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面向快速原型制造的反求工程关键技术研究

孙玉文  
【摘要】: 快速原型制造(RP&M)是当代制造业的新兴技术,属前沿课题。反求 工程与快速原型制造结合,将从根本上改变传统的产品设计、制造模式。 但是,当前的反求技术还无法达到与快速制造技术的匹配。本文在探讨了 面向RP&M的反求工程的科学体系与框架的基础上,从数据预处理、网格 划分、光滑曲面构造、STL文件信息处理等方面进行了系统、深入地研究, 以期实现RE/RP&M的有机集成,从而提高快速产品开发的能力。 首先,根据RP技术中STL文件的特点,有针对性地提出了离散数据的 预处理和网格划分的具体方法。基于神经网络的数据修补,自动数据分块、 以及自适应卡尔曼滤波等多种技术手段的使用,解决了当前在数据预处理 方面存在的难点问题。云状数据的基于物理的网格划分和选点三角剖分等 方法的提出,进一步丰富和发展了网格划分的内容,显著地提高了网格的 生成质量。 其次,以现代微分几何学为工具,系统研究了光滑曲面的C~1和G~1构造 方法:指出了初始网格的细分标准,并就此给出了均匀细分和选择性细分 两种方式;指明了细分中细分数与反求容差的量化关系,提高了细分的科 学性和合理性;运用优化理论,提出了曲面质量迭代提高以达到准C~2连续 曲面的方法,极大地改善了曲面的光顺效果。 此外,通过对现有的多分辨率造型方法的分析,首次在反求工程中引 入同心超面、星形邻域等概念,并提出了一种基于局部拓扑结构识别的网 格简化新算法。这不仅有效地消除了网格模型中存在大量的冗余网格,减 少了STL文件的长度,也使RP&M中的造型显示、支撑添加、切片等后续 处理更为方便、快捷。 最后,对反求技术和快速原型技术的集成问题进行了深入研究;指出 了表面模型用于RP&M中存在的问题;给出了STL文件拓扑重建的方法和 数据结构;讨论了STL文件的错误校验和修复技术;在此基础上,进行了 快速成型机的接口文件生成和实体成型加工实验,验证了本文所提技术路 线的正确性和科学性,为实现RE/RPM的一体化起到了积极地推动作用。


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