工业计算机断层成像系统—ICT—B01工业断层扫描仪

本文简要介绍了工业计算机断层成像（ICT）技术的原理和应用，概括了ICT的发展概况，描述了快速、实用的ICT－B01样机的组成及性能指标，最后列举了一些用户的检测实例。     

基于神经网络边缘提取的工业断层成像图像拟合

通过工业计算机断层成像图像边缘拟合,可获得矢量化的曲线,进而获得工件的计算机辅助设计图纸,实现基于工业断层成像的机械零部件逆向设计。在用两组细胞神经网络对图像进行分割的基础上,进行边缘跟踪和曲线的多维拟合。通过横截圆和轴线的拟合,实现对圆柱形目标的拟合。轴线拟合时,将各层圆心坐标分别投影到xz平面和yz平面进行最小二乘拟合,以降低计算复杂度。对发动机切片图像进行实验,根据拟合得到的参数得出了圆柱形目标的计算机辅助设计图,其拟合均方误差小于0.3像素2。对不规则目标,讨论了基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法在边缘曲线拟合中的应用;对发动机切片图像目标区域进行实验的拟合均方误差均小于0.6像素2。实验结果和误差分析证明,文中的拟合方法是有效的,实现了基于工业断层成像的逆向设计所必需的位图矢量化。     

基于工业设计的计算机三维辅助设计系统

研究基于工业设计的计算机三维辅助设计系统,论述了产品设计中的三维计算机辅助设计系统建模技术及技巧,并讨论了三维模型与二维图形之间的关系,以及未来产品模型的发展趋势。     

基于神经网络边缘提取的工业CT图像与CAD模型的比对检测

研究了一种对工业计算机断层(CT)图像与计算机辅助设计(CAD)模型进行比对检测,分析工件制造误差的方法.首先,用模板自适应细胞神经网络提取工业CT图像边缘,并进行三方向CT切片边缘数据融合处理以获得完整的三维边缘面.然后,先结合主成分分析和最小包围盒的思想对CT边缘面数据与工件的CAD模型实现粗配准,再用奇异值分解-...     

基于Geomagic的曲面CAD模型重构

随着逆向工程的发展,越来越多的产品采用逆向制造。以冲压件为例,讲述了Geomagic、UG软件进行逆向参数化建模的设计思路和应用特点。使用Geomagic软件将获取的制件表面数据进行预处理,并基于NURBS曲面对制件进行自由曲面重构及误差分析,最后在UG中完成曲面局部重构及实体建模。表明,应用Geomagic、UG软件相互结合,可以进行曲面快速重构,大大缩短了设计周期,提高了研发效率。     

基于属性邻接图匹配的三维CAD模型搜索方法

为了重用三维CAD模型中包含的设计知识,提出一种用拉格朗日乘子法求解属性邻接图匹配的三维CAD模型搜索方法.首先应用三维CAD模型中的边界表示信息,将搜索目标三维CAD模型与待搜索三维CAD模型转化为属性邻接图;然后计算搜索目标三维CAD模型与待搜索三维CAD模型属性邻接图之间的顶点和边的相似程度矩阵,并利用它建立两个三维CAD模型相似程度的度量作为选择不同顶点匹配矩阵M的优化目标函数;将目标函数松弛为等式约束后,采用拉格朗日乘子法进行求解.实验结果表明,该方法能够搜索到相似的三维CAD模型,并对模型的相似程度进行排序.     

基于工业CT图像的数控代码直接生成方法研究

以曲面形状简单、可直接仿制的产品为对象,提出了由工业计算机断层成像技术图像直接生成数控代码的方法.该方法首先对产品的切片图像进行边缘提取与轮廓跟踪,再采用B样条曲线进行轮廓拟合,然后引入平面任意区域加工填充技术,逐层生成刀具路径并进行有序连接,最后生成数控代码.在B样条曲线拟合中,为了提高拟合精度,提出了一种基于特征点提取与线段类型识别的型值点选取法;在数控代码生成步骤中,改进了单层切片轮廓岛屿关系判别方法,提高了判别正确率.开发了软件系统,将该软件生成的数控代码输入到加工仿真软件中,仿真结果验证了数控代码生成方法的正确性.     

基于情境的CAD模型手势操控技术

自然的设计意图表达是概念设计阶段的重要需求之一,探索自然、直观的交互模式逐渐成为CAD技术的新发展方向。目前,基于手势的自然交互模式已成为实现新型CAD交互模式的重要途径。然而,现有基于手势的CAD交互方法中仍存在着映射关系固定,难以利用少量手势表达较多的操控指令的瓶颈问题。为此,提出一种基于情境的CAD模型手势操控技术,建立一种描述CAD建模过程中人机交互场景的情境模型,通过试验采集用户在CAD建模情境中的手势偏好,利用决策树模型建立在特定情境下手势与CAD指令的映射关系,实现手势与CAD指令一对多柔性映射,手势可映射CAD指令数量增加100%。进一步通过试验对比手势和键盘鼠标两种交互模式在CAD建模过程中的操控速度和精确度,结果显示手势交互模式能够更加快速地表达出用户设计意图,且操控精度与键盘鼠标交互模式几乎无差异。     

基于牙齿结构断层图像的三维CAD建模

为克服传统的牙齿缺损修复存在的缺陷,提出了一套基于牙齿断层图像数据集,利用商业软件PhotoShop、AutoCAD、SURFACER、Pro/Engineer进行牙齿三维CAD模型重构的实用方法.该方法包括:信息提取和处理、信息传递、曲面模型构建、实体模型构建.最后,以实例验证了该方法的有效性.仿真实验结果表明,该方法精度高,且不局限于牙齿,对其他组织器宫的三维CAD建模也同样适用.     

具有对称特征的三维模型重构技术研究

针对具有对称特征模型的逆向重构问题,首先利用ICP算法进行数据匹配并提取初始对称面,其次精确提取对称面,然后利用基于边和面的混合数据分割方法对预处理过的模型进行数据分割,最后重构得到一半的对称特征模型,再利用提取的对称平面进行镜像,得到完整的对称特征模型.此方法可快速实现模型逆向重构又能提高建模精度,应用于汽车内饰件的逆向重构中,既减少数据量,又节省运算时间,并且重构的模型及特征是关于平面完全对称的.     

融合制造语义的三维CAD模型检索方法

为了更好地实现面向制造领域的三维CAD模型制造信息的有效重用,提出一种融合制造语义的三维CAD模型检索方法.首先将三维CAD模型转化成以制造特征为基础语义对象的结构化表示的CAD模型,并用制造特征耦合图来表示;然后提取用于评价两个制造特征之间相似性的属性信息,构建多属性融合的制造特征相似性加权评价模型,并以此来构建以制造特征为节点的完全二分图;最后采用最优匹配算法计算出各制造特征的最优匹配方案来计算两个三维CAD模型的相似度,以此作为评价模型相似性的依据.实验结果表明,该方法能够较好地实现融合制造语义的三维CAD模型检索,可以有效地支持面向制造领域的三维CAD模型制造信息的重用.     

支持CAD/CAPP并行的工作流模型研究

为了对计算机辅助设计/计算机辅助工艺规划并行设计过程进行有效的管理、规划、协调、控制,借鉴工作流管理思想,建立了支持计算机辅助设计/计算机辅助工艺规划并行的工作流模型。采用广义随机Petri网建立了计算机辅助设计/计算机辅助工艺规划并行设计的工作流过程模型,并给出其便于计算机处理的抽象模型,以它为核心,连同并行设计过程任务/活动模型、组织模型、数据模型组成完整的计算机辅助设计/计算机辅助工艺规划并行过程工作流模型,给出了其运行控制模式。     

工业CT图像圆精确测量

圆形结构特征大量存在于工业CT图像中,有效地检测出圆并获得其参数,在图像测量及逆向工程应用中具有重要的意义。利用基于Facet模型的亚像素边缘检测算法检测图像边缘,利用计算圆存在的概率大小识别边缘图像中的圆,实现工业CT图像中圆的检测和参数测量。研究圆存在概率算法特点,通过构造专用链表数据结构存储计算数据、限制计算时圆心选取范围的方法,改进圆存在概率计算效率低、占用内存大的缺点。使用空间分辨力为2.0lp/mm的电子直线加速器工业CT系统,扫描重建出包含10个圆的800*800像素工业CT图像,首先对图像进行基于Facet模型的亚像素边缘检测,然后进行基于存在概率的圆检测和测量。试验结果表明,改进的圆存在概率算法计算效率明显提高,图像中圆参数测量精度优于0.5%。     

计算机辅助工业设计系统体系结构研究

首先讨论了计算机辅助工业设计的概念,其次分析了计算机辅助工业设计的内涵及CAD技术在工业设计中的应用特点,并结合计算机辅助工业设计技术的研究现状,讨论了计算机辅助工业设计技术的发展趋势和主要研究方向,提出了由设计方法学层、计算机应用层和设计应用层组成的未来计算机辅助工业设计系统的构架。     

应用于CAD/CAM的基于点的几何模型

常规几何模型通常难以胜任一些复杂曲面产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造问题,为此,提出了应用于计算机辅助设计／计算机辅助制造的基于点的几何模型概念,给出了基于点的几何模型的定义及其计算机辅助设计／计算机辅助制造应用流程,研究了基于点的几何模型的几何特性、计算机辅助设计方法、计算机辅助制造方法及其计算机辅助设计／计算机辅助制造系统开发方法。在鞋楦计算机辅助设计／计算机辅助制造中的应用表明,基于点的几何模型有常规几何模型所没有的特性,能够实现某些特殊产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造。     

基于材料特征的功能梯度材料CAD模型分层算法

为了利用快速成形技术制造功能梯度材料零件,在分析以往基于设计的功能梯度材料零件计算机辅助设计模型的基础上,提出一种基于制造的功能梯度材料零件计算机辅助设计模型.采用PIC格式存储层片轮廓,存储层片材料分布向量的数据结构为四又树和线性表,材料分布向量精度可调且存储空间可以优化.基于该模型,提出一种新的材料分布向量计算方法,实例证明该方法计算材料分布向量简单.采朋不符合要求的采样点占总采样点百分比λ作为判定依据,比以往判定依据更灵活.基于此削据提出一种基于材料特征的层厚计算方法,实例证明该算法正确、有效.     

基于视图模型的产品设计信息重用检索系统

为了对工程图的局部信息进行有效检索,在正投影理论和投影规则的基础上,以拓扑层次树为评价模型构建了工程图重用检索系统.通过引入投影的视图模型概念,以反映产品某一基本视图投影的形状和几何属性的投影域获取为基础,构建了反映投影域空间位置关系的拓扑关系邻接矩阵.通过建立冗余包含关联对及单一包含关联对,达到对空间包含关系的聚合.以所建立基本视图中的投影域的拓扑位置关系为基础,构建体现投影域空间位置关系的拓扑层次树.以拓扑层次树为评价模型,对树的层间和层内相似性进行评价,达到对拓扑层次树进行整体相似评价的目的.实验结果表明,该检索方法具有较好的查全率和查准率,能有效支撑工程图的相似性评价.     

基于约束搜索球的点云数据与CAD模型精确比对检测

针对传统数字化比对检测中点偏差计算的准确性及效率不高的问题,提出了一种基于约束搜索球的点云数据与计算机辅助设计模型比对检测技术。首先,为了提高计算的准确性,在分析现有点—面计算模型的基础上,提出了点—边计算模型及点—点计算模型,用于计算曲率变化较大区域的点偏差。其次,为了提高计算效率,在最邻近顶点搜索过程中采用K-D树进行加速,在点数据归属过程中,构建一系列约束搜索球,将点云数据与计算机辅助设计模型比对的范围限制在约束搜索球内,降低算法的时间复杂度,提高点数据归属的效率。以某大型叶片为例,验证了该方法的有效性。