基于点的几何模型及其CAD/CAM应用研究

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CAD/CAM技术的发展,大大加速了产品的设计制造进程,是提升制造业竞争力的根本方式。几何模型是CAD/CAM应用的核心和基础,线框模型、曲面模型和实体模型作为CAD/CAM系统中的常规模型,得到了成熟而广泛的应用,满足了大量产品的应用需求。但仍存在一些具有复杂外形的产品,在应用CAD/CAM技术进行具体的产品设计制造时,很难用常规的几何模型表示,或是即使能用常规几何模型表示,也难以进行后续的设计修改和数控编程操作。 随着测量技术的发展,高效高精度地获取物体表面数据成为可能,物体表面点集成为逆向工程应用的前提,点作为描述几何的基本体素,是曲线曲面表达和应用的基础,同时,由点集表示物体几何在计算机图形学领域兴起了研究热潮并得到日益广泛的应用。基于点的几何模型,简称点模型,以物体表面数据点集表示产品几何,并通过对点集的直接操作实现CAD/CAM功能,有常规几何模型所没有的特性,可以应用于CAD/CAM,完成某些产品的高效设计制造。 鞋楦是制鞋的模具,传统的鞋楦生产方式严重制约了我国鞋业的发展,将CAD/CAM技术引入鞋楦的设计与制造,是变革我国制楦业的根本方式。如何有效的表示鞋楦几何,并在此基础上开发适用的设计修改和数控编程功能,是实现鞋楦CAD/CAM的关键。 本文从CAD/CAM应用角度,以基于点的几何模型作为研究对象,对其相关理论、技术与应用进行了系统研究,并在以下方面取得了创新性成果: 1.根据当前CAD/CAM技术和数据测量技术的发展现状和趋势,结合基于点的几何模型在计算机图形学中的研究与应用,首次提出了应用于CAD/CAM的基于点的几何模型。给出了基于点的几何模型的定义及其CAD/CAM应用流程,分析了模型初始数据的获取方式,研究了模型精度的评价方法,根据点模型的结构特征和后续应用特点,将点模型分为非规则化点模型和规则化点模型,分别研究了模型固有的数据结构、几何属性的计算和点的插入与精简等方法。 2.给出了适用于点模型的平移、旋转、比例、等距等几何变换操作;通过变形区域和变形函数思想,实现了点模型的局部修改功能;通过生成点模型八叉树,进而进行空单元模型内外部区分和边界单元模型内外部计算,实现点模型的CSG功能;通过设置过渡区域实现点模型的组合设计。这些CAD方法是点模型应用于CAD/CAM的必要基础。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6页
目录第8-12页
第1章 绪论第12-34页
    1.1 CAD/CAM技术第12-17页
        1.1.1 CAD/ CAM的概念第12-13页
        1.1.2 CAD/ CAM在产品设计制造中的应用第13-15页
        1.1.3 逆向工程技术及其应用第15-17页
    1.2 产品几何模型第17-22页
        1.2.1 产品几何模型的概念第17页
        1.2.2 CAD/ CAM系统中的几何模型第17-19页
        1.2.3 点描述几何的能力第19-22页
    1.3 鞋楦CAD/CAM技术第22-29页
        1.3.1 鞋植及其特点第22-24页
        1.3.2 我国制楦业发展现状第24-25页
        1.3.3 鞋楦CAD/ CAM技术第25-26页
        1.3.4 鞋楦CAD/CAM技术国内外发展及研究现状第26-29页
    1.4 学位论文的研究工作第29-32页
        1.4.1 选题意义第29-30页
        1.4.2 论文研究的主要内容第30-32页
    1.5 小结第32-34页
第2章 基于点的几何模型第34-52页
    2.1 引言第34页
    2.2 基于点的几何模型第34-39页
        2.2.1 定义第35-36页
        2.2.2 应用第36页
        2.2.3 初始数据的获取第36-37页
        2.2.4 模型精度评价第37-39页
    2.3 非规则化点模型第39-46页
        2.3.1 点的K-邻域第40-41页
        2.3.2 切平面和法线第41-43页
        2.3.3 特征点的提取第43-44页
        2.3.4 点的插入和精简第44-46页
    2.4 规则化点模型第46-50页
        2.4.1 模型获取第47-48页
        2.4.2 数据结构第48页
        2.4.3 几何性质第48-49页
        2.4.4 点的插入和精简第49-50页
    2.5 小结第50-52页
第3章 点模型的CAO方法第52-70页
    3.1 引言第52页
    3.2 点模型的几何变换第52-56页
        3.2.1 平移变换第53-54页
        3.2.2 旋转变换第54-55页
        3.2.3 比例变换第55-56页
        3.2.4 等距变换第56页
    3.3 点模型的局部修改第56-61页
        3.3.1 实现思想第56-58页
        3.3.2 变形函数第58-61页
        3.3.3 变形区域的选择和定义第61页
    3.4 点模型的CSG方法第61-65页
        3.4.1 点模型内外部的界定第62-64页
        3.4.2 布尔运算的过程第64-65页
    3.5 点模型的组合设计第65-68页
        3.5.1 组合设计思想第65-66页
        3.5.2 点模型的组合设计第66-67页
        3.5.3 过渡区域的计算第67-68页
    3.6 小结第68-70页
第4章 点模型的CAM方法第70-80页
    4.1 引言第70-71页
    4.2 基于常规CAD模型的CAM方法第71-72页
    4.3 基于点的CAM方法第72-73页
    4.4 规则化点模型参数线加工方法第73-74页
    4.5 点模型刀具轨迹计算方法第74-78页
        4.5.1 算法原理第74-75页
        4.5.2 算法讨论第75-78页
        4.5.3 算法应用第78页
    4.6 加工仿真第78-79页
    4.7 数控加工设备第79页
    4.8 小结第79-80页
第5章 基于点的CAD/CAM系统开发第80-94页
    5.1 引言第80-81页
    5.2 系统实现框架第81-83页
    5.3 系统功能需求第83-85页
    5.4 系统开发方法第85-90页
        5.4.1 从底层做起第86-87页
        5.4.2 基于CAD/ CAM软件平台第87-88页
        5.4.3 基于通用CAD/CAM系统第88-89页
        5.4.4 基于逆向软件第89-90页
    5.5 针对专用产品的系统开发第90-92页
        5.5.1 专用产品的系统应用第90-91页
        5.5.2 系统实现框架第91-92页
    5.6 小结第92-94页
第6章 基于点的鞋楦CAD/CAM技术第94-122页
    6.1 引言第94页
    6.2 基于点的鞋楦几何模型第94-96页
        6.2.1 定义第94-95页
        6.2.2 模型特点第95-96页
    6.3 鞋楦CAD方法第96-107页
        6.3.1 鞋楦CAD设计方式第96-98页
        6.3.2 由实物样楦建立鞋楦模型第98-101页
        6.3.3 组合式设计法第101-106页
        6.3.4 局部修改第106-107页
    6.4 鞋楦CAM方法第107-111页
        6.4.1 鞋楦数控加工方式第107-108页
        6.4.2 鞋楦数控加工刀具轨迹计算第108-110页
        6.4.3 加工仿真第110-111页
    6.5 鞋楦CAD/CAM系统开发第111-121页
        6.5.1 面向对象的鞋楦设计模型第111-112页
        6.5.2 系统模型第112-113页
        6.5.3 系统实现第113-119页
        6.5.4 系统应用第119-121页
    6.6 小结第121-122页
第7章 总结与展望第122-126页
    7.1 总结第122-123页
    7.2 展望第123-126页
参考文献第126-138页
附录第138-142页
致谢第142-143页
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