基于多传感器测量的CAD逆向建模技术研究

摘要

随着制造业以及计算机科学的高速发展，逆向工程技术受到了学术界和工业界越来越多的重视，将持续作为CAD/CAM领域的研究热点。逆向工程就是根据已有的产品实物、样件或原型，生成产品的三维数字化模型，然后在数字模型的基础上进行生产加工或者二次开发，实现创新。逆向工程技术可以缩短产品的开发周期，提高生产能力，产品质量和企业的市场竞争力，增加企业的经济效益。
　　逆向工程由数据测量、数据预处理与曲面重建三部分组成，数据测量通常分为接触式测量和非接触式测量，随着科学技术的发展，单纯的测量技术已经不能满足实际需求，于是出现了多传感器组合测量。现有的逆向建模方法主要还是针对同密度、同精度的同类测量数据的，为了满足现代数字化系统对逆向工程模型重建方法提出的新要求，本文研究了基于多传感器测量的CAD逆向建模技术研究。
　　首先介绍了逆向工程中两种主要的测量方法:接触式测量和非接触式测量，从它们测量的原理出发分析了两种测量方法的优势以及不足。对CAD模型重建的基本理论进行了综述，详细地介绍了常用的三种建模方法:基于曲线的模型重建;基于多边形网格的模型重建;基于特征的模型重建。
　　结合两种数据测量方式的优点以及缺点，针对自由曲面，首先用非接触式测量方法获取自由曲面的初始CAD模型，然后用三坐标测量机测量少量高精度的点，利用基于能量优化法完成初始模型的点约束变形，或用三坐标测量机测量曲面的截面线，完成初始模型的线约束变形，实现两种测量数据的数据融合。通过具体的实例验证了数据融合的可行性以及有效性。
　　针对存在光学扫描盲区（如深孔）的样件，提出了基于特征的数据对齐方法。用激光扫描获得样件的表面数据，三坐标测量机获得光学扫描盲区的数据，用基于特征的数据对齐方法实现两组测量数据的对齐，最后实现多传感器测量数据的逆向建模。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 逆向工程技术简述

1．2．1 数据采集技术

1．2．2 数据预处理

1．2．3 CAD建模技术

1．3 多传感器组合测量研究现状

1．4 论文的主要研究内容

第二章 逆向工程中数据测量

2．1 数据测量方法

2．1．1 接触式测量

2．1．2 非接触式测量

2．2 实验所用设备

2．2．1 三坐标测量机

2．2．1 关节臂测量机系统

2．3 本章小结

第三章 逆向工程中CAD模型重建方法

3．1 逆向建模概述

3．2 逆向建模基础理论

3．2．1 NURBS曲线、曲面的定义

3．2．2 NURBS曲线和曲面的性质

3．3 模型重建方法

3．3．1 基于曲线的模型重建

3．3．2 基于多边形网格的模型重建

3．3．3 基于特征的模型重建

3．4 本章小结

第四章 基于能量优化法的数据融合

4．1 能量优化法的基本原理

4．1．1 能量优化法的物理模型

4．1．2 考虑外载荷的能量模型

4．1．3 用外载荷调整曲线曲面的形状

4．2 数据融合实验验证

4．2．1 数据测量与数据处理

4．2．2 曲面变形

4．2．3 结果分析

4．3 本章小结

第五章 基于特征对齐的多传感器数据逆向建模

5．1 基于特征的数据对齐

5．1．1 特征对齐原理

5．1．2 对齐工作台

5．2 CATIA逆向建模系统

5．2．1 逆向模块

5．2．2 逆向建模基本流程

5．3 逆向建模实例

5．3．1 数据采集

5．3．2 数据预处理

5．3．3 曲面拟合

5．3．4 曲面编辑

5．4 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢