基于三坐标测量机自由曲面的反求技术研究

摘要

反求工程是在没有技术资料的情况下获得产品初始设计意图的技术过程，是制造业中消化吸收先进技术、缩短产品再设计与制造的重要支撑技术，是先进制造技术的核心技术之一。本文针对反求工程在国内外机械工业领域的发展和应用情况，以实现复杂产品的数字化反求为宗旨，提出并实现了基于三坐标测量机的数字化反求工程方法。该方法避免了传统的模拟式复制方式无法建立工件图文件的缺点，为复杂产品的数字化反求工程设计提供了一种切实可行的方法。该方法具有精度高、测量重复性好等优点。因此，反求工程在机械、航空、航天、模具制造、造船、汽车和医学等领域的应用日益广泛并得到越来越多的重视。
　　本文的主要研究工作如下：
　　介绍了反求工程的应用领域,讨论了坐标点的测量技术及各种测量方法的特点与适用范围。分析和比较了目前常用的各种数字化测量设备及测量方法。着重介绍了本课题所用的Z002型数控型三坐标测量机的机械结构、软硬件配置及环境要求。对三坐标测量机测头的选取、测量路径的规划和测量方式及测量步距的选择进行了研究，使三坐标测量机在测量效率和精度得到了提高。并用该设备对蜗轮和电话机听筒外壳的表面进行了扫描测量。
　　阐述了反求工程的测量数据类型及各种数据点的处理方法；研究了各种自由曲线拟合方法；并对其进行了仿真和实验上的论证。
　　实现了测量数据点云的自动快速处理，建立了相应的数据处理模块，使得后续的建模更加方便快捷。
　　论述了曲面造型技术的发展过程；比较了几种自由曲线曲面及其算法；着重对NURBS的曲线曲面造型技术进行了理论探讨和实验验证；并通过蜗轮和电话机外壳两个样件加以论证，同时针对测量路径和测量方案的选取进行了更为深入细致的对比和研究。

目录

基于三坐标测量机自由曲面的反求技术研究

RESEARCH ON TECHNOLOGY OFREVERSE ENGINEERING OFFREE-FORM SURFACE BASED ONCOORDINATE MEASURING MACHINE

摘要

Abstract

绪论

引言

反求工程发展现状

几何造型技术

曲面造型技术

造型软件

课题意义及主要研究内容

课题研究意义

课题研究主要内容

CMM测量系统与测量方法分析

引言

CMM硬件系统和软件系统介绍

硬件

软件部分

自动测量方式的分析

点位探测模式

自动测量模式选择

编程模式选择

数据格式选择

测头半径选择

步长计算方法选择

本章小结

测量路径的规划及数据处理

引言

测量路径

测量路径的几种生成方法

设计测量路径的基本原则

外圆避障点的自动生成法则

固定避障点数

测量路径的规划

测量路径的描述

测量路径的细分

测量数据点的处理

本章小结

曲面重构

引言

曲面造型基本理论

曲线曲面参数数学表示

曲线曲面函数数学表示

NURBS曲面的数学表示

曲面造型技术

概述

权因子修改

曲线设计修改

曲面造型

曲面的光顺与精度的权衡

曲面拼接技术

本章小结

应用实例分析与实验验证

引言

涡轮造型实例分析及实验

逆向测量系统及造型流程

测量坐标系的建立

测量方案的确定

测量数据的处理

涡轮造型

模具型腔的获得

电话机上壳造型实例分析及实验

测量坐标系的建立

测量方案的确定

测量数据的处理

电话机上壳造型

模具型腔的获得

本章小结

结论

参考文献

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致谢

个人简历