基于扫描的轮胎花纹逆向建模方法及系统开发研究

摘要

为解决轮胎双曲率特性及复杂花纹构型造成的模型逆向重构困难，克服传统逆向建模难以构造符合轮胎性能要求的花纹结构模型，进而实现扫描轮胎点云所蕴含花纹结构设计参数信息的有效还原，在对轮胎花纹结构设计理论及逆向建模关键技术分析和研究的基础上，提出一种能够还原花纹结构设计参数信息的轮胎花纹逆向建模方法。具体研究内容包括:
　　1)确定获取轮胎花纹结构正向设计参数所需解决的问题，建立参数重构体系。首先，对现有设备获取的点云所包含的数据属性进行分析，确立格式统一转化方式;然后，借助轮胎花纹结构正向设计模式，确定基于扫描点云的数据处理方式及参数逆向重构逻辑架构;最后，确立由数据分割、信息获取、数据应用三个层次组成的面向轮胎结构设计的逆向建模体系。
　　2)提出面向轮胎胎面点云映射阵的花纹边界提取方法。首先以优化分割获取的胎面点云为对象，将栅格作为基本单元进行3D胎面点云到点云映射阵的转化;然后采用列链码连通性生长的方式获取花纹结构知识单元，构建能够表征花纹结构信息的结构知识库;最后通过求解知识单元相似度实现知识库中花纹的聚类，并借助模式识别实现聚类结果与花纹设计基本类型的匹配，进而驱动基本类型花纹边界特征归类机制实现花纹边界特征点的提取。
　　3)研究基于提取特征的轮胎花纹结构设计参数获取方式，构建面向轮胎3D花纹的语义建模方法。首先，根据轮胎3D花纹的映射实现机理及2D花纹的相切直线圆弧的构造机制，获取花纹结构参数信息及轮胎结构骨架信息;然后，将理论设计中的花纹沟、装饰品及交汇特征的结构抽象分解建立轮胎花纹语义单元;最后，借助聚类分析确立的轮胎节距信息进行轮胎花纹逆向建模设计。
　　4)基于以上理论研究，以CATIA\CAA为开发平台，引入基于特征的建模技术，开发出面向轮胎花纹结构设计的逆向建模设计系统，并以205/55R16轮胎为例进行了实例验证及部分关键信息的误差分析。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景与意义

1．3 轮胎花纹结构设计技术

1．3．1 轮胎花纹结构分类

1．3．2 轮胎花纹结构设计关键参数

1．3．3 轮胎花纹结构设计的国内外研究现状

1．4 逆向工程CAD建模技术

1．4．1 三维CAD模型逆向重建的关键技术

1．4．2 数据分割技术的国内外研究现状

1．4．3 特征提取的国内外研究现状

1．4．4 轮胎逆向建模技术的国内外研究现状

1．5 课题研究内容

1．6 本章小结

第二章 面向轮胎花纹结构设计的逆向建模概述

2．1 基本概念

2．2 测量设备概述

2．3 面向轮胎结构设计的逆向建模体系架构

2．3．1 数据分割层

2．3．2 信息获取层

2．3．3 数据应用层

2．4 面向轮胎结构设计的逆向建模系统开发平台介绍

2．4．1 CATIA接口通讯方式

2．4．2 系统开发方式的选择

2．4．3 基于CATIA＼CAA的程序开发流程

2．5 本章小结

第三章 基于逆向工程的轮胎特征信息提取

3．1 胎面点云映射阵的构建

3．1．1 轮胎胎面点云的数据分割

3．1．2 轮胎胎面点云映射阵的构建

3．2 胎面特征信息获取

3．2．1 胎面轮廓线数据的计算方法

3．2．2 胎面轮廓线数据存储结构表示

3．3 花纹边界特征信息获取

3．3．1 构建花纹结构知识库

3．3．2 相似结构知识单元聚类

3．3．3 基于花纹特征的边界提取

3．4 花纹沟壁角度信息的获取

3．5 本章小结

第四章 基于特征信息的3D花纹CAD重建技术

4．1 胎面曲线逼近

4．1．1 胎顶面曲线逼近

4．1．2 胎底面曲线逼近

4．2 花纹边界曲线逼近

4．2．1 最小二乘圆弧圆心半径求解

4．2．2 相切圆弧圆心半径求解

4．3 花纹语义建模

4．3．1 花纹语义单元划分

4．3．2 语义单元封装

4．3．3 封装语义单元类的通信

4．4 本章小结

第五章 轮胎逆向建模系统的开发与应用

5．1 数据信息层

5．2 特征显不层

5．2．1 特征界面显示

5．2．2 特征模型树搭建

5．3 人机交互层

5．3．1 工具条及命令按钮的添加

5．3．2 对话框设置

5．4 轮胎逆向建模系统CAD建模实例

5．4．1 205／55R16轮胎逆向建模

5．4．2 重构模型关键位置误差分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文研究总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况