反求工程中产品三维模型重建技术及应用研究

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1、浙江大学博士学位论文反求工程中产品三维模型重建技术及应用研究姓名：金涛申请学位级别：博士专业：化工过程机械指导教师：童水光;汪希萱2000.6.1浙江大学博士学位论文摘要反求工程技术是进行产品设计、开发和创新的先进制造技术，其中产品外形表面的数字化和几何模型重建是反求工程的两项关键技术。本文研究以与浙江黄燕模具集团和浙江兰华塑料模具厂的协作项目“摩托车外形塑件模具反求设计制造”为背景，围绕数据测量、处理、计算机辅助几何造型等几个方面，归纳、总结了国内外研究现状和存在问题，在此基础上研究了产品反求工程的关键技术。／，在数据处理中，研究了异常数据的剔除、数据平滑处

2、理以及测量数据参数化方法；提出了基于测量基准点的多视数据重定位方法，通过三个基准点构建正交坐标系，来计算坐标变换的旋转矩阵和平移矩阵实现数据对齐，并针对测量误差，提出了改进算法：根据CAD／CAM系统的通用数据转换格式——IGEs格式，设计了CMM数据的转换程序，可以将数据自动转换为IGES格式和Pro／Engineer系统的ibl数据文件格式；根据被测曲面表面的法矢关系，提出了空间曲面的三维测量球头半径补偿方法。在几何模型重建中，研究了基于点和基于网格的曲面造型方法，根据曲面片的表面法矢及曲率的变化，在测量和造型过程中交互识别产品的几何特征和约束关系，进行数

3、据分割；因为大多数机械零件产品都是按一定特征设计制造的，同时特征之间还具有确定的几何约束关系，一个产品零件的设计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。因此，在产品的模型重建过程中，一个重要的目标即是还原这些特征以及它们之间的约束。本文提出了基于几何特征和约束的产品模型重建方法，通过建立平面、二次曲面的特征参数及约束关系的数学模型，最后计算满足几何约束下的表面最小二乘拟合解。对称性是对称设计产品的一个重要属性，保证反求产品的对称性是反求建模的关键，本文提出了对称面的识别和建立方法，首先拟合对称产品的边界轮廓曲

4、线，基于水平时，轮廓曲线向垂直平面投影所围面积或点到投影曲线的距离应为最小的判据，建立水平和垂直平面，然后再根据最,b-乘法，求出点到对称镜像曲线的距离的平方和为最小的镜像平面，即为产品的中心对称面。浙江大学博士学位论文从提高产品造型精度的出发，研究了反求工程中误差的来源、分类，提出了误差控制的策略，提出了模型精度的评价依据及量化指标。最后，选择GRADE和Pro／Engineer软件平台，采用以上理论研究成果和技术，进行了某一型号的摩托车外形塑件的反求设计造型实践，检验了理论技术方法的有效性和实用性。采用反求设计技术，减少了模具误差和人工修模，使摩托车塑件产

5、品的开发周期大大提高。y、／．关键词：反求工程计算机辅助几何设计曲面拟合基于特征几何约束数据测量数据对齐摩托车＼／7、／7II浙江大学博士学位论文ABSTRACTReverseengineeringtechnologyisaburgeoningadvancedmanut'acturingtechnologywhichisusedtOdesignandexploitnewproducts，inwhichshapedataacquiredandgeometricmodelreconstructedaretWOkeytechnology．Ourresearchbac

6、kgroundis“motorcycleshapemouldbasedonreverseengineeringtechnology”．ItistheiointtaskofHuangyanMouldGroupIncandLanHuaPlasticMouldPlant．Inthispaper，ourstudyconcentrateonshapedatameasured，preprocess，transform，andcomputeraidedgeometricdesign，theauthormaketheresearchtOsomecuITentproblemin

7、reverseengineeringtechnologybasedonconcludeandreviewpreviouswork．Theresearchworkinvolvestwoparts，thedataacquiringandthemodelreconstruction．Theformerpartincludesthemeasureddatapointsprocessing，singularpointselimination，datasmoothedandparanaetrizationmethods．Inthispapertheauthorpropos

8、eamethodofdealingwi