基于区域特征分解的多传感器测量与混合建模研究

摘要

逆向工程作为现代先进的设计方法之一，在产品开发中发挥重要作用。随着计算机辅助几何设计、计算机图形学以及高性能计算机技术等快速发展，逆向工程技术也获得前所未有的快速发展期。为了能使产品开发更加快捷方便，更加有利于支持产品的创新设计，如何利用多传感器集成测量成为了逆向工程研究中关注的焦点问题之一。本文研究结合区域分解对复杂零件进行剖析，然后选择出合适的测量设备集成测量并进行混合建模的方法，为逆向工程技术的应用提供指导。
　　逆向工程中，测量方式主要分为接触式和非接触式，两种测量方式各具优缺点:接触式测量测量精度高，鲁棒性稳定，但测量时需要逐点测量，测量效率较低;非接触式测量容易获取产品全局特征信息，灵活性大，测量速度快，效率高，同时对测量物体材质要求没有接触式苛刻，但测量数据精度低。所以单一使用一种表面数据化方法，难以同时满足高效率、高精度的逆向建模要求，而集成多种测量方式的测量方法是一种极具前景的创新思路。本文内容主要包括以下3个方面。
　　(1)由于复杂零件使用单一测量设备测量，已经无法满足某些复杂零件的数据获取，这种测量方式测量出来的结果数据直接影响到最终的数据精度，而将一个复杂的零件进行元特征分解，然后匹配相应的设备集成测量，再进行测量规划，这样将有效的提高测量的精度和测量的效率。因此，结合目前国内集成测量现状，阐述逆向工程中几种测量方法的原理，分析各自的测量优势与不足，提出一种组合测量的方法，将一个复杂的零件划分为不同测量区域，有针对性地匹配最优的测量设备进行测量。
　　(2)研究集成测量的最优路径规划，将复杂零件使用元特征思想划分，再组合相关联的特征集中测量。结合非接触式关节臂扫描设备测量速度快和接触式CMM精度高等优点，提出了一种基于光学扫描仪引导的CMM自动测量路径规划技术。此种路径规划技术使用光学扫描设备扫描，再使用CMM自动测量的方法很好地解决测量过程中过多的人为干扰，有效提高测量精确度。同时，自动测量的方式提高了测量的效率，只需要在导入的模型中选取相应的特征，即可自动生成测头测量路径，大大减少了测量时间。
　　(3)基于对齐多传感器数据的混合建模，首先将采集的数据处理后，再使用逆向软件Geomagic Design Direct以及正向软件Solidworks进行正逆向建模，最后根据所提出的共同坐标系进行数据模型对齐。这种建模方式对具有复杂特征的零件进行模型重构与再创新，能有效的提高二次创新效率和提高反求参数化的修改能力。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 逆向工程技术

1．2 逆向工程传感器测量技术

1．2．1 接触式测量

1．2．2 非接触式测量

1．3 多传感器集成测量研究现状

1．4 多传感器集成测量的不足分析

1．5 主要研究内容与创新点

1．6 本章小结及章节安排

第二章 区域特征分解

2．1 元特征分解

2．1．1 元特征概念

2．1．2 元特征属性信息描述

2．1．3 元特征分解思想

2．1．4 元特征分解原则

2．2 元特征组合规划原则

2．3 测量方法适用性评价

2．3．1 定性评价和定量评价

2．3．2 选择的影响因素

2．4 实例验证

2．4．1 复杂零件的特征分解

2．4．2 测量设备选择

2．4．3 元特征组合

2．4．4 影响因素及设备选择

2．5 本章小结

第三章 关节臂扫描仪引导的CMM自动测量

3．1 CMM测量路径规划

3．1．1 测量坐标系统一

3．1．2 特征分解

3．1．3 表面区域补凸测量

3．1．4 检测点分布

3．2 多传感器测量的路径规划

3．2．1 规则特征测量路径规划

3．2．2 曲面特征测量路径规划

3．2．3 复杂特征测量路径规划

3．3 实例验证：光学扫描引导下的CMM自动测量技术

3．4 本章小结

第四章 混合建模技术的研究

4．1 正向建模技术

4．2 正逆向混合建模技术

4．3 坐标系对齐技术

4．4 数据融合

4．5 基于Geomagic Design Direct逆向建模技术

4．6 案例一：基于CMM和光学扫描的集成测量与混合建模

4．6．1 集成测量与建模原理及流程

4．6．2 CMM测量与数据处理

4．6．3 关节臂扫描测量与数据处理

4．6．4 Geomagic Design Direct建模

4．6．5 模型对齐

4．7 案例二：基于Geomagic Design Direct的正逆向混合建模创新设计

4．7．1 逆向设计

4．7．2 正向设计

4．8 本章小结

第五章 基于区域特征分解的多传感器测量与混合建模

5．1 复杂零件的特征分解

5．2 测量设备选择

5．3 风机蜗壳测量与建模

5．4 录用专利简介

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间学术成果

声明

致谢