算效率。對(duì)重構(gòu)曲面的精度評(píng)定方法進(jìn)行了研究，定義了點(diǎn)云數(shù)據(jù)與重構(gòu)曲面貼合度，作為曲面重構(gòu)精度評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。 8、在分析快速原型制造技術(shù)的數(shù)據(jù)接口STL文件的基礎(chǔ)上，本文提出一種由點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)分層的處理方法，