● 摘要
逆向工程的关键是实物原型的准确构建，所以控制重构模型的精度是非常重要的。本文以广泛应用于航空发动机、汽车增压器、汽车液力变矩器中的叶片为主线，对曲面测量与重构过程中的精度控制问题进行研究。在曲面测量方面，首先对曲面数据采集中常用的几种方法进行分析比较。针对广泛应用于生产制造和检测计量中的三坐标测量机，系统地对其误差来源进行分类分析，针对几何误差总结了现存的检测方法，并给出了有利于实现低成本精度升级的误差修正方法。针对叶片类截面数据的获取，分析了截面数据采样密度和采样间距对曲面重构的影响：综合考虑影响截面数据采样间距的各种因素，对截面数据间距的确定方法进行完善；基于CMM着重探讨了影响叶片“截面轮廓数据采样密度”的未知自由曲面测量路径规划问题。在多项式插值法的基础上，通过分析比较多次多项式插值法，尝试采用“四次多项式预测法”实现对未知自由曲面的自动跟踪测量，通过实例仿真验证了本法可同时兼顾预测精度和测绘效率。在数据处理方面，主要从数据补全、数据拼合、数据平滑和数据精简四个方面论述了点云数据的处理方法，重点针对数据拼合和数据滤波两个方面的算法及其精度进行研究与分析。针对数据拼合，考虑“由粗到精”的配准原则，尝试采用一种改进的ICP算法，即以力矩主轴法实现粗配准，以该配准结果作为初始位置，再应用ICP算法实现精配准，该法不仅提高了配准精度，同时也提高了配准效率，最后用实例验证了该算法的有效性；针对数据平滑，考虑通过加入阈值判断，对现有的中值滤波算法和均值滤波算法进行改进，从而弥补了现有算法的不足。在曲面重构方面，首先介绍了目前几种典型的曲面重构方法，分析了它们的基本思想和主要特点，并对该领域今后的研究重点进行展望。基于Imageware软件，对叶片曲面重构精度进行分析，采用三种曲面品质评价方法——反射线法、高光线法、等照度线法对叶片曲面重构品质进行评价。最后，总结并给出了曲面测量与重构过程中控制误差提高精度应遵循的原则。