基于少量散乱数据的复杂曲面重构技术研究

摘要

目前在实际的生产实践中，对复杂曲面所构成的零件实施反求工程，大多数采用三坐标测量机测量。对于截面不规则、存在凹缝的零件，采用三坐标测量机测量时，只能得到少量散乱数据，如何减小反求得到的数字模型和实物模型的误差，这是复杂曲面数字化的难点之一。基于少量散乱数据点的曲面反求，既要减少测量点数，又要构造出光顺的符合原实物的曲面模型，则数据点的精密测量、构造曲面的方法就显得极为重要，否则构造出的曲面模型不是不光顺就是与实物模型相差太远。本文主要研究了少量散乱数据点的复杂曲面重构的方法，一种是将得到的数据点直接进行反求，然后通过自动抽查的方法对所构造的模型进行检测和修正，使模型精度达到要求。另一种是利用测头半径补偿，将测得的数据修正后再进行反求。主要完成了以下工作： 1.研究了异常点的剔除、测量点的增密、半径补偿等数据预处理技术。 2.分别对Bezier曲面，B-Spline曲面和NURBS曲面这三种方法在实际应用中进行了比较，最终确定选用NURBS方法进行曲面重构。并阐述了曲线曲面光顺的原理和方法。 3.介绍了NURBS曲线曲面重构的相关基础理论；详细论述了NURBS曲线曲面插值的步骤：数据点的参数化，节点矢量的确定，求取NURBS基函数，反算控制顶点从而求出曲面以及NURBS曲面的修改方法。 4.以增压器叶轮的反求设计为例，用上述两种方案反求得到叶轮的三维模型，并对重构精度进行定量分析，给出了分析的效果图和误差分布图。

目录

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第一章绪论

1.1论文研究背景及意义

1.2逆向工程概述

1.3逆向工程中曲面重构技术及研究现状

1.3.1逆向工程中曲面重构的特点

1.3.2曲面重构技术研究现状

第二章测量数据的预处理技术研究

2.1异常点(误差点)处理

2.2数据插补

2.3数据平滑

2.4数据点半径补偿的实现

2.4.1半径补偿方法概述

2.4.2二维补偿的方法误差分析

第三章基于散乱数据的复杂曲面重构

3.1曲面重构方法的比较

3.2 NURBS曲线曲面及其性质

3.3NURBS曲面的构造

3.3.1NURBS曲线插值

3.3.2NURBS曲面插值

3.4NURBS曲面的形状修改

3.4.1曲面权因子的几何意义

3.4.2用于曲面的反插节点

3.4.3重新确定NURBS曲面的权因子

3.4.4重新定位曲面控制顶点

3.5基于少量散乱数据的NURBS曲面重构

第四章增压器叶轮的逆向工程实现

4.1叶轮的精密测量及数据预处理

4.2叶轮的三维重构

4.2.1轮廓曲线及控制曲线的生成

4.2.2叶片三维重构

4.3曲面光顺评价分析及处理

4.3.1几何连续性定义

4.3.2曲面光顺评价分析及处理方法

4.4逆向工程的误差分析

4.5重构精度检测及曲面调整

4.5.1曲面曲率定量分析

4.5.2坐标值调整

第五章总结与展望

5.1本文总结

5.2未来展望

参考文献

致谢

附录