基于柱面轮廓反求工程的数字化测量及数据处理

柱面轮廓的数字化测量及数据处理是其反求工程的关键技术，将直接影响曲面重构的精度。采用了接触式测量方式获取工件数据。这种测量方式配合测量软件可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球。针对复杂曲面的数字化测量和数据处理，提出了建立形状不规则零件测量坐标系的新方法和最佳测量规划，对测量数据进行高精度的处理，得到了反求工程中曲面重构的“点云”数据。     

反求工程技术在复杂曲面重构系统中的应用

论述了针对注塑零件复杂曲面的反求设计,提出运用CCD白光光栅非接触工业相机采集点云数据,将点云数据加载到Geometric软件中,利用NURBS曲面重构方法和插值算法,进行点云数据筛选,构造点云特征网格和曲面拟合,得到点云曲面的三维重构.实践证明,基于Geometric系统的NURBS曲面重构方法,在复杂曲面为原型实体重构的反求设计中具有理想的应用价值.     

基于实物的复杂曲面零件反求工程中未知区域测量数据补充及曲面重构技术

针对基于实物的复杂零件反求工程中含有部分形状未知区域（如裁减曲面中的被裁减部分、测量盲区等）的复杂曲面反求CAD建模问题,提出了三种测量数据补充方法:①局部区域实物填充法。②补充设计数据补充法。③基于逼近曲面或三角曲面的测量数据自动补充法。研究了基于三角曲面模型初始表达的复杂曲面分区NURBS曲面重构方法。最后,给出了结合上述方法和反求工程软件RE-SOFT所解决的摩托车塑料件反求CAD建模实例。实践表明,综合运用所提出的数据补充和曲面重构方法,能够大大缩短实物样件的反求CAD建模时间,提高复杂曲面产品的设计效率。     

反求工程中实物测量数据补缺及重构技术

复杂曲面反求工程建模是目前 CAD领域的热门研究课题之一 ,通用 CAD/ CAM软件还不能很好地解决这个问题。尤其是一些带凹边、孔或槽等特征的复杂自由曲面零件的 NURBS曲面重构 ,在实际 CAD建模过程中更是耗时、费力。本文针对这类反求工程 CAD建模问题。提出了对实物零件进行人工局部补缺和通过专门软件对数字模型进行补缺的复合数据预处理方法 ;基于三角曲面模型 ,研究了复杂曲面零件的分区 NURBS曲面重构。利用反求工程软件 RE- SOFT,解决了有关零件的反求工程 CAD建模 ,大大缩短了实物样件的反求设计和建模时间 ,提高了复杂曲面产品的设计效率     

基于工业CT切片数据的反求建模技术研究

针对目前的反求技术研究都是对无分叉不带型腔的简单情况的零件,研究了复杂零件的工业CT(Industrial computed Tomography)切片数据建模技术,主要包括分割工业CT图像的方法、断层图像间的插值方法和反求重构等.采用基于边缘特征的二值化算法对图像进行分割,在此基础上提出了一种基于距离变换的目标图像插值方法,最后采用体绘制的方法对断层图像进行反求建模.对摩托车气缸头复杂零件工业CT断层数据进行了实验研究,实验结果表明,反求模型的合理性和平滑过渡都比较令人满意.     

基于少量测量数据的复杂曲面重构

研究了少量测量数据情况下的复杂曲面反求技术,给出亍曲面重构的具体实案.以叶轮为例,介绍了复杂曲面重构中的数据采集、三维造型和误差检测、修正的方法,解决了反求工程中少量点曲面重构的技术难点.     

复杂散乱点重构方法的研究与实现

复杂散乱点重构技术历来是实物逆向工程中的关键技术.在深入分析现有经典的重构方法基础上,提出了一种基于三角域上改进的NURBS曲面重构方法.在复杂散乱点上进行基于Delaunay的三角刨分并重构出品质优良的Bezier曲面,然后在它的约束下完成NURBS曲面的二次重构.开发了复杂散乱点重构模块FastForm,并以IGES作为数据通讯接口搭建了一个实现反求全过程的反求平台,通过电话听筒实例验证了该反求系统的实效性.     

基于反求工程技术的零件再设计

针对与再设计零件电机机座有严格配合要求的手把外壳进行反求,利用Imageware和CATIA软件对三维扫描系统获取的点云数据进行曲面重构,然后以重构的曲面为参照,对其内部零件电机机座进行了再设计.通过反求与正向设计的结合,实现了对电机机座的再设计,并保证了与参照外壳的配合要求.     

基于层析法的气缸盖模型重构研究

基于层析法反求设计原理,对复杂内腔类零件模型重构的技术方法进行了研究。根据内腔类零件的结构及功能特点,探索了分块、分特征地拟合轮廓曲线,分截面、分特征地重构各曲面片体的反求设计方法;并用此方法实现了某型四缸发动机气缸盖的模型重构,提高了拟合质量和精度,解决了气缸盖模型的重构问题。对重构类似内腔零件具有参考指导意义。     

反求工程CAD软件RE-SOFT及其应用

RE-SOFT软件是基于三角Bezier曲面理论开发的,适用于复杂曲面反求工程CAD建模的软件。UGⅡ是一个成功的CAD/CAE/CAM软件,但在反求工程CAD应用方面因受到自身功能的限制,目前还难以解决复杂形状曲面的测量造型问题。结合复杂型面反求工程CAD三维建模问题的特点,提出通过专用反求工程CAD软件RE-SOFT与UGⅡ结合的建模方法,成功地解决了一些复杂曲面零件的反求工程CAD建模问题。     

基于三坐标测量的模具反求设计

论述了从三坐标测量机得到的数据重建模具CAD模型的工作过程,包括点云的预处理如点云对齐、误差点剔除;曲面重构:包括点云的网格化、孔洞填充、边界处理、曲面拟合及曲面评估.利用Geomagic软件完成了对某梁的逆向设计,证明了反求工程理论的可行性.     

反求工程中隐式曲面的三维网格自动精确恢复新算法

提出了一种基于点云数据的隐式曲面三维网格自动精确恢复新算法。该算法首先对恢复的初始三角形网格进行区域分割和边界重构,将隐式曲面的三角形网格分离出来,然后对恢复的隐式曲面表面的初始逼近网格从3个方面进行优化:即将初始逼近网格的曲率控制与网格面的拓扑一致性调整;调整网格顶点法矢与交互式分割;补偿网格抽样率。通过该算法能将隐式曲面的三角形网格自动精确恢复。然后进行网格光顺,输出优化的CAD模型。实例证明了该方法的正确性、可行性和实用性。     

逆向工程在某型导弹整流罩中的应用

通过导弹整流罩零件点云数据测量及曲面模型构建和UG零件的生成这一实例,介绍了逆向工程技术在自由曲面建模中的应用,重点介绍了利用逆向工程软件Imageware对点云数据处理的原理和方法,并对构建出的模型进行误差分析,建立了指定范围内的曲面模型。     

Fast freeform hybrid reconstruction with manual mesh segmentation

In this paper, we presented a method for fitting large B-spline topological surfaces on freeform polygon mesh generated from cloud data of objects. The mesh has been manually segmented and large surfaces are fitted on segments in a hybrid approach, i.e., combination of geometric subdivision and non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation which is an emerging research space. An interpolation method has been proposed to parameterize dense cloud data of any complexity level with capability of handling occluded regions. All junctions are treated with trimming of NURBS surfaces with C ⁰ and C ¹ continuities between adjacent patches. This scheme amalgamated process knowledge of reconstruction on segmented and subdivided point cloud data, various NURBS geometry options and junction treatment resulting in faster high-quality reconstruction. Apart from manual segmentation, almost the entire process is automatic which generated superior quality surface models. Pawn, Stanford Bunny, and human head clouds with occluded surface zones are used for tryout and resulting shapes are recorded in initial graphics exchange specification (IGES) files.     

Shape reconstruction, shape manipulation, and direct generation of input data from point clouds for rapid prototyping

Shape reconstruction from point clouds has received considerable attention in recent years on account of its ability to directly integrate reverse engineering with rapid prototyping. The primary objective of this study is to develop an integrated system that enables one to generate input data for rapid prototyping by constructing complete shape models from point clouds obtained with various measuring devices, including laser scanners, digitizers, and coordinate-measuring machines. We first present a novel approach to reconstructing a shape from point clouds based on implicit surface interpolation combined with domain decomposition. We then propose various related algorithms for generating input data for rapid prototyping, ranging from shape manipulation to complete solid generation. The validity of this new technique is demonstrated for a variety of point clouds with differing degrees of complexity.     

逆向工程在某型导弹整流罩中的应用

通过导弹整流罩零件点云数据测量及曲面模型构建和UG零件的生成这一实例,介绍了逆向工程技术在自由曲面建模中的应用,重点介绍了利用逆向工程软件Imageware对点云数据处理的原理和方法,并对构建出的模型进行误差分析,建立了指定范围内的曲面模型。     

B-spline surface reconstruction and direct slicing from point clouds

The issue of surface reconstruction and slicing from point clouds has been receiving extensive attention recently. When using the B-spline surface fitting technique, the difficulty of parameterization exists. At the same time, for interfacing between reverse engineering and rapid prototyping, the point clouds are usually converted to an stereolithography (STL) model. This leads to a huge file size and requires expert modeling skills. The objective of this work is to establish a base surface parameterization and direct slicing strategy for scattered data based on a cross-sectional design technique. We first present a new method of directly extracting sectional contours from point clouds. Then, we create a base surface by skinning the primary boundary curves and interior sectional curves. Based on a good parameterization, the final surface is achieved with tight tolerance. Several practical examples have demonstrated the feasibility of the proposed method. It can be widely used in Number Control (NC) machining and rapid prototyping.     

基于逆向工程的空调遥控器三维模型设计研究

针对市场对家电产品开发周期日益苛刻的需求,为满足家电产品快速开发,快速更新的需要,以空调遥控器外形三维模型重建与再设计为例,从遥控器外形点云数据的快速测量、点云数据的处理、点云几何拓扑结构分析、主辅曲面重建以及结合新产品开发需求再设计遥控器三维模型结构等方面对家电产品的快速设计进行了研究。对基于逆向工程的家电产品三维模型快速设计方法进行了归纳,提出一种正、逆向设计相结合的产品三维模型快速设计方法。研究结果表明,基于逆向工程技术的再设计方法,有利于提高家电产品设计效率,为家电类产品的开发提供了一种方便、快捷的手段。     

基于扫描线的三维激光扫描数据精简算法

在曲面重构中,三维激光扫描线点云数据量过大,不利于计算、存储和曲面重构。通过分析角度偏差法和弦偏差法的工程适用特点,提出了同时基于角度偏差法和弦偏差法的改进型点云数据的直接精简方法,利用Matlab实现了对扫描线点云进行逐线精简。此外,介绍了一种基于二次曲面拟合的数据点曲率估算方法,并以颜色显示点云的曲率分布,计算结果显示了方法的有效性。     

基于点云的边界特征直接提取技术

边界作为反求工程CAD建模的重要几何特征信息,对重建曲面模型的品质和精度起着重要的作用。首先 对点云数据进行空间三维划分,建立基于空间栅格的边界提取模型,然后通过研究线性时间复杂度的种子边界栅格识别和生长算法以及空间拓扑构型推理算法,实现从点云数据中直接获取边界信息。应用实例表明,算法的运行速度快、稳定性好,能够可靠地提取空间任意分布点云数据的内外边界。