逆向工程中基于图元Agent的参数化设计

摘要

本文以逆向工程技术为基础，基于图元Agent对车轮轮廓线进行参数化研究，开发了车轮快速设计系统。车轮快速设计系统主要研究车轮的快速设计过程，结合逆向工程技术中的数据采集、数据处理、曲面重建等基本步骤，针对钢制车轮在设计加工中的一系列问题，对车轮零件的快速设计提出了详细的设计思想和流程。为了提高企业的产品设计效率和生产效率，车轮快速设计系统采用系统集成的思想，主要分为点云测量系统、数据处理系统和车轮造型系统。 点云测量系统主要由三坐标测量仪及其自带测量软件Camio4.3完成数据的采集任务，保存测量点云数据。车轮由轮辋和轮辐组成，车轮的测量可分成轮辋的测量和轮辐的测量两种类型，而轮辐测量又可细分为轮辐外回转母线、轮辐内回转母线、中心孔、螺栓孔和风孔的测量。根据车轮零件的加工工艺特点和现有测量水平，对车轮零件的点云测量方案进行设计，满足信息全面、数据简洁和快速获取的点云测量要求。 数据处理系统主要执行点云数据的预处理和模式识别任务，生成轮辋和轮辐的点云数据库和图形数据库。总结回转面的求解方法和流程，利用圆柱面在端平面的投影为圆的特点，提出一种新的回转面特征提取算法。将回转面看作是一个圆柱面，回转面上的所有数据点到这个圆柱面的距离和为最少，圆柱面的中心轴就与回转面的回转轴重合。根据回转面上数据点在端平面的投影，拟合求解圆柱面在端平面的投影圆。其圆半径就是圆柱面的半径，圆柱面的中心轴则经过投影圆圆心，中心轴方向为端平面的法矢。避免了制作专用机架的问题，提高了测量精度。在轮廓线图元识别中，基于图元Agent识别构成轮廓线的几何参数，完成由轮廓线的测量到轮廓线图元的分割，最后完成满足结构约束的几何图形的逆向设计过程。图元识别参数的自由设置，提高了轮廓线参数化识别的效率和精度。 车轮造型系统主要是对车轮零件进行参数化设计，由车轮快速设计工具箱完成车轮特征的设计，最后建立车轮零件的三维模型，生成工程图纸用于生产加工。在轮辐模型上添加风孔时，需要在轮辐的坐标系里建立每个风孔的局部坐标系。局部坐标系的建立，有利于将风孔作为单独的一个特征进行轮廓拟合，保证了计算的简洁性和准确性，提高了轮辐逆向设计的参数化程度。 车轮快速设计系统的程序开发主要完成数据处理软件和车轮造型软件的开发，系统选用Visual Studio2008．NET集成开发环境，以VC++为程序设计语言，数据处理软件界面设计采用MFC扩展框架库BCGControlBar，车轮造型软件采用SolidWorks2009 API进行二次开发，对轮辋和轮辐特征的参数化设计，完成车轮的快速设计任务。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1逆向工程

1.2.2逆向工程的关键技术

1.3研究目的及意义

1.4研究的主要内容

第二章车轮快速设计系统的总体架构

2.1钢制车轮快速设计需要解决的问题

2.2车轮快速设计系统流程

2.3开发语言与环境

2.3.1面向对象的程序设计方法

2.3.2 SolidWorks 2009 API二次开发

2.4本章小结

第三章点云测量系统设计

3.1测量方法

3.2车轮的测量方案设计

3.2.1轮辋测量方案设计

3.2.2轮辐测量方案设计

3.3车轮点云测量

3.3.1 Camio4.3软件测量车轮

3.3.2 DMIS标准

3.4本章小结

第四章数据处理系统设计

4.1 DmisExplor软件的开发

4.1.1 DmisExplor的界面设计

4.1.2 DmisExplor的特征选择

4.1.3 DmisExplor的参数设置

4.2回转面求解

4.2.1回转母线数据提取流程

4.2.2回转轴提取算法

4.2.3优化方法

4.3轮廓线识别算法

4.3.1车轮零件轮廓线几何图元类型及属性

4.3.2轮廓线识别流程

4.3.3基于图元Agent的轮廓线识别

4.3.4应用实例

4.4最小二乘法求风孔所在平面

4.5本章小结

第五章车轮造型系统设计

5.1 DataMining软件的开发

5.1.1工程的建立

5.1.2菜单设计

5.1.3车轮快速设计工具箱的设计

5.2车轮的特征设计

5.2.1轮辋的设计

5.2.2轮辐回转体的设计

5.2.3中心孔的设计

5.2.4螺栓孔的设计

5.2.5风孔的设计

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.1.1主要创新点

6.1.2存在的不足

6.2展望

6.3本章小结

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的项目、取得科研成果