基于逆向工程的石材艺术制品数控加工与检测

发布时间：2017-08-01 00:22

  本文关键词：基于逆向工程的石材艺术制品数控加工与检测

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【摘要】：近年来,随着国内建筑装潢业和数控加工技术的飞速发展,市场对制造精美的石材装饰品需求大增,这促进了石材数字化设计及加工工艺的快速升级。石材艺术制品属于宽公差的复杂曲面产品,其设计制造中相对弱化其尺寸精度强化美学品质;模型大多包含大量外形十分复杂的自由曲面,且表面曲率变化剧烈,制造材料属硬脆材料,无论是数字化设计、加工还是检测等,都有一定的难度。本文针对石材艺术制品的上述特点,将逆向工程技术应用于立体石材艺术制品的设计、制造及检测当中,旨在解决传统石材艺术制品CAD/CAM/CAI的难题。通过运用逆向工程技术解决了传统石材艺术品数字化设计难以实现,设计人员劳动强度大、速度慢等问题。介绍了噪声点的去除、数据简化、多视点云对齐等逆向工程中的数据预处理技术。通过实际案例介绍了石材艺术制品数据采集流程和策略,分析了数据采集过程中产生误差的原因。利用Geomagic Studio实现了石材工艺品实物模型的曲面重构,并对重构模型进行了误差评价,分析了误差来源。通过实验案例实现了从数字化测量、三维模型创建到刀具轨迹生成再到虚拟加工的一体化过程。针对石材工艺制品的硬脆属性和特点以及加工装备的特点,研究了基于HTM50200异型石材车铣加工中心的立体石材制品多轴铣削加工方法。将机械加工CAD/CAM思路应用于石材加工中,通过对残料模型的仿真分析、加工效率上的比较以及对生成刀轨的分析,总结出了适合立体石材艺术制品的基于CAM软件的粗、精加工策略。在对石材艺术制品进行数控加工工艺分析的基础上,编制粗加工、半精加工和精加工的刀具路径,并对生成的NC代码进行VERICUT模拟仿真验证程序的正确性。本文研究了基于逆向工程的数字化比对检测流程,研究了点云数据与CAD模型的粗配准、精配准以及偏差计算的相关理论。分别以三轴加工的大理石浮雕模型和五轴加工的立体石雕模型为对象,结合加工工艺方案和加工过程,利用Geomagic Qualify软件,进行3D比较、偏差计算,并分析案例产生加工误差原因。对于某些大型的浮雕,可以采用数字化比对技术来重新定位安装工件,修正加工偏差;对于立体石雕,针对可能产生加工误差的原因进行了具体分析,分解3D偏差测量数据,结合机加工艺分析了机床加过程中哪个坐标轴存在误差及误差分布规律,从而判断出制造过程存在哪些问题。验证了该方法应用于存在大量复杂曲面的石材工艺品三维轮廓加工精度检测中真实有效。
【关键词】：逆向工程 数控加工 数字化检测 误差分析
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU754.4;TS932
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 逆向工程概述13-16
• 1.2.1 逆向工程定义13-14
• 1.2.2 逆向工程的应用14-15
• 1.2.3 逆向工程核心技术15-16
• 1.3 异型石材数控加工技术16-19
• 1.3.1 石材品种的特性16-17
• 1.3.2 石材加工现状及发展趋势17-18
• 1.3.3 基于逆向工程的数控加工研究现状18-19
• 1.4 复杂型面数字化检测技术研究现状19-20
• 1.5 课题研究的意义及主要内容20-23
• 1.5.1 研究内容20-22
• 1.5.2 研究意义22-23
• 第二章 逆向工程技术及理论基础23-31
• 2.1 数据采集23-24
• 2.2 点云数据的概念及分类24
• 2.3 去除噪声24-25
• 2.4 数据简化25-27
• 2.5 多视点云对齐27
• 2.6 逆向三维建模基本理论27-30
• 2.6.1 典型的三角剖分算法28-29
• 2.6.2 NURBS曲线曲面的数学定义29-30
• 2.7 本章小节30-31
• 第三章 立体石材艺术制品数控加工技术研究31-41
• 3.1 五轴数控加工技术简介31-33
• 3.1.1 五轴数控加工优势31-32
• 3.1.2 五轴数控加工种类和操作模式32-33
• 3.2 基于CAM软件的刀具轨迹生成33-35
• 3.3 石材艺术制品数控加工工艺分析35-39
• 3.3.1 石材艺术制品加工特点35-36
• 3.3.2 石材粗加工策略的选择36-38
• 3.3.3 石材精加工策略的选择38-39
• 3.4 本章小节39-41
• 第四章 基于逆向工程的石材艺术制品建模与加工案例41-63
• 4.1 异型石材数据获取41-44
• 4.1.1 数据获取设备41
• 4.1.2 数据获取的实现41-43
• 4.1.3 测量误差的分析43-44
• 4.2 基于Geomagic Studio的曲面重构44-49
• 4.2.1 曲面重构过程44-47
• 4.2.2 重构模型质量评价47-49
• 4.3 基于UG的生肖猴模型多轴数控加工实验49-54
• 4.3.1 实验设备49
• 4.3.2 工艺方案分析49-51
• 4.3.3 五轴 3+2 加工程序编制51-54
• 4.3.4 加工代码的生成54
• 4.4 基于VERICUT的数控加工仿真技术54-62
• 4.4.1 机床模型的构建55-58
• 4.4.2 案例模型的加工仿真58-60
• 4.4.3 切削速度优化60-62
• 4.5 本章小节62-63
• 第五章 异型石材数字化比对检测与误差分析63-79
• 5.1 引言63-64
• 5.2 点云数据的坐标配准64-71
• 5.2.1 优化数学模型建立64-68
• 5.2.2 点云数据与CAD模型对应点的粗配准68-70
• 5.2.3 基于ICP算法的精配准单位四元数法70-71
• 5.3 点云数据与CAD模型的偏差计算71
• 5.4 立体石材制品检测案例与误差分析71-76
• 5.4.1 点云与CAD模型比对71-73
• 5.4.2 可能产生加工误差的原因分析73-74
• 5.4.3 案例实际加工误差分析74-76
• 5.5 浮雕板材制品检测案例76-78
• 5.6 本章小节78-79
• 第六章 结论79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 作者简介85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85-87
• 致谢87-88

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本文编号：601771