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原文传递基于结构光测量的自由曲面重构技术及其应用

论文题名：	基于结构光测量的自由曲面重构技术及其应用
关键词：	逆向工程;汽车模具;模具设计;模具改型;曲面重构
摘要：	伴随着CAD/CAM/CAE技术在汽车制造业的应用和推广，世界汽车工业得以迅速发展。近些年，我国汽车工业经过与国外著名汽车设计和制造公司的合作与交流，设计和制造能力都得到了较大发展。但其中有些关键技术尚未完全掌握，与国际先进水平有一定差距，汽车模具的设计和制造就是其中之一。如何借鉴国外先进设计制造业技术，加快传统设备的改造升级，提高我国制造业的整体水平，是摆在我们面前的一个重要课题。逆向工程(反求工程)设计作为一种新兴的设计方法和手段，在汽车模具设计和改型方面正发挥着越来越重要的作用。基于逆向工程产品设计的重点在于如何准确再现原始物体表面的拓扑结构并在此基础上构造出精确的曲面模型，本文对曲面反求造型中的几个关键技术—数据获取技术、数据处理技术、曲面重构技术进行了详细的探讨，并根据基于逆向工程的轿车模具易磨损件曲面建模特点，提出了一些一些想法和算法。具体包括： 1.介绍了目前国内外先进的表面数据获取技术与方法，并对各种方法作了详细的比较，得出各自的优缺点和适用范围。结合轿车模具易磨损件的特点，推荐使用非接触式扫描仪对自由曲面进行表面数字化，并详细介绍了当今最先进的非接触式扫描仪－德国GOM公司的ATOS三维测量仪的工作原理和操作步骤。 2.对测量数据点云的预处理技术：筛选、优化、精简等，进行了研究。改进了逐点剔除噪声点算法，大大减少了计算量，提高了效率。针对非接触式光学扫描仪得到的点云中往往存在孔洞的问题，本文提出了一种新的孔洞光滑填充算法，给出了数据优化数学模型的详细推导过程，较好地解决了散乱点云数据中孔洞光滑填充问题。并通过实例证明，由于避免了使用参数曲面对散乱数据点云进行插补，该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云。 3.根据轿车模具易磨损件外形特点，选择了NURBS理论作为曲线曲面重建的理论基础，讨论了NURBS曲线曲面的优缺点，给出NURBS曲线和曲面的数学描述；给出本系统中曲线和曲面造型的数据结构；结合轿车模具易磨损件外形的特点和工程实践给出了逆向工程中应用NURBS曲线曲面插值方法构造曲线曲面的一般步骤，对提高重构曲面精度做了有益探索。 4.研究了复杂曲面重构误差的计算方法。在已知数学模型的条件下，针对复杂重构曲面和CAD模型之间误差精确量化问题，提出了有效的计算算法。并通过实例证明，利用该算法进行重构曲面误差分析，稳定、可靠、效果良好。 5.以NURBS理论为数学模型，采用MFC和OpenGL结合的三维图形开发技术，构造了针对轿车模具易磨损件曲面造型系统的软件程序结构，给出了基本功能模块的部分数据结构和部分实现代码。给出了在OpenGL下实现曲线曲面的VisualC++程序及编程思路，介绍了OpenGL的视景体设置及三维模型绘制和一系列转换，包括视点变换、模型变换、投影变换、视口变换等具体实现。
作者：	姜振春
专业：	机械制造及其自动化
导师：	鞠鲁粤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文