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《浙江大学》 2003年
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逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究

鞠华  
【摘要】: 在产品开发及制造过程中,计算机辅助技术已被应用得相当广泛。新型计算机辅助技术的发展使得CAD/CAM无缝制造技术得以实现。由于在许多情况下设计者和制造者面对的是实物样件,需要将实物模型转化为CAD模型。因而产品信息模型是实现无缝制造技术的关键。与这种以实物模型为依据生成数据信息模型相关的技术,已发展为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴,即逆向工程(Reverse Engineering)。在机械领域中,逆向工程(Reverse Engineering)是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件的模型(产品原型或油泥模型),利用各种数字化技术及CAD技术重新构造CAD模型而克隆或创造实物产品的过程。在与制造业密切相关的航空航天、汽车、造船及模具等工业领域,未来追求对产品功能和外形等方面的日益严格的要求,这使得自由曲面零件在现代工业中得到了越来越广泛的应用。其加工质量和生产周期对提高产品的性能和市场的响应速度起着关键作用。本文结合浙江省科技计划重点项目“多传感器集成的智能化柔性测量、加工一体化装备研制”和浙江省先进制造技术重点实验室建设项目“三坐标数控曲面测量系统”,以自由曲面为研究对象,以获取自由曲面精确数据信息模型为目标,在传统数控铣床上研制开发基于运动控制卡的开放式数控非接触式激光测量系统,同时对逆向工程中的关键技术——自由曲面非接触式测量规划、测点数据的处理、误差补偿等技术进行研究,以有效地实现自由曲面的零件设计与制造的集成,实现制造过程的集成化、智能化、低成本。 论文首先分析了逆向工程技术在先进制造技术领域发展的必然和它的概念,通过分析逆向工程的应用领域、国内外发展现状,归纳出逆向工程的特点和研究热点,进而提出本论文选题的依据,概述了本论文的主要研究内容和论文结构。在分析开放式数控系统的基础上,提出“PC+运动控制卡”的开放式数控非接触式激光测量系统的体系结构。分别分析IPC与两种运动控制卡,包括PMAC和GT-400-SV集成的工作原理。给出系统的总体框架构成和激光非接触测头的数据采集原理。对数控非接触式激光测量系统的软件构成进行分析,然后给出基于开发的激光测量系统进行逆向工程关键技术研究的总体研究框架。 在截面线法测量的基础上,对阶梯式跟踪法、直线式跟踪法和仿形式跟踪法进行分析比较。基于三次参数样条曲线的性质,在有界曲率的平面曲线的有界性的基础上,提出通过圆弧外延点位控制测头自动跟踪曲面,即后续测量点根据已测前三点求得的圆弧曲率沿切线方向或曲率外延来进行预测,并根据测点矢量来估测保证数字化几何信息的充分性。并通过给定理论B样条曲线,对该算法进行仿真,验证该算法的有效性。 对逆向工程技术的第二步数据点的处理进行研究。首先剔除粗大误差,然后 浙弓工大理六节攀士学七忆论文 对测点数据进行滤波处理,再对大规模数据点进行压缩。在分析各种数据压缩算 法的基础上,针对激光非接触测量设备提出一种基于直线度和距离偏差相结合的 自适应数据压缩算法,通过实例对算法进行分析与比较。 在分析激光三角测量的原理的基础上,建立激光测头的仿真模型,研究影响 激光测量精度的影响因素。然后,设计实验,分别分析待测物体的表面特征,包 括表面粗糙度、颜色、材料和表面倾角等对测量精度的影响。最后,对实验数据 进行误差分析,首次提出误差表征法对测量数据进行补偿修正。 针对逆向工程中曲面部分破损、不完整,或者由在逆向工程过程中因测量方 法和测量设备的局限而造成的阻塞和可及性问题使获取的数据信息不完整,提出 了采用神经网络实现逆向工程中数据修补的方法。通过BP反向传播算法分析了神 经网络在数据修补等几何造型方面的应用可能以及存在的问题。根据径向基网络 学习速度快、避免了局部极小值的优点,建立了径向基神经网络模型,通过仿真 实验分析径向基网络模型在数据拟合中应用的有效性。 基于开发的激光测量系统对前面各章理论进行实验研究。研究了表面轮廓边 界的确定。并对从数据点到曲面重建再生成加工路径和从数据点直接生成数控加 工路径通过实例进行了分析。 最后对本文的研究内容和主要工作进行了总结,并展望了下一步的研究方向。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP391.7

【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张瑞;李建华;;逆向工程的关键技术及其最新发展[A];先进制造技术高层论坛暨第六届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐立军;曲面数字化磁力研磨加工技术基础研究[D];浙江大学;2004年
2 李志;基于激光扫描的三维机器视觉系统研究[D];吉林大学;2007年
3 汲文峰;鼹鼠爪趾几何特征与切土功能分析[D];吉林大学;2007年
4 钟春华;基于3D扫描的质量检测与应用[D];南昌大学;2006年
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7 祝建礼;多自由度检测机器人控制系统开发与位姿误差补偿[D];浙江大学;2007年
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9 周鹏;潜土逆转旋耕刀的重构及抛土虚拟试验[D];江苏大学;2007年
10 郭勤静;逆向工程关键技术研究及误差因素分析[D];昆明理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 黄梅珍;位置敏感探测器的研究[D];浙江大学;2001年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 赵健,郑文涛,叶洪,周庆;华南沿海潜在震源区划分——运用MATLAB径向基概率神经网络工具箱求解[J];北京大学学报(自然科学版);2005年06期
10 韩景芸,褚国民,李彦生,费仁元,吕培军,王勇,叶少友;逆向工程在义齿修复中的应用[J];北京工业大学学报;2002年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 张金生;王仕成;徐萍;陈昌伟;韩连洋;;激光制导武器仿真漫反射屏系统研制及竖直标定[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
4 杨叔子;熊有伦;管在林;杨文玉;;信息时代和网络条件下的制造业发展及其前景[A];新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集[C];2001年
5 周祖德;李刚炎;;数字制造现状与发展[A];新世纪科技与湖北经济发展——2001首届湖北科技论坛论文集[C];2001年
6 万立;;制造业数字化设计与制造[A];现代科技与湖北新型工业化——第二届湖北科技论坛优秀论文集[C];2003年
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8 赵韩;陈科;;基于神经网络的齿轮传动链传动比的优化设计研究[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
9 武杰;赵转萍;;机器视党技术在几何量测量中的应用[A];江苏省计量测试学会2006年论文集[C];2006年
10 袁冬莉;闫建国;张洪才;;RBF神经网络在预测支持中的应用[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王伏林;数字化齿面展成加工及误差补偿研究[D];华中科技大学;2005年
2 田怀文;机械零件反求建模关键技术研究[D];西南交通大学;2005年
3 刘胜兰;逆向工程中自由曲面与规则曲面重建关键技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
4 吴敏;基于约束和特征的结构类零件实体模型重建关键技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
5 孙玉文;面向快速原型制造的反求工程关键技术研究[D];大连理工大学;2000年
6 张向军;内燃机摩擦学设计的设计方法研究——智能设计知识模型的应用与拓展研究[D];合肥工业大学;2000年
7 费广正;三维复杂模型快速简化及交互方法的研究[D];中国科学院软件研究所;2001年
8 张乐乐;基于样条有限条法的辊弯成型过程可视化仿真研究[D];燕山大学;2001年
9 常歌;基于遥感数据的城市景观建模技术研究与实践[D];解放军信息工程大学;2001年
10 秦绪佳;医学图象三维重建及可视化技术研究[D];大连理工大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 秦海田;基于图像的建筑虚拟场景构建技术[D];重庆大学;2002年
2 胡绍永;基于LOD技术的空间数据多尺度表达[D];武汉大学;2004年
3 杨新文;三维地形生成及简化技术研究[D];武汉大学;2004年
4 吴萍;方、圆管两用五轴数控切割机控制系统开发[D];武汉大学;2005年
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8 周建强;反求技术在模具设计与制造中的应用研究[D];浙江工业大学;2005年
9 石岚;高速铣削立铣刀的有限元分析[D];广东工业大学;2005年
10 廖敬青;面向远程故障诊断的实时数据服务系统研究[D];广东工业大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘淑霞,高学山,沈为民,徐殿国,王炎;新型壁面清洗机器人的控制系统[J];高技术通讯;2000年09期
2 潘焕焕,赵言正,刘淑良,徐殿国,王炎;多功能履带式磁吸附爬壁机器人的姿态控制研究[J];哈尔滨工业大学学报;2000年02期
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5 张劲夫;张毅;和兴锁;;计入材料阻尼的平面柔性连杆机器人的动力学建模和计算[J];机械传动;2006年05期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 郭明涛;李文元;龚福春;;室内定位方法分析[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
2 吴晓峰;;室内GPS测量系统及其在飞机装配中应用[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金刚;三维扫描仪中三维信息获取理论与技术研究[D];华中科技大学;2002年
2 孙玉文;面向快速原型制造的反求工程关键技术研究[D];大连理工大学;2000年
3 李卫国;逆向工程中的曲面重构技术研究及基于Web的应用系统开发[D];南京航空航天大学;2001年
4 李维诗;基于医学断层轮廓数据的反求CAD建模理论与方法研究[D];浙江大学;2002年
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7 鲍晓宇;相控阵超声检测系统及其关键技术的研究[D];清华大学;2003年
8 刘胜兰;逆向工程中自由曲面与规则曲面重建关键技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
9 季田;天线罩内廓形精密测量与修磨工艺技术研究[D];大连理工大学;2004年
10 吴世雄;逆向工程中多传感器集成的智能化测量研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张栋;足式爬壁机器人设计及底层控制系统[D];中国科学技术大学;2006年
2 吴大中;五轴联动数控加工非线性误差控制及后置处理[D];上海交通大学;2007年
3 赵才军;机器人工作空间及关节运动可靠性规划[D];南京理工大学;2003年
4 张小江;机器人仿真研究及运动学动力学分析[D];吉林大学;2006年
5 潘小林;三维曲面匹配技术研究[D];南京航空航天大学;2004年
6 张嫔;逆向工程中散乱数据处理与模型重建技术研究[D];浙江大学;2006年
7 徐荣礼;逆向工程中散乱点云数据处理关键技术研究[D];江南大学;2006年
8 尹丹;古建筑三维重建中的深度图像配准技术研究与应用[D];西北大学;2008年
9 季劲松;逆向工程中三坐标测量数据处理的研究及系统开发[D];浙江大学;2002年
10 吴玉梅;CAD/CAM与CMM系统集成方法的研究[D];西安理工大学;2002年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵彦如;蜻蜓膜翅结构特征和纳米力学行为及仿生分析[D];吉林大学;2007年
2 张伏;淀粉/玉米秸秆纤维复合材料的制备及仿生层构板材[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 高聚琼;鲤鱼鳞片表面特性和泥鳅体表粘液润滑性能[D];吉林大学;2006年
2 张军强;基于PC的超声磁力复合研磨控制系统研究[D];吉林大学;2007年
3 何丽鹏;基于DNC的超声与磁力复合研磨的控制系统的研究[D];吉林大学;2007年
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6 祝建礼;多自由度检测机器人控制系统开发与位姿误差补偿[D];浙江大学;2007年
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8 孟利;粘结磁性磨料制备工艺及其研磨性能研究[D];广东工业大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 李春;刘书桂;;三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 赵丽;复杂自由曲面数控规划及其数据管理技术研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 兰诗涛;自由曲面接触式测量方法研究与原型系统研制[D];浙江大学;2004年
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5 郭上峰;自由曲面分片研抛与专家系统研究[D];吉林大学;2006年
6 祝恒阳;自由曲面非接触在线检测技术研究[D];燕山大学;2004年
7 李卉;螺旋曲面廓形的在线测量技术研究[D];沈阳工业大学;2005年
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10 郭辰;多功能数控铣床几何误差补偿技术的研究[D];沈阳工业大学;2005年
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