基于Geomagic Studio的汽车引擎盖的逆向设计

使用逆向工程软件Geomagic Studio对汽车引擎盖进行逆向设计,对点云数据进行精确的处理以及曲面重构,得到汽车引擎盖的曲面模型,最后将曲面模型进行精度分析,与初始点云数据比较.结果表明:这种设计方式可以比较精确地还原实体的各项特征,能够为汽车引擎盖的后续分析和优化设计提供可靠的曲面模型.     

蜻蜓膜翅前缘脉的纳米力学性能

利用激光三维扫描系统测量了黄蜻膜翅样品的几何外形,获取了黄蜻膜翅几何表面的外形数据点群.利用逆向工程软件对黄蜻膜翅点群数据删除跳点、坏点及与研究无关的数据点并进行平滑和精简处理.根据黄蜻膜翅的外形特征,通过框选点群命令,从点群数据中提取其边界曲线,并对曲线进行调整,将调整好的边界曲线两两拼接在一起,形成黄蜻膜翅较完整的边界曲线.采用由点和曲线形成曲面中的混合点群加边界曲线的造型方法,成功进行了黄蜻膜翅外形三维几何曲面模型的重构.     

基于逆向工程的黄蜻膜翅几何数据采集与处理

利用激光三维扫描系统测量了黄蜻膜翅样品的几何外形,获取了黄蜻膜翅几何表面的外形数据点群.利用逆向工程软件对黄蜻膜翅点群数据删除跳点、坏点及与研究无关的数据点并进行平滑和精简处理.根据黄蜻膜翅的外形特征,通过框选点群命令,从点群数据中提取其边界曲线,并对曲线进行调整,将调整好的边界曲线两两拼接在一起,形成黄蜻膜翅较完整的边界曲线.采用由点和曲线形成曲面中的混合点群加边界曲线的造型方法,成功进行了黄蜻膜翅外形三维几何曲面模型的重构.     

基于逆向工程的摇臂杆零件的快速成型

使用专业的三维扫描装置获取摇臂杆零件的点云数据,对点云数据进行精确的处理以及曲面重构,得到摇臂杆零件的曲面模型,最后将曲面模导入3D打印机,完成摇臂杆零件的快速成型制造.结果表明:基于逆向工程与快速成型技术可以比较精确地还原实体的各项特征,能够缩短新产品的研发周期,降低制造成本.     

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。     

基于双目视觉的齿轮曲面重构

工件的曲面重构可以反求工件的表面信息,对工件的重设计和造型改进具有重要的意义。本文以常用零件齿轮为对象,提出了基于双目视觉的曲面重构算法,反求齿轮的三维曲面模型。阐述了图像处理算法,提出了只针对目标区域进行立体匹配的算法,以节省计算量;介绍了三维点云处理算法,包括对图像处理后得到的三维点云进行滤波去噪,并将不同视角下获得的三维点云进行配准,得到完整的齿轮表面信息;最后利用贪婪投影三角化算法重构齿轮的曲面模型。     

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。     

基于点云数据的猪体曲面三维重建与应用

针对动物体型参数人工测量工作量大、精度低、应激大等问题,以120日龄长白猪标本为研究对象,利用逆向工程技术,通过激光三维扫描仪,采用三角测距原理,计算了目标点三维坐标数据,获取了猪体点云数据。通过Polygon Editing Tool Vel.2.40软件,进行点云数据预处理,基于不规则三角网,重构了猪体的三维曲面模型。进而提取了猪体的体长、体宽、臀宽、体高、臀高、胸围、体表面积、体积等体型参数。结果表明:通过激光三维扫描仪,获取了272 021个点数据,重构了猪体三维曲面模型,包含544 042个多边形;对比分析三维模型的体型参数检测值与实测值,其体长、体宽、臀宽、体高、臀高、胸围等体型参数检测最大相对误差仅为0.42%,平均相对误差为0.17%。该方法测算精度高,工作量少,且对猪体无应激,可为猪体质量估测模型提供高精度体尺数据支持,也可为动物体型其他参数获取提供技术参考。     

基于逆向工程技术的蜣螂外形数据采集与处理

采用三维激光扫描系统测量了臭蜣螂几何体表外形,获取了臭蜣螂几何体表外形的数据点云。利用逆向工程软件进行数据点云的平滑处理、精简处理及其多视数据的定位与拼接。使用点云数据网格化、曲面特征抽取与数据分片、曲面分割及直接拟合曲面片的造型方法,成功进行了臭蜣螂体表外形三维几何曲面模型的重构。     

基于CATIA的拖拉机覆盖件逆向设计及有限元分析

针对拖拉机覆盖件曲面复杂、精度及光顺性要求不高、结构强度大的特点,利用CATIA的逆向设计具有的强大曲面设计功能,以某拖拉机轮罩为例,从点云数据预处理、点云数据网格化及分块、曲面重建、曲面品质分析、曲面拼接及模型评价几方面阐述了拖拉机覆盖件逆向设计流程,同时对重建的曲面模型进行了有限元分析。研究结果表明,所构建曲面模型满足了设计精度及光顺性要求,为后续的拖拉机覆盖件模具设计制造提供了理论依据。     

基于数字化技术的多点成形与逆向工程的集成

分析了多点成形技术和逆向工程集成时需要解决的关键技术，包括表面数字化、曲面重构和控制回弹量的方法。用自行研制的激光测量仪实现工件表面数字化，为实例样件的曲面重建和多点成形工件的成形误差检测提供数据源；用基于曲率抽样的拓扑矩形阵列进行NURBS曲面拟合并用多点成形方法成形工件；为了控制工件回弹，用两步配准方法计算成形误差并利用闭环成形修整曲面，最终实现在没有CAD模型而只有实物样件情况下的板类件快速精确成形。与此同时开发了实现相关功能的软件。     

基于点云数据的NURBS曲面重建研究

提出一种基于点云数据的NURBS曲面重建方法,针对数据点的分布不均匀性,进行非均匀B样条曲线控制点的反算,通过累积弦长法构造非均匀节点矢量,保证了曲面的插值精度和曲面重建的质量。     

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。     

高含水率玉米橡胶复合钉齿制备与脱粒性能试验

为降低高含水率果穗脱粒过程中的籽粒破碎率和未脱净率,以满足玉米籽粒直收技术对脱粒装置要求,改进设计了橡胶层与碳钢层复合结构的脱粒钉齿,自制丁腈橡胶、天然橡胶和三元乙丙橡胶作为复合钉齿的外层结构材料,并完成复合钉齿加工。采用台架试验方法研究不同外层材料的复合钉齿对玉米果穗脱粒性能（籽粒破碎率和未脱净率）和自身抗磨损性能（破损损失质量和表层组织磨损）的影响,脱粒试验表明：籽粒含水率范围为29.7%~30.5%、果穗喂入量为8~12kg/s时,丁腈橡胶、天然橡胶及三元乙丙橡胶复合钉齿和传统碳钢钉齿籽粒破碎率分别为4.85%~7.27%、3.77%~6.23%、2.92%~4.88%和6.90%~10.35%,未脱净率分别为0.41%~0.82%、0.35%~0.78%、0.30%~0.69%和0.24%~0.59%。磨损试验表明：由表层组织宏观磨损可见,丁腈橡胶层沟壑痕迹明显,且磨损破坏严重,三元乙丙橡胶层凹坑数量远少于天然橡胶层,两者均未导致破损失效;由SEM表层微观形貌可知,丁腈橡胶层裂纹缺陷数量最多,且组织不连续,天然橡胶层孔洞削弱组织间结合力,且易疲劳失效,三元乙丙橡胶层大部分组织相对完整连续,且具有较强抵抗外力作用。结果表明：在籽粒高含水率时,橡胶复合钉齿能显著提高玉米果穗脱粒性能,其中三元乙丙橡胶复合钉齿的脱粒与自身抗磨损的综合性能最佳,较传统碳钢钉齿籽粒破碎率降低了52.85%~57.68%,未脱净率与传统碳钢钉齿相近,能够满足玉米籽粒收获机脱粒质量评价技术规范要求。     

基于M-估计的线性化稳健配准算法研究

复杂曲面在制造中的广泛应用对曲面配准技术提出了新的要求,特别是不同区域精度存在差异的复杂曲面配准问题日益突出。为了稳健估计思想推广到不同区域精度存在差异的复杂曲面配准,给出了基于M-估计的一种稳健配准算法。该算法利用M-估计子削弱复杂曲面低精度数据对配准结果的影响,但是这一模型目标函数是高度非线性的分段函数,求解效率不高。现有配准方法已能够迅速获得较好初始位置,因此利用Taylor展式线性逼近偏差函数,得到配准问题M-估计的线性化模型,提高了配准模型估计效率。每步迭代利用F-范数最小逼近旋转矩阵。对仿真数据和实测叶片数据进行试验,结果证明,对精度存在差异的复杂曲面所提算法比最近点迭代算法更加合理。     

机采棉清杂系统的钉床式荷电装置与试验

针对机采籽棉清杂工序中荷电效果不佳的现实问题,提出了一种钉床式荷电方法。以MCU为主控制单元,设计了一款钉床式荷电控制系统。在荷电极板面上均匀分布且垂直于极板面的长度为5cm的金属钉,控制器控制静电发生器产生高压静电,通过荷电极板上的金属钉放电,将平铺在极板间的机采棉荷电。试验结果表明:与无金属钉的荷电极板相比,机采棉荷电均匀,荷电速度提高了8%,效果良好。该研究可为机采棉静电清杂应用提供参考。     

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.     

磁吸板式排种器充种性能离散元仿真

论述了一种磁吸板式精密排种器结构及工作原理。以单列排种元件为研究对象,采用颗粒离散元法建立排种器仿真模型,分析了种箱移动速度、永磁体磁吸端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响,得到各因素的最佳组合。仿真结果表明,影响排种器充种性能的主要因素是磁体端面磁场强度,其次是种箱移动速度。仿真及样机性能试验均表明,在永磁体端面磁场强度为150 mT、种箱移动速度为0.08 m/s、充种位置角为110°条件下,排种器均具有较好的充种性能,其单播率仿真值为89.57%,实际试验值达87.93%,仿真与试验结果基本一致,证明离散元法仿真分析磁吸板式排种器的可行性,同时也表明磁吸板式精密排种器可用于小颗粒蔬菜种子的精密播种。     

基于支持向量回归的灰度图像三维形状重构

为实现未知光源的灰度图像高效重构形状,提出一种基于支持向量回归机和粒子群优化算法相结合的灰度图像重构三维表面形状的方法。通过研究和分析灰度重构形状(SFS)问题,基于支持向量回归机理论,构建了物体表面形状与其灰度图像间的非线性映射模型。对未知光照方向的实际图像进行光源方向估计,生成对应光照方向的训练样本以提高任意光照方向下的图像的形状恢复精度。为克服支持向量回归机中各参数选取无依据的不足,引入粒子群优化算法主动对各参数进行飞行寻优,使得回归模型为最优,以提高形状重构精度。最后,通过实例分析验证了所提方法的可行性及有效性。