基于点云特征对比的曲面翘曲变形检测方法

针对目前曲面翘曲变形描述不充分、检测效率低的问题,定义自由曲面的翘曲变形描述方式,提出基于点云特征对比的曲面翘曲变形检测方法. 研究一系列算法,开展曲面单层点云提取,通过对比曲面实测点云与模板点云的空间位置获取翘曲变形区域;通过计算获得翘曲距离和翘曲张角,描述翘曲的变形程度和变化趋势. 实例分析结果表明,提出的方法不需要进行曲面重建,直接通过点云特征对比进行曲面翘曲变形分析,在保证精度的同时,在效率上比三维重建方法检测翘曲有了较大的提高.     

基于ATOS的异形件逆向方法研究

ATOS流动式光学扫描仪是一种广泛应用于逆向工程领域中的非接触式光学扫描设备。通过对ATOS的组成、测量原理和测量方法的分析提出了一种基于ATOS的异形件曲面重构的方法。该方法主要由扫描参数的确定和点云过滤组成。通过实验选择测量距离为65cm对某型号汽车后视镜外壳使用ATOS进行点云数据获取。分别采用公差球法、弦公差法和基于弦公差法的改进方法对获得点云进行处理,提出的改进方法获得的点云拟合后误差平方和约为1.758e~(-26)。用CATIA对处理后的点云数据进行曲面重建,最终获得完整的三维模型。新方法在提高点云精度的同时,提高了数据处理的速度。     

散乱点云切片数据快速获取与优化

为快速准确地获取散乱点云切片数据,以较少数据准确表达模型型面特征,提出一种散乱点云切片数据获取及优化算法.该算法基于散乱点云动态索引实现切片数据快速获取,对所获切片数据建立极坐标系,分别基于极角阈值与极径阈值实现切片数据区域划分与轮廓分离.通过依次连接各区域相同轮廓数据形心实现切片数据的精简与排序,生成精确有序的单轮廓或多轮廓切片数据.实例证明,该算法可应用于各种复杂散乱点云的切片数据快速、精确获取与优化处理,对有效提高参数曲线、曲面重构效率与精度具有重要意义.     

高速列车车头表面三维重建算法

针对现有三维重建方法在高速列车车头三维表面重建中存在二义性的问题,提出了一种改进的泊松曲面重建算法来对高速列车车头进行表面三维重建.采用混合滤波器对点云数据进行预处理,采用改进的罚函数对泊松曲面重建算法进行最小化,通过改进阈值法消除等值面提取时的二义性,实现了对高速列车车头表面较为精确的重建.结果证明,该方法具有较高的重构精度与效率,对于高速列车车头的三维重建具有良好的适用性.     

基于点云和设计模型的仿真模型快速重构方法

随着产品装配质量要求的不断提高,为了在CAD模型仿真试验中快速且准确地表达零件实际加工质量,提出基于点云和设计模型的仿真模型快速重构方法. 采用“一面两孔配准”方法,将零件实测点云数据配准到设计模型上;根据设计模型边界提取出曲面重构所需的控制顶点;采用非均匀有理B样条（NURBS）方法对控制顶点进行曲面拟合;根据仿真需求,结合边界表示法（BREP）和构造实体表示法（CSG）实现模型表面的局部和快速替换. 在CATIA中开发基于实测点云数据和设计模型的仿真模型快速重构模块,和基于可拓展标记语言（XML）和特征完全匹配的数字预装配模块. 以某航空企业典型零件和舱门预装配为例,验证该方法的重构精度和效率及其在预装配仿真中的高效性和准确性.     

移动最小二乘重采样在三维重建中的应用

针对地面三维激光扫描仪采集的多站点点云数据受配准精度和重叠区域的影响,经多视角对齐后生成带有大量噪声和冗余的散乱点云从而影响曲面重建的问题,提出一种基于移动最小二乘重采样的算法：计算点云的ｋ邻域,建立散乱点云的空间拓扑关系,选择合适的基函数和权函数,建立局部拟合区域的拟合函数,结合体素化网格模型实现点云的重采样,分别使用Ｃｒｕｓｔ算法和逆向工程软件ＧｅｏｍａｇｉｃＳｔｕｄｉ -ｏ对重采样的点云进行曲面重建。结果表明：该算法在保证局部细节特征清晰的基础上,能够提高模型表面的光滑性和三维重建的效率,具有很高的实用价值。     

一种新的金属功能零件分层快速制造技术研究

为了解决金属功能零件分层实体制造中成型精度和强度的问题,提出了一种基于大厚度切片的金属功能零件分层制造的概念.在一定的成型精度条件下,通过综合优化和正反两面切割最大限度地提高每一层板允许的厚度并进行标准化,用数控机床完成金属层板的切割,采用真空固态压力热扩散焊,实现金属层板之间的连接,以有效提高零件的强度和加工效率.最后获得具有较高精度和强度的金属功能零件.     

逆向工程技术在汽车仪表盘零件开发中的应用

以汽车仪表盘为研究对象,通过激光扫描仪的非接触式测量获取零件曲面的点云数据,并利用Surfacer软件进行点云数据处理,且基于NURBS曲面重构理论进行零件曲面造型,最后利用Pro/Engi-neer软件完成汽车仪表盘的实体模型设计。与传统的设计方法相比,提高了工作效率,缩短了新产品的开发周期。     

运-12飞机发房模具高精度逆向设计

针对运-12飞机发房零件模具复制生产的需求,提出了满足模具逆向设计后可快速投产条件的技术指标要求。以某一发房零件模具为例,利用三维光学扫描设备ATOS Compact Scan 5M进行高质量点云采集,采用曲面拟合方法完成了模具的三维CAD模型的重建,逆向数模与扫描点云的平均误差在±0.1mm范围内,模具型面满足切线连续性的要求,为此类零件模具的高精逆向设计奠定了技术基础。     

截面切片数据的自动细化算法

基于截面曲线的曲面重建方法常用于逆向工程模型重建过程中.采用平面切片方法得到的截面数据通常为一点云束,当重建轮廓曲线时需要进行细化处理.为此提出了一种对截面切片数据进行自动细化的算法.对点云进行切片后,得到截面轮廓点云束,根据点云束密度预估前进半径,并随机选取点云束的一点作为细化的起点,采用近似轮廓跟踪算法确定新点,由初始点和初始方向判断细化算法的结束.实例结果表明该方法能够有效完成切片数据的细化处理.     

基于径向基函数的曲面重建算法

针对基于传统径向基函数的数据插值方法在重建大量数据点云曲面时的困难,提出将数据点先分割再分别重建的方法.将点云的包围盒沿坐标轴分割,两两合并相邻的方块,使得方块相互重叠且覆盖整个包围盒.对每个包围盒内的点用径向基函数方法插值,利用窗口函数将每个函数限制在各小方盒内求和得到最终的整体插值曲面.借助MC(marching cubes)方法得到三角网格曲面.每个方块内点云的重建过程可以并行实现,该方法非常适用于对重建效率要求较高的场合.     

基于IMAGEWARE的踏板车曲面逆向设计

以踏板车为例进行摩托车逆向设计研究,使用专业逆向设计软件IMAGEWARE进行扫描点云处理及高品质曲面构造.在曲面构造过程中传统点云生成曲面的方法进行了改进,提出使用低阶4点面逐步升阶,并通过曲面控制点调节曲面,使所构曲面逼近原始点云的方法来构建高品质曲面这一关键技术,通过后期曲率梳及斑马线检查,所构曲面既保证连续性又使曲面与点云的误差控制在许可范围内,从而得到符合要求的高品质曲面.     

基于径向基函数的曲面重建算法

针对基于传统径向基函数的数据插值方法在重建大量数据点云曲面时的困难,提出将数据点先分割再分别重建的方法.将点云的包围盒沿坐标轴分割,两两合并相邻的方块,使得方块相互重叠且覆盖整个包围盒.对每个包围盒内的点用径向基函数方法插值,利用窗口函数将每个函数限制在各小方盒内求和得到最终的整体插值曲面.借助MC（marching cubes）方法得到三角网格曲面.每个方块内点云的重建过程可以并行实现,因此该方法非常适用于对重建效率要求较高的场合.     

基于法矢提取特征点的改进算法

针对传统利用法矢向量(简称法矢)求特征点方法存在精度不高、受噪声数据点(简称噪点)影响大等问题,提出一种改进的利用法矢求特征点的方法.该算法首先通过八叉树划分点云,充分考虑邻域内点的个数,并且及时剔除噪点,快速准确实现邻域搜索;然后用正交最小二乘拟合曲面,并进一步剔除邻域中的异常值求得曲面法矢,以拟合曲面法矢代替点法矢;最后根据相邻法矢夹角的大小提取特征点.通过在不同阈值下的提取实验以及对比实验表明,文中算法提取特征点时更加稳健,提高了点云特征提取的准确性.     

基于激光位移传感器的零件轮廓曲线重建策略

针对零件轮廓曲线复杂多变,破损情况不尽相同,使用传统建模方式存在效率低、精度差、操作复杂等问题,提出基于激光位移传感器的零件轮廓曲线重建技术,构建了自适应零件轮廓曲线采集平台,基于Savitzky-Golay平滑滤波算法实现了采集数据的降噪与光顺,通过Akima样条拟合和重采样重建了能够用于加工制造的轮廓曲线点集,并通过实例测试验证所提重建策略的可行性和有效性。结果表明,重建曲线与理论曲线之间的误差在-0.143 4～0.091 0之间变化,能够重建与原始曲线一致、误差更小且符合加工制造要求轮廓曲线。     

逆向工程中数据精简技术的研究

由于激光扫描技术的进步,可以方便地以较高精度和速度获取零件模型表面信息,对于产生的大量扫描数据,需要对其进行精简处理．为此提出了自适应最小距离精简方法,首先通过中值滤波和小波包滤波实现数据点的噪声去除,然后通过曲率分析,实现数据点云区域分割,对于分割后的区域选用不同的距离准则,如果数据点间的距离小于设定的准则,则该点删除从而实现数据精简．自适应最小距离法不仅保留了造型所需数据点的精度,同时数据精简效率为36％,最后通过实例验证了该方法的有效性．     

汽车车模覆盖件逆向工程中数据重构和优化

通过汽车车模覆盖件点云数据测量,点云数据的对齐和曲面模型重构这一实例,介绍了逆向工程技术在自由曲面零件构建中的应用．重点介绍了点云数据处理的原理和方法,论述了曲线曲面的数学模型和对齐原理,分析了误差产生的原因,同时对结果进行了优化．     

三维重建表面几何特征的提取与参数测量计算

对三维重建结果的表面特征进行提取和误差分析,是提高三维目标测量精度的关键步骤. 提出了对三维重建表面几何特征进行提取,并对其进行参数测量计算的方法. 首先利用STL文件对三维重建得到的目标点云数据进行读取、导出并筛选,得到三维重建目标的点云数据,通过迭代计算生成CAD模型表面点云数据. 再提取重建目标与CAD模型的几何特征,计算粗糙度、平行度和平面度等几何参数特征值,进行误差比较和分析,最后将该结果反馈至三维目标重建过程中. 实验结果表明,提出的方法能有效地提取三维重建结果表面几何特征及对表面进行测量计算.     

面向NURBS曲线构建的切片技术研究

激光点云数据NURBS曲线曲面重构一般采用参数化方法时,要求数据点是按照特殊规则排列的,即链式曲线和曲面网格.如果被测点是不规则空间排列,运用参数化方法会非常困难,拟合曲面可能会扭曲的很厉害.针对该问题,本文利用切片技术对散乱点进行曲线重建,首先采用曲率分析方法确定切片方向,然后以一定厚度的一系列平行平面与点云求交,对"相交点集"排序,再由参数化方法进行NURBS曲线重构.经实验验证,该方法在NURBS曲线重构中具有高效率性和计算稳定性.     

再制造零件修复智能工艺规划系统

根据再制造废旧零件的特点与难点,采用CBR与RBR混合推理设计方法,构建了适用于再制造的废旧零件修复智能系统.系统首先进行CBR推理来得到废旧产品的修复方案,当进行CBR推理得到的结果不能让使用者满意时,系统可以根据使用者的操作要求,继而转向RBR辅助推理来完成再制造废旧零件的智能化修复设计.通过实例验证:系统能够满足使用要求,推理出的零件修复方案比较理想.