基于特征线的复杂曲面重构技术

对提取点云数据的边界线、主要线和截面线等特征线进行了研究.提出了基于边特征线的点云数据区域分割技术,研究了特征识别、基于特征建立数据分块间的约束关系,实现了将测量数据分块.根据边界特征拟合曲面,进而完成复杂曲面的建模.最后以摩托车前面板的整个逆向过程为例.阐述基于边特征线曲面构造技术的应用,并凸现出了其在边界特征点云提取,特征线的提取以及在复杂曲面拟合方面的优势,很好地解决了复杂型面间的拟合重构问题.     

基于放样法的NURBS自由曲面设计

在逆向工程中出现了各种不同的参数曲面描述方法，但是在自由曲面设计过程中．最初的型线只是曲面截面的初步构想，而且轮廓也很粗糙。如何使二维平面的型线描述上升到三维物理空间的曲面构造，是需要解决的问题。为此，给出了用NURBS截面曲线构造自由曲面的放样法，重点研究了在放样法中截面曲线的生成方法．该方法适合于平面脊线同时有多条截面线的自由曲面生成。     

面向摘取的番木瓜三维重构与特征参数提取

准确获取番木瓜体表三维几何特征信息是研制番木瓜摘取装备的前提与基础。为此,基于逆向工程技术,以广东台农2号一线黄番木瓜为对象,利用Sense 3D激光扫描仪进行点云数据采集,通过Sense软件对点云数据进行预处理,运用Geomagic Studio软件进行三角网格化点云数据,创建格栅并拟合NURBS曲面,实现番木瓜表面的三维重建。对番木瓜曲面模型进行偏差分析,得到最大偏差距离为正0.08mm和负0.08mm,平均偏差距离为0.004mm,标准偏差为0.015mm,表明重构曲面模型满足摘取装置设计精度要求。应用Pro/E软件对岭南和台农2号番木瓜进行三维重构和外形特征参数测量,结果表明:两个品种番木瓜外形和尺寸都具有较好一致性,岭南品种外形为粗短型,台农2号外形为细长型;岭南番木瓜抓取直径大于86.02mm,抓取点距离末端执行机构高度大于89.1mm;台农2号番木瓜抓取直径大于89.07mm,抓取点距离末端执行机构高度大于73.41mm。提取的特征参数为番木瓜采摘末端执行机构提供了设计依据。     

摇臂式喷头内流道曲面的逆向重构研究

用线切割机床将雨鸟30IBH摇臂式喷头内流道切割成a,b两部分,使三维光学扫描仪的投影光束能够到达其表面进行多视扫描,获取不同视角下流道a,b的点云数据。去除多视点云中的噪点后,用三点法拼接多视点云,得到流道a,b的点云数据;再将流道a,b的点云数据拼接成喷头内流道的点云数据;采用弦偏差采样法将点云数据精简后,用基于边的方法把点云分割成喷管和小喷嘴两部分,选择非均匀有理B样条(NURBS)模型分别按照点-线-面的顺序进行曲面重构。曲面重构的精度分析结果表明,最大几何误差为0.292 9mm,平均几何误差为0.076 2mm,满足预期的精度要求,实现了摇臂式喷头的内流道曲面重构。     

形位公差的标注和形状公差(下)

5．线轮廓度。实际轮廓线对理想轮廓线所允许的变动量．称为线轮廓度公差。它用于限制平面曲线和曲面的截面轮廓线的形状误差。6．面轮廓度。实际曲面对理想曲面所允许的变动量称为面轮廓度公差。它用于限制空间曲面的形状误差。空间曲面包括平面、圆柱面和圆锥面以外的曲面。下表是几种典型形状公差及公差带的示例和说明。     

鼹鼠爪趾几何结构量化特征分

土壤洞穴动物鼹鼠具有极高的挖掘效率,前足爪趾是其主要挖掘器官.分析了鼹鼠中重要种属--麝鼹(Scaptochirus moschatus)具有优良挖掘功能的前足爪趾的几何结构特征,重点分析了前足爪趾触土面的几何结构.利用体视显微镜观察分析前足爪趾的宏观几何结构,通过逆向工程技术获取爪趾三维数据点云进行特征曲线量化分析,求得前足爪趾特征轮廓线的曲率及二阶导数的变化规律:鼹鼠爪趾纵向轮廓曲率变化较小,爪趾纵向表面平顺,保证了挖掘出的洞道内壁的平整;横向轮廓曲线曲率变化较大,且横向轮廓线尖端弯曲小,中后端弯曲大,这种结构使爪趾更易入土和扩洞.     

基于NURBS自由曲面重构的精度分析

通过对NURBS曲面重构技术的理论分析和实验研究,得知自由曲面的控制点数量对曲面重构精度有很大影响。在一定曲率半径时,适当增加控制点数量能减少曲面拟合误差,并使所重构的自由曲面更加光顺;而在相同控制点的情况下,曲率半径越小则精度越高,并用具体实例进行了验证。     

挖掘机仿生斗齿土壤切削试验与减阻机理研究

模仿蝼蛄爪趾形态设计了挖掘机斗齿.使用多项式拟合方法对爪趾的侧面轮廓线进行拟合,利用快速成型设备制造仿生斗齿样件.通过土壤切削试验,测定了仿生斗齿和JL80斗齿试样的土壤切削阻力.试验结果显示,仿生斗齿切削时受到的土壤阻力较原形斗齿降低约11％.分析表明,仿生斗齿易形成“自刃尖”,保持斗齿整体切削性能,且可在不改变挖掘机设计与工况的条件下,减小切削角,实现减阻.     

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明：该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.     

液力变矩器导轮叶片曲面构造及其外特性仿真

为实现液力变矩器导轮叶片曲面的高精度构造,提出了一种精度可以调节的叶片曲面拟合算法。应用三坐标测量机获得叶片表面的数据,应用插值型二阶混合有理Bézier曲面拟合其表面。根据叶片的前后表面和侧面间拼接时具有共同边界和在边界上一阶导数连续等边界条件,实现两曲面的光滑连接。采用混合平面理论对由该算法构造的导轮装配的液力变矩器进行外特性仿真。结果表明,该叶片曲面构造算法可以通过调节权因子实现拟合精度的调节,从而可以调节液力变矩器外特性与理论值趋同,可以作为液力变矩器导轮叶片设计的新方法。     

基于逆向工程技术曲面零件设计研究

本文基于逆向工程技术对卡扣产品设计进行了研究,首先采用LSH800线激光扫描测量仪对卡扣进行了点云数据采集,然后利用Imageware软件对点云进行简化处理并对点云进行多边形网格着色处理,在此基础上,基于曲面造型工具对零件的四个部分分别进行曲面拟合和裁剪得到卡扣曲面造型。误差评估表明最大误差为0.108 mm,满足产品设计需求。     

逆向工程对勺轮式排种器的三维模型优化

针对目前精量播种中排种机构设计周期长等问题,以勺轮式排种器为研究对象,提出一种优化改进中三维模型重构的方法。应用光学三维扫描仪对勺轮式排种器的外形点云数据进行采集,通过Geomagic Studio软件对采集的勺轮式排种器外形点云数据进行处理,得到勺轮式排种器外形的NURBS曲面,将其导入UG软件中对其进行三维模型重构,最终得到该排种器的三维模型,生成的模型与实物之间的最大偏差为0.031mm,为后期优化改进提供方便。通过实践发现,相对于传统设计方法,逆向工程可以高效完成复杂曲面零件的逆向设计,缩短产品开发周期。     

基于包络面构建的等残留高度刀具路径规划

提出一种基于包络面构建技术的等残留高度刀具路径规划方法。在计算过程中,首先分别以残留高度值和刀具半径值为等距距离将被加工曲面进行等距,得到残留曲面和刀具中心曲面。然后以前一行刀具路径为引导线,构建截面半径等于刀具半径的包络面,通过包络面与残留曲面之间的求交计算,得到残留曲线;以残留曲线为引导线,再次构建包络面,包络面与刀具中心曲面之间的交线即为当前刀具路径行。依次递推,求出所有刀具路径行。最后针对可能出现的欠切问题,给出边界处理方法。通过实例验证了算法的可行性,并与现有算法进行比较,表明应用该方法生成三坐标自由曲面加工的刀具路径,可在保证加工精度的前提下,大大提高加工效率。     

基于包络面构建的等残留高度刀具路径规划

提出一种基于包络面构建技术的等残留高度刀具路径规划方法.在计算过程中,首先分别以残留高度值和刀具半径值为等距距离将被加工曲面进行等距,得到残留曲面和刀具中心曲面.然后以前一行刀具路径为引导线,构建截面半径等于刀具半径的包络面,通过包络面与残留曲面之间的求交计算,得到残留曲线;以残留曲线为引导线,再次构建包络面,包络面与刀具中心曲面之间的交线即为当前刀具路径行.依次递推,求出所有刀具路径行.最后针对可能出现的欠切问题,给出边界处理方法.通过实例验证了算法的可行性,并与现有算法进行比较,表明应用该方法生成三坐标自由曲面加工的刀具路径,可在保证加工精度的前提下,大大提高加工效率.     

基于3D打印的仿生深松铲尖设计

3D打印技术是如今最具前沿性和发展性的一项新型制造技术,仿生学是一门模拟生物优异性能并应用到人类科技生产的设计科学,逆向工程是目前新兴的一种建模方式,可对复杂曲面进行优化设计。本文通过3D扫描对生物獾前肢爪的指甲进行扫描,获取到点云数据,然后通过CATIA V5对点云数据进行处理,通过曲线重建、曲线光顺、曲面重构等一系列操作逆向重构出光滑连续的曲面,通过修整处理设计出深松铲的铲尖,最终与铲柄装配出一柄完整的深松铲。本文将3D打印、仿生学设计和逆向工程建模结合,从一个创新的角度来设计优化深松铲的性能。     

一种汽车车身曲面数据点云的分块方法

在测量数据点云重构车身曲面过程中,由于车身曲面复杂多变,难以直接拟合,需要对点云数据进行区域分割,分片处理。文中结合车身曲面造型特点,将一种点云分割的算法-基于平面度的直接分割方法应用于车身曲面重建中,可实现不同性质的曲面片分块。最后给出了不同的分割实例,证明了该方法的有效性。     

空间机构连杆的运动分析

建立了空间连杆机构的分析模型,利用矢量回转法确定了空间机构连杆上沿任一直线作匀速运动的动点轨迹矢量方程,即动点轨迹方程,并进一步地对矢量方程进行微分求出动点在任一瞬时时刻的速度和加速度;建立了空问机构连杆上任一直线的轨迹曲面方程,即连杆曲面方程;再应用MATLAB函数绘制了空间机构连杆上任一直线上动点的轨迹曲线、速度和加速度图以及连杆曲面图,为空间机构研究和机器人设计提供了理论基础.     

基于逆向工程的柴油机排气道造型研究

介绍了柴油机排气道的逆向造型过程,通过激光扫描仪的非接触测量获取零件表面的云状数据,并由测量数据逐步生成扫描曲线,型值曲线,通过曲面拟合形成光滑自由曲面,最终实现零件的重构。     

基于UG的车身过渡曲面构建

车身设计是汽车开发的关键步骤,采取适合的车身过渡曲面的构建方法,对高效率高质量的完成车身开发具有十分重要的意义。本文研究了基本曲面理论交线在过渡曲面创建中的重要作用;以UG命令为基础研究各种过渡曲面的构建方法的优劣,给出了构建过渡曲面的合适方法;最后给出构建过渡曲面的原则,使得构建的过渡曲面之间、过渡曲面与基本曲面之间有合乎要求的连续性。     

拖拉机发动机气道自由曲面的反求技术

介绍了反求技术中几种常用数据采集方法的特点及其应用范围;针对自由曲面技术和曲线拟合算法,提出了自由曲面的重构方法;通过对拖拉机发动机气道的自由曲面的反求,重构出了该零件的整个曲面。