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直接加工中用分形理论构建三角形网格面片的研究

作　者: 杨磊
导　师: 何雪明
学　校: 江南大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 直接加工散乱点云三角网格分形刀具路径
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 80次
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内容摘要

逆向工程是实现自由曲面零件数字化仿制和改进的一项重要技术,拥有非常广阔的应用前景。在目前的逆向工程中,都要由测量点云经曲面拟合、等距、裁剪等操作进行曲面重构,进而才能在曲面模型上生成数控加工刀位,这类方法中的自由曲面重构过程相当繁琐费时,而且精度难以保证。为了提高逆向工程的精度和效率,越来越多的研究人员致力于研究如何利用测量得到的“点云”数据直接生成数控加工刀位。基于直接加工的思想,着重研究了散乱点云构建三角面片的方法。通过大量零件表面数据的测量,比较自由曲面测量的各种手段,并采用TDV800型激光扫描仪测得典型零件的散乱点云作为研究对象,研究包括数据拼合、滤波、精简及坐标变换等预处理操作;将散乱点云进行等间隔区域分割,同时建立新的链表结构分区存储点云数据。在每个区域内通过邻域法将点云进行压缩并投影至切平面,得到一系列的切平面点集。利用分形方法的自相似原理,找到数据的特征点或者建立特征三角形。通过分形方法的扩展找到下一个三角形的位置,最后在整个点云空间上完成三角网格的构建。同时设计三角面片的存储数据结构并保存输出三角面片。在生成的三角网格基础上,采用三角形面积作为权值的加权平均来计算三角形顶点的法矢,沿法矢方向偏置一个刀头半径,得到偏置三角形网格。对偏置三角形网格采用平行平面截交线法,得到刀位信息,通过后置处理,生成用于数控加工的G代码。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 逆向工程定义及应用  8-9
    1.1.1 逆向工程的定义  8
    1.1.2 逆向工程技术的应用  8-9
  1.2 逆向工程技术的基本步骤  9-10
    1.2.1 数据获取，实现零件的数字化  9
    1.2.2 测量数据预处理  9
    1.2.3 三维模型重构  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-11
  1.4 课题的意义与主要研究内容  11-13
    1.4.1 课题研究的意义  11-12
    1.4.2 课题研究的内容  12-13
第二章散乱点云数据获取及预处理研究  13-23
  2.1 引言  13
  2.2 点云数据获取方法与分类  13-17
    2.2.1 接触式测量  14
    2.2.2 非接触式测量  14-16
    2.2.3 测量数据分类  16-17
  2.3 点云预处理  17-22
    2.3.1 测量数据滤波  17-18
    2.3.2 测量数据精简  18-20
    2.3.3 测量数据的模型变换与几何坐标变换  20-22
    2.3.4 测量数据格式转换  22
  2.4 本章小结  22-23
第三章散乱点云切片及程序设计  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 切片参数的选取  23-27
    3.2.1 切片方向的确定  23-24
    3.2.2 切片厚度  24-26
    3.2.3 切片邻域  26-27
  3.3 程序模块设计  27-35
    3.3.1 切片数据结构设计  27-31
    3.3.2 OpenGL 的特点及其使用方法  31-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章分形理论构建三角形网格的研究  36-49
  4.1 分形概述  36-39
    4.1.1 分形的定义  36
    4.1.2 分形理论的发展过程  36-38
    4.1.3 分形图形的生成方法  38
    4.1.4 迭代函数系统的研究  38-39
  4.2 相邻截面线的三角网格生成  39-46
    4.2.1 三角剖分常见问题  40-41
    4.2.2 分形插值生成三角网格  41-43
    4.2.3 种子三角形分形生成三角网格  43-45
    4.2.4 三角网格优化  45-46
  4.3 程序模块设计  46-48
    4.3.1 STL 语言介绍  46
    4.3.2 三角面片数据结构设计  46-47
    4.3.3 三角网格保存  47-48
    4.3.4 三角面片的法向量计算  48
  4.4 本章小结  48-49
第五章基于三角形网格生成刀位轨迹及后置处理的研究  49-55
  5.1 三角网格生成刀位轨迹  49-51
    5.1.1 三角形顶点坐标的法矢计算  49
    5.1.2 基于刀具半径的三角网格偏置计算  49-50
    5.1.3 刀轨计算方法  50-51
  5.2 五轴加工后置处理  51-53
    5.2.1 数控机床的坐标系统  51-53
    5.2.2 五轴直接加工G 代码生成  53
  5.3 数据结构设计  53-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章全文工作总结和展望  55-57
  6.1 本文工作总结  55
  6.2 展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  61

直接加工中用分形理论构建三角形网格面片的研究

内容摘要

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