基于CAD的曲面零件几何测量规划方法

摘要

几何测量在零件生产中得到了广泛的应用，几何测量水平的提高有利于保证零件的质量。随着CAD在制造领域的应用越来越广泛，基于CAD的几何测量也得到了越来越多的重视。研究基于CAD的几何测量有利于实现设计测量加工一体化，从而提高零件加工的效率，也为测量技术的发展打下基础。
　　IGES文件是CAD的一种表达方式，也是CAD和CAM之间数据交换的一种通用方式。本文根据对测量任务和集成性的要求，结合IGES文件，重点研究了IGES文件中曲面信息的提取方法、测量路径的优化和碰撞检查以及碰撞规避。
　　针对IGES文件中不同模型信息表达的特点，通过匹配算法将IGES文件的曲面模型和实体模型结合起来，并根据IGES文件中面的分类，对不同的面构建了不同的信息提取方法和存储方式，为后续的几何测量规划打下了基础;通过二次采样的方式得到测量点的信息，并利用加权方式得到初始路径;以初始路径为基础，针对不同类型的面分别用蚁群算法、遗传算法和改良圈算法进行优化仿真和比较评价，选择基于蚁群算法的测量路径优化方法，并通过对典型曲面零件进行优化处理验证了蚁群算法的优越性和有效性。为了提高测量的安全性，将碰撞检查简化为线面求交模型，利用包围盒和曲面三角化剖分作为辅助，解决了过去测量工作中碰撞检查只能处理一些规则特征的问题;针对检测到的碰撞，分析碰撞发生位置，针对自身和邻面两种不同的情况，利用二维参数包围盒和曲面参数极值点来设置避障点，完成了碰撞规避算法的研究，并通过对一个复杂曲面零件的优化仿真，验证了测量规划后路径的安全性。
　　本文提供的方法能够实现对由不同类型的特征组成的曲面零件的几何测量规划，为后续的再设计或加工做好了准备，同时也为测量的发展提供了一定的理论参考和支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 基于CAD的几何测量

1.2 基于CAD的几何测量规划的研究现状

1.2.1 基于CAD的几何测量方法

1.2.2 基于CAD的几何测量关键技术研究现状

1.3 本课题的研究目的和意义

1.4 论文的主要研究内容

2 基于CAD的几何测量流程规划

2.1 几何测量规划的需求分析

2.1.1 零件的特点和测量方法的选择

2.1.2 测量规划的任务要求

2.1.3 测量规划的集成性要求

2.1.4 测量规划的整体要求

2.2 基于CAD的几何测量流程规划

2.2.1 测量规划中CAD表达形式分类及分析

2.2.2 初始图形交换规范简介

2.2.3 测量规划的工作分析

2.2.4 测量规划的软件系统

2.3 本章小结

3 IGES文件中曲面信息提取以及曲面采样规划

3.1 IGES文件的模型表示方式分析及信息提取策略

3.1.1 IGES文件的模型表示方式分析

3.1.2 IGES文件的信息提取方法

3.2 曲面上点几何信息的提取

3.2.1 回转面及其信息的提取

3.2.2 列表柱面及其信息的提取

3.2.3 NURBS曲面及其信息的提取

3.3 零件的面邻接关系及其提取

3.3.1 面的邻接关系的提取流程

3.3.2 面的邻接关系的提取与存储

3.4 曲面的测量采样规划

3.5 本章小结

4 测量路径优化

4.1 测量路径的初始规划

4.2 测量路径优化问题的分析和不同算法优化效果的比较分析

4.2.1 测量路径优化问题的分析

4.2.2 测量路径优化问题不同算法的实现与比较分析

4.3 基于蚁群算法的测量路径优化

4.3.1 蚁群算法简介

4.3.2 基于蚁群算法的测量路径优化和仿真

4.4 本章小结

5 碰撞检查与碰撞规避

5.1 碰撞检查

5.1.1 快速定位点和半径补偿点的计算

5.1.2 碰撞检查的流程设计

5.1.3 基于包围盒的初始碰撞检查

5.1.4 Delaunay三角化及进一步碰撞检查

5.2 碰撞规避处理

5.2.1 邻面引起的碰撞的处理

5.2.2 自身曲面引起的碰撞的处理

5.3 测量路径的仿真和测量程序的编程

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢