面向再制造的零件缺损部分模型重建方法

摘要

随着不可再生资源不断开采和环境污染问题的日益加剧，再制造工程正不断的被人们了解和关注，利用逆向工程技术完成对破损零件的修复成为了实现再制造的重要方法。针对目前逆向修复存在点云数据修补鲁棒性差、点云模型重建网格速度慢、缺损模型的切片精度较低等问题，本文提出了对破损处点云修补及点云模型网格重建方法的研究，并对等厚切片的交点数据进行优化，最终得到高精度的缺损处切片模型。主要研究内容如下：
　　首先，为了计算出点云模型的几何属性，对破损件的点云模型进行自适应八叉树分割，在每个子域内以加权度量准则为基础，提取出破损处的特征点，利用偏微分方程对提取出的特征点进行插值修补。实验表明用该方法实现方便，耗时短，能提取出点云模型的特征点并能完成破损点云的修补。
　　其次，以自适应八叉树分割的点云模型为基础，提出了分治区域增长法进行曲面重建，并对其进行了优化，通过选择种子三角形的初始位置，设定新加入网格的三角形形状准则，将这些设计准则设计为数学评价模型，并引进了粒子群优化算法以一条边的两个点为依据搜索第三个点，从而保证在重建速度提高的情况下保证了曲面模型的精度和质量。
　　再次，针对目前STL格式网格模型切片引起的错误信息，提出了以等厚分层切片方法对缺损部分的模型进行切片处理的方法，并通过小波变换自适应的压缩切片的交点坐标值，从而对交点的数据进行优化和剔除错误交点，使切片后数据的精度更加的精确，准确表示原模型的截面轮廓线。
　　最后，以破损涡轮发动机叶片作为研究对象进行了验证说明。利用本文提出的方法分割点云模型后，通过法向量调整和加权度量准则可以保证特征点提取的效率和精度；通过布尔求差运算得到破损处叶片，利用本文方法对破损叶片及其缺损处进行切片，通过3D打印机打出其模型后进行比对，两模型基本吻合，验证了本文研究方法的可行性。
　　本文不但提供了一种零件缺损处重新建模的方法，而且并对等厚分层切片的方法进行了优化，对提高零件缺损处的修复精度具有重要的指导意义。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 相关问题的国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

第2章 点云模型破损处的边界特征点提取及修补

2.1 点云模型的k近邻搜索及其法向量的估计和调整

2.2破损件点云模型的缺损处的特征点提取及其修补

2.3 本章小结

第3章 粒子群优化的分治区域增长法曲面重建

3.1分治区域增长的曲面重建方法

3.2区域增长法的粒子群优化模型

3.3点云数据曲面重建实例

3.4本章小结

第4章 自适应压缩的STL网格模型等厚分层切片方法

4.1缺损处模型的求取

4.2改进的STL网格模型等厚分层切片方法

4.3缺损处网格模型切片应用实例

4.4 本章小结

第5章 破损叶片缺损处建模实例

5.1 实验条件

5.2 破损叶片缺损处模型的重建及其切片过程

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢