畢業(yè)設(shè)計論文逆向工程中曲線及曲面的參數(shù)化的設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-25 10:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 法也是不同。輪輞數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到輪輞回轉(zhuǎn)軸線和回轉(zhuǎn)母線；中心孔數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到中心孔直徑；輪輻內(nèi)外輪廓線數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到內(nèi)外回轉(zhuǎn)母線；螺栓孔數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到距中心軸布徑和螺栓孔半徑；風(fēng)孔數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到風(fēng)孔半徑、高度、布徑和方向。點云數(shù)據(jù)的存儲格式為DMIS格式數(shù)據(jù)文件，DataExplor實現(xiàn)對DMIS格式文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提取，將點云數(shù)據(jù)按照測量特征分類，在軟件界面主體將數(shù)據(jù)按照分節(jié)和范圍分類。分節(jié)是三坐標測量儀的編程控制語句，范圍則是某一特征的點云數(shù)據(jù)。這樣分類不僅使數(shù)據(jù)清晰明了，增加了界面的簡介性和友好性，便于用戶進一步操作。： DataExplor的參數(shù)設(shè)置選擇點云測量數(shù)據(jù)特征之后，需要添加識別參數(shù)以便對輪廓線進行圖元識別。： 設(shè)置圖元識別參數(shù)圖元識別參數(shù)可以依精度要求自由設(shè)置，其參數(shù)包括：（1）直線度誤差 直線擬合時的最大誤差。（2）共線誤差 區(qū)分兩相鄰圖元均為直線的最大誤差。（3）同心圓誤差 區(qū)分兩相鄰圖元均為圓弧的最大誤差。（4）圓度誤差 圓弧擬合時的最大誤差。（5）最小圓心角 擬合圓弧時圖元的最小弧度。直線度和圓度誤差作用是在擬合直線和圓弧單獨圖元時進行的誤差分析。共線誤差作用是矯正兩相鄰直線圖元共線與否。同心圓誤差目的是防止一個圓弧被識別成兩個圓心差別不大連續(xù)的圓弧圖元。最小圓心角作用是為了避免圓弧識別精度過高而導(dǎo)致識別圓弧直徑過大，以至于將直線錯誤的識別為圓弧。 由于車輪是回轉(zhuǎn)體零件，如果求解出零件的回轉(zhuǎn)面，那么回轉(zhuǎn)體零件就相應(yīng)的得出。想要求解回轉(zhuǎn)面必須需要知道的參數(shù)是：母線和回轉(zhuǎn)軸?；剞D(zhuǎn)面求解方法主要有兩種：（1）依據(jù)選定數(shù)學(xué)模型近似的擬合成一般自由曲面，如放樣曲面[20]、Bezier曲面[21] 、掃成面[22]或B樣條曲面[2324]等；（2）求解出回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)母線和回轉(zhuǎn)軸，即基于特征重構(gòu)。根據(jù)車輪快速設(shè)計實際情況分析，若使用第一種方法會使車輪零件曲面特征信息失去，第二種方法則可以較好的求解出其特征而不丟失特征，因此采用基于特征重構(gòu)來求解。數(shù)據(jù)優(yōu)化方法眾多，其適用范圍各不相同。本系統(tǒng)采用約束隨機方向法進行數(shù)據(jù)優(yōu)化求解。約束隨機方向法原理簡單、求解直接，它對目標函數(shù)性態(tài)沒有特殊要求。由于可行搜索方向是隨機方向中使目標函數(shù)數(shù)值下降最快的方向，并且搜索步長能夠靈活變動，故搜索效率較高，若有一個良好的初值，那將很快得到最優(yōu)值。由此將優(yōu)化函數(shù)的初始點選擇為經(jīng)過回轉(zhuǎn)軸軸線方向的坐標原點，由于其初始點距離最優(yōu)點很多，利用約束隨機方向法就可以有效的減少迭代次數(shù)，提高了算法的效率。車輪回轉(zhuǎn)軸提取原理，是根據(jù)圓柱體在其端平面上的投影是圓的特性得出的[25]。具體來說就是：將回轉(zhuǎn)面當(dāng)做一圓柱面，其上所有數(shù)據(jù)測量點到該圓柱面距離和是最少的，也就是說，回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸與該圓柱面的中心軸是重合的。讓回轉(zhuǎn)面上的數(shù)據(jù)點全部在端平面上投影，經(jīng)過擬合計算，求解出圓柱面在端平面上的投影圓。如此一來，圓柱面中心軸經(jīng)過投影圓圓心，投影圓半徑就是所要求的圓柱面半徑，端平面的法矢即為中心軸方向。得到回轉(zhuǎn)軸的參數(shù)后回轉(zhuǎn)母線的參數(shù)就能夠較容易得獲得。綜上所述，回轉(zhuǎn)軸的成功提取是求解回轉(zhuǎn)面的關(guān)鍵。想要計算得出回轉(zhuǎn)軸，那首先需要將回轉(zhuǎn)軸矢量求出。其具體方法為：（1）從三條測量線上提取三個點數(shù)據(jù)作為一組，求其三點確定平面的法向量，即回轉(zhuǎn)軸矢量。（2）根據(jù)法向量求解出變換到沿X坐標軸方向的坐標變換矩陣，將其余測量點按該變換矩陣變換坐標。（3）將點云數(shù)據(jù)投影到XOY平面，利用最小二乘法擬合圓，得到回轉(zhuǎn)軸矢量經(jīng)過的圓心坐標、半徑以及擬合誤差。（4）利用隨機方向法優(yōu)化優(yōu)化回轉(zhuǎn)軸矢量和經(jīng)過點坐標?；剞D(zhuǎn)面回轉(zhuǎn)軸的提取算法具體過程如下：（1）設(shè)回轉(zhuǎn)軸矢量為,經(jīng)過的點為,（2）單位矢量化：；；；；（3）任意一點到中心軸的距離為：；則相對位移為：；；；（4）令； 則； （5）求解優(yōu)化函數(shù)。：點云數(shù)據(jù)回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)母線 回轉(zhuǎn)母線數(shù)據(jù)提取方法經(jīng)回轉(zhuǎn)面求解方法，： 輪輻外輪廓回轉(zhuǎn)母線數(shù)據(jù)點云 輪輻內(nèi)輪廓回轉(zhuǎn)母線數(shù)據(jù)點云 輪輞回轉(zhuǎn)面母線數(shù)據(jù)點云車輪零件的輪廓線組成圖元均為直線和圓弧，所以，輪廓線識別主要任務(wù)是擬合直線和圓弧圖元。直線和圓弧的數(shù)學(xué)模型和各圖元之間的各種約束形式比較簡單，結(jié)構(gòu)約束特征為垂直、對稱、相切、平行等，幾何約束包也極為簡單，比如說半徑、長度和坐標等。其擬合方法均為最小二乘法，目標函數(shù)則為代數(shù)距離和最小。識別輪廓線方法主要有：基于遺傳算法的平面輪廓的分割和類型識別[26]；截面特征曲線的特征識別和全局約束優(yōu)化研究[27]；基于曲率差分圖的平面輪廓識別與分段[28]；對直線和圓弧組成的平面曲線的約束重構(gòu)方法的研究[29]。輪廓線識別過程概括說分為數(shù)據(jù)獲取、特征分割和分段數(shù)據(jù)的整體約束逼近三個階段。具體說輪廓線識別是根據(jù)提取出來的母線數(shù)據(jù)，依照圖元識別參數(shù)，尋找各母線拐點，將坐標點分段，每一段均為單獨的直線段或圓弧段特征特征，然后根據(jù)相切、相交等結(jié)構(gòu)約束建立輪廓線幾何模型，最終利用優(yōu)化算法優(yōu)化輪廓線，建立一個最優(yōu)的幾何模型。輪廓線數(shù)據(jù)拐點優(yōu)化拐點識別所有幾何圖元計算幾何約束 輪廓線識別流程，（1）計算出輪廓線拐點。將輪廓線的幾何圖元分割，完成特征分割階段任務(wù)。（2）優(yōu)化拐點。將所求拐點左右各浮動十個數(shù)據(jù)點，依次以該點為拐點，計算擬合誤差，將擬合誤差最小點作為最優(yōu)拐點。（2）根據(jù)找到的最佳圖元分割點，識別每段幾何圖元。相鄰段幾何圖元單獨擬合，相互獨立，求解出各段幾何圖元參數(shù)。（3）求解相鄰兩段幾何圖元間幾何約束?；趫D元Agent的輪廓線識別原理是，輪廓線上每m個數(shù)據(jù)點組成一個圖元Agent，如此輪廓線點列就被劃分為n段連續(xù)圖元Agent，然后計算求解使圖元Agent生長，一增一減，結(jié)果使得一部分圖元Agent的數(shù)據(jù)點增加，另部分慢慢減少至消失，經(jīng)過多次從左到右和從右到左的圖元Agent生長，最終完成識別輪廓線。輪廓線的拐點則是圖元Agent的交點。123456789101112a)789101112561b)78910111251c)710111251d)71051e) 圖元由左至右生長輪廓線各段特征曲線之間約束以連續(xù)性約束為主，圓弧和直線約束主要是滿足G1連續(xù)的相切約束 [3031]，：相切 圓弧與圓弧約束類型c垂直a平行b相交 直線與直線約束類型 相
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