基于分数阶傅里叶变换的NURBS曲面拟合

为了实现对自由曲面模型的高精度非均匀有理B样条(NURBS)曲面拟合,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的NURBS曲面拟合方法。首先,借助分数阶傅里叶变换对自由曲面模型点云数据的高程图像展开分析,从中提取出表征自由曲面表面三维结构的特征点;然后,利用外切圆取点法结合提取的特征点选取用于NURBS曲面拟合的数据点;最后,利用分数阶傅里叶变换滤波及反插节点法对拟合曲面形状进行优化,提高拟合精度。实验结果表明:该方法与传统NURBS拟合方法相比,在不同调整次数下拟合结果的均方根误差降低了28%,取得了更好的拟合效果。     

逆向工程中数控加工刀具轨迹生成的简化方法研究

相对于重构NURBS模型,提出了一种直接从激光扫描点云产生三角网格模型的逆向工程解决方案。点云的三角化采用改进的波前法,得到的三角网格模型采用微平面光顺法进行整体光顺。最后采用离散Zmap算法直接生成无干涉刀具轨迹。此方案无需由数据点云重构曲面的复杂交互和计算过程,适用于产品表面质量要求不高的情况。     

基于逆向工程的零件反求设计与制造

反求设计与制造是逆向工程的重要组成部分,以PCP系列便携式光学三维扫描系统为基础,介绍逆向工程技术在零件反求设计与制造中的应用。利用三维数字化激光测量仪准确、快速地测量出工件的轮廓坐标,通过Winmoire扫描软件得到零件模型各个面的轮廓点云数据,再通过Cloudform拼接软件将各个面的轮廓点云数据合成为三维点云数据模型,最后通过Geomagic studio11建模软件进行曲面重构,并对重构的曲面进行分析和优化,最终生成STL数据,据此进行快速成形加工得到零件。     

燃机叶片型面三维光学扫描检测方法研究

针对工业生产中提高燃气轮机叶片型面检测效率、实现叶片整体尺寸检测的实际需求,提出基于激光和光栅两种三维光学扫描的叶片型面检测方法。采集燃气轮机叶片三维点云数据,用统一采样和设定点云间最大偏差值的方法进行点云精简。根据6点定位原理和最小二乘法将精简点云与设计模型进行配准,提取叶片型面轮廓度和检测截面特征参数进行分析,并与三坐标检测结果对比。结果表明:两者检测叶片型面轮廓度在相同偏差范围内点云所占比例偏差都在1%以内,叶片型面特征参数尺寸相差都在0.02 mm以内。经试验证明,三维光学扫描方法检测速度快、适应性强、可靠性高,可为高效准确地进行叶片型面检测提供有效的技术手段。     

带微孔的透平叶片的光学测绘方法

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD模型的光学测绘方法,首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS曲面和圆柱体曲面,圆柱体轴线与NURBS曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向,该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性,测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104 mm.     

激光测量的自由曲面点云数据处理方法

介绍了基于VIVID910三维激光扫描仪在零部件上获取自由曲面点云数据的方法。针对点云数据中所存在的影响模型重构精度的各种因素,详细论述了无用杂点删除、多视点云对齐、数据点云合成、点云数据编辑、数据点云精简及数据点云平滑等预处理方法。实例表明,经过处理的点云数据有利于后续的曲线、曲面重构及模型重构。     

基于MATLAB对三维激光扫描数据的精度评定

针对三维激光扫描存在对扫描精度难以评定的问题,该文提出了1种基于(结合)MATLAB的三维激光扫描数据的精度评定方法。首先,对三维激光扫描测量的数据进行预处理,获得被扫描体表面的点云数据;其次,切割被扫描体的点云曲面,获得点云剖线;再次,通过MATLAB拟合点云曲线,将其转成离散点位;最后,依托TS30高精度的特点,对三维激光扫描数据进行精度评定。     

曲线三角面片模型的曲面插值方法探讨

曲面插值或拟合是现代计算机图形学、三维建模中的一项重要技术。基于曲线连接的三角面片进行曲面插值进行一些探讨,并采用曲线截断法和顶点重构法实现NURBS曲面插值。为三维曲面造型技术提供一个可选的方案。     

多点成形中回弹量的测量与控制方法研究

针对多点成形中工件的回弹问题,提出了一种测量和控制回弹的新方法.回弹量的测量方面,采用自行研制的非接触式三维激光扫描装置测量工件表面的三维点云信息;对不在同一坐标系下的测量数据和目标模型数据,用两步配准方法进行全局优化配准,克服了配准过程中常见的局部极小问题;采用改进的Shepard插值函数为初始曲面模型,用基于高斯曲率的采样型值点拟合出NURBS曲面.通过上述步骤快速、准确地计算出回弹量,改变了传统的利用靠模测量回弹量的方法.回弹控制方面,用测量的回弹量试验数据建立BP神经网络回弹预测模型,根据预测量调整基本体群的工具曲面形状,经过多次预测和基本体曲面形状的修改,最终实现控制回弹的目的.通过实例表明,上述方法可行,回弹量可控制到允许的精度.     

基于曲率特征混合分类的高密度点云去噪方法

为解决复杂曲面点云在平滑去噪中存在的问题,提出基于曲率信息混合分类的特征保持点云平滑算法．该方法将平面投影与双边滤波算法相结合,采用主成分分析法对点云的局部曲率特性进行评价,使用线性组合混合分类方法将数据分为平面、次特征、富特征类型以及组合类型．针对不同特征邻域类型,提出平面类型的投影平滑方法、次特征和富特征类型的变参数双边滤波法平滑方法的线性组合方法实现点云数据的平滑去噪．将该方法用于激光三维高分辨率人体扫描系统所得到的高密度点云数据,实验结果表明该方法能够在有效光顺点云的同时保持其表面的几何特征,且简化了法向调整的繁杂运算．     

Extracting sectional contours from scanned point clouds via adaptive surface projection

This paper presents a new and fully automatic method to extract cross-sectional contour profiles of a physical object from the point cloud data scanned from its surface. Correctly extracting the sectional contours is of particular importance in the quality inspection of airfoil blades as the tolerances specified on a manufactured aero-engine blade are generally imposed at specific blade sections. The collected point cloud via 3D laser scanning is, however, distributed all over the blade surface rather than at the desired specific sections. In fact, no point in the point cloud is located exactly on the sectional planes. The desired sectional data have to be extracted from the nearby data points. If the underlying smooth surface geometry of the point cloud in the vicinity of a nearby data point can be approximated by a mathematical function, the approximated local surface formulation can be used to project the nearby point onto the desired sectional plane along a curvilinear trajectory. This is achieved in this work by fitting a local quadric surface to the neighbouring points of the point of interest. A systematic approach to establish a balanced set of neighbouring points is employed to avoid bias in fitting the local quadric surface as well as to guide the selection of points to be projected onto the sectional plane. The projected points are then used to construct the desired sectional contour profile. Implementation results have demonstrated the superior performance of the proposed fully automatic method in comparison with the existing methods.     

Measurement method of asphalt pavement mean texture depth based on multi-line laser and binocular vision

A new measuring method of mean texture depth of asphalt pavement is proposed based on the technology of multi-line laser and binocular vision. The developed method is incorporated with the profile method and the digital image technology. A three-dimensional mathematical model is established based on the triangulation measuring principle in order to implement the three-dimensional reconstruction of asphalt surface profile. Image processing technology helps locate the exact coordinates of each point on the model. In addition, the techniques of multi-line laser pairing and epipolar restriction are introduced for the image matching between multi-line laser and binocular vision. Through the model and the spatial equations obtained, the values of the mean profile depth of asphalt pavement can be figured out. According to the profile method, an integrated calculation procedure of texture depth is established. A set of sand patch field tests are implemented to verify the reliability of the developed method.     

基于三维数据扫描的传统硬木家具的现代设计方法

目的在实际研究项目中以仪器设备采集的点云数据为基础,进而在计算机软件系统中进行硬木家具的三维数字化修正和完整构建,探索广式硬木家具数字化的实际应用方法和前瞻思路。方法以手工制作和雕刻家具原型为起点,对家具实物进行三维点云数据扫描,然后在Alias中检测家具的NURBS曲面模型,对原始曲面数据进行数字化修复,再将构建好的家具局部模型三维数据进行CNC实物加工,以验证此研究成果的科学性。结论通过对广式硬木家具数字化构建方法的科学研究和实际验证,证明了此逻辑和操作方法的可行性,有效促进了广式硬木家具的制造方式进化,为硬木家具制造模式的转型升级,提供了科学的基础研究支持。     

逆向工程中NURBS曲面与直线交点快速计算

给出了一个能够方便地判断NURBS曲面片与空间直线的交点个数,并且超线性收敛的快速迭代算法。计算Krawczyk算子判断给定的NURBS曲面片和空间直线有无交点和有几个交点。再使用拟牛顿迭代法求出NURBS曲面片和空间直线上的交点。该算法在用点云数据检测曲面重构的误差时具有快速、准确的特点。     

融合配准的多站室外大场景激光点云分割

针对室外场景范围广、分割难度大、识别效果不显著等问题,提出了一种融合多站点云配准的室外大场景分割方法.首先,根据室外场景视野大、点云数据量庞大特点,选取多个视角下重叠区域较多的建筑场景点集,结合SAC-IA和ICP方法进行点云自动配准,从而构建出点云密度相对均匀的室外大场景完整结构;然后,选用公共数据集Semantic...     

列车车轮三维结构光检测中的点云处理研究

列车轮对作为转向架的关键零部件,其检测手段仍以人工检测为主,现有的自动检测方案,大多针对车轮某一断面的参数尺寸进行测量,难以真实反映车轮轮缘踏面的损伤情况。为此,该文提出一种列车车轮三维结构光检测中的点云处理方案。首先,利用三维结构光测量仪器采集列车车轮的三维点云数据;其次,根据列车车轮三维点云的特点,确定包括离群点去除、点云配准、点云平滑处理以及孔洞修补在内的点云处理方案,并对各处理步骤的最优参数进行分析;最后,利用贪婪投影三角化算法,进行列车车轮三维点云数据的曲面重建,使用拉普拉斯平滑算法对重建后的曲面进行平滑处理。结果表明,该文所提出的列车车轮点云处理方案能够实现对三维点云数据的处理,最终得到的列车车轮的三维曲面模型与基准模型的标准偏差为1.768 mm,实现对于列车车轮的三维检测。     

三维激光扫描技术在犯罪现场重建中的应用

目的:研究利用三维激光扫描技术进行现场重建的技术方法。方法:首先,利用三维激光扫描仪对现场进行扫描,获取现场的点云数据;然后,依据点云数据进行现场建模和动画模拟。结果:精确地重建了犯罪现场的场景并获得具有交互性、沉浸感的动画模拟效果。结论:利用三维激光扫描技术可以精确、方便地进行现场重建。     

贵州少数民族文化遗产的逆向工程应用研究

以少数民族文化遗产的保护和开发方法研究为目的,从实物测量、三维CAD模型、曲面模型评价体系、CAD模型重建等方面详细阐述了逆向工程技术在文化遗产保护方面的应用.选用有代表性的贵州少数民族文物--布依族酒壶、水壶以及木制傩戏面具作为研究对象,采用Hiscanner 激光扫描测头对其进行数据采集,扫描得到的点云数据可刻录到光盘上作为文物数据永久保存;更进一步地,采用目前流行的逆向工程软件Geomagic studio对点云数据进行数据精简、数据滤波、数据修补、提取特征线等处理后得到NURBS曲面;为保证曲面模型重建的精度,在曲面重建模型后对其误差评价,通过控制误差的方式指导曲面模型重建,使重建的文物曲面模型能真实完整地反映原状;最后,在功能强大的三维造型软件Solidworks中导入重构的NURBS曲面进行曲面缝合、放样等,将其生成实体CAD模型,并对模型的局部特征进行适当的再设计以实现文物实体模型的优化.对该模型进行快速成型制造可得到文物复制品或成品模具,即实现逆向工程技术在文化遗产保护中的应用研究.逆向工程技术应用于少数民族文化遗产文物保护是一个全新的课题,该项技术的应用能进一步推动文化遗产保护措施的发展,也能为类似课题的研究提供借鉴.