基于反求工程的快速成型系统制造精度的研究

论文摘要

反求工程(Reverse Engineering，RE)起源于精密测量和质量检验，是一项由设计下游向设计上游反馈信息的技术。本文以自主搭建的反求建模系统为基础对反求工程技术在快速成型系统中的应用、评价等方面进行了初步的探讨。为了制造更复杂的快速成形零件，将辅助分割体概念引入快速成型制件工作中，将复杂零件的整体脱模过程转变为辅助分割体逐步分离的过程。通过对待制造零件的辅助分割体的合理设置保证局部细小部位的顺利脱模，实现了复杂零件的快速成型制造。在认真分析了目前国内已有的商用三坐标轮廓仪机构的基础上，根据实验需求，设计研制了一套三坐标反求建模硬件试验机。整个系统主要包括X—Y—Z三轴联动进给机构，激光测量机构，数据采集存储机构。详细分析了各部分的设计思想和工作原理，完成了设备各个机构的分装和整装，成功实现了待测实物外表面的三维坐标的数据采集。在三坐标反求建模硬件试验机的基础上，开发了一套反求测控绘图建模软件系统。系统包括运动控制，数据采集，数据处理，绘图建模四个部分。详细分析了各部分的设计思想和作用，成功实现了对硬件试验机的运动控制和测量数据的采集处理绘图。软件系统中利用两种方法对快速成型制件精度进行评价：一种是虚拟评价法，一种是真实评价法。在应用实例中利用虚拟评价法对快速成型工件进行了加工代码的虚拟加工，通过虚拟件与原型的叠形对比，颜色差异显示，表面积量化差异比较，实现了对快速成型系统加工工艺的评价。利用真实评价法对一些零件实体进行了反求点云建模，提出了一种统计学处理点云数据的方法，成功的实现了鼠标，散齿轮等零件的点云数据建模。最后通过反求模型与原型的比较对快速成型的制件精度进行了评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 反求工程技术概述
• 1.1.1 国外反求工程发展现状
• 1.1.2 国内反求工程发展现状
• 1.2 反求工程的应用
• 1.3 反求工程中点云数据处理技术的发展现状
• 1.3.1 反求工程过程及前处理
• 1.3.2 点云处理—数据平滑法
• 1.3.3 点云处理—数据精简法
• 1.3.4 点云处理—特征提取法
• 1.4 快速成形的技术概述
• 1.4.1 快速成型技术的原理和特征
• 1.4.2 快速成型技术的分类
• 1.4.3 基于轮廓失效的快速成型方法
• 1.5 应用反求工程对快速成型系统评价的意义
• 1.6 本文的主要研究内容
• 2 引入辅助分割体实现复杂形状零件的快速成型
• 2.1 辅助分割体的原理及实现过程
• 2.1.1 辅助分割体的概念
• 2.1.2 辅助分割体的原理
• 2.1.3 辅助分割体的实现过程
• 2.2 辅助分割体在复杂零件中的应用
• 2.3 辅助分割体的设计思路总结
• 2.3.1 辅助分割体的设计思路
• 2.3.2 利用辅助分割体方法制造的复杂快速成型件
• 3 激光三坐标反求测量系统的机械设计部分
• 3.1 反求测量系统概述及整体设计
• 3.2 机械子系统整体设计
• 3.3 三轴联动机构的设计
• 3.4 激光测量机构
• 3.4.1 三坐标测量机探头
• 3.4.2 激光测量原理
• 3.5 数据采集装置设计
• 3.5.1 USB接口的数采设备的整体介绍
• 3.5.2 USB2002数据采集卡的工作原理
• 2.5.3 USB2002数据采集卡的硬件连接
• 3.6 三坐标反求建模系统机械部分总装
• 4 三坐标反求建模系统软件部分的设计与开发
• 4.1 系统软件部分整体分析
• 4.2 运动控制部分
• 4.2.1 运动控制系统设计
• 4.2.2 DMC3000运动控制卡
• 4.2.3 运动控制部分的软件设计和界面
• 4.3 数据采集部分的软件和界面
• 4.4 数据处理部分的软件设计和界面
• 4.4.1 标准数据格式转录部分
• 4.4.2 数据特征值分线
• 4.4.3 坐标转换与数据压缩
• 4.5 绘图建模部分开发和设计
• 4.5.1 绘图建模技术概述
• 4.5.2 Solidworks二次开发简介
• 4.5.3 绘图建模部分开发思想和流程
• 4.6 三坐标反求建模系统的软件总体界面设计及功能
• 5 反求工程系统的实例分析
• 5.1 虚拟评价法（加工模拟）
• 5.1.1 分层方向选择
• 5.1.2 工艺参数选择
• 5.2 真实评价法（反求点云数据建模）
• 5.2.1 海量点云数据的数学分布规律研究
• 5.2.2 点云数据的统计学处理方法
• 5.2.3 鼠标实例结果与评价
• 5.3 反求工程对快速成型系统制件精度的评价
• 5.3.1 伞齿轮件
• 5.3.2 叶轮件
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢