基于特征建模的反求工程系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、反求工程是進行產(chǎn)品設計、開發(fā)和創(chuàng)新的先進制造技術，其中產(chǎn)品外形表面的數(shù)字化和幾何模型重建是反求工程的兩項關鍵技術，而對反求得到的數(shù)字模型進行再創(chuàng)新是反求工程的核心。 由于基于三角形和四邊形網(wǎng)格的曲面重構方法易丟失產(chǎn)品設計意圖，從而造成產(chǎn)品再創(chuàng)新的困難。而幾何建模應服務于產(chǎn)品的再創(chuàng)新與制造，特征技術是實現(xiàn)信息共享與系統(tǒng)集成的有效手段，本文以基于截面特征的反求策略為基礎，對反求工程中特征建模的關鍵技術進行了研究，主要的研究結果如下。

2、 (1)探討了反求工程中特征的定義、數(shù)據(jù)結構及反求工程系統(tǒng)的模型。本文從實現(xiàn)基于特征建模的反求工程系統(tǒng)的需要和結合反求工程的實際特點，定義了反求工程中的各種特征。并在分析了當前各種CAD模型系統(tǒng)后，提出了易于擴展和維護的基于組件技術的面向?qū)ο蟮腃AD系統(tǒng)來實現(xiàn)基于特征建模的反求工程CAD系統(tǒng)，并定義了符合組件技術和面向?qū)ο蠹夹g的要求的數(shù)據(jù)結構和特征類。 (2)探討了點云模型的數(shù)據(jù)結構與預處理技術。隨著測量技術的發(fā)展，實物

3、數(shù)字化后數(shù)據(jù)點規(guī)模越來越龐大。如何高效地實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的拓撲重建，加快數(shù)據(jù)的檢索是目前反求工程研究的難點。本文以點云數(shù)據(jù)的外包圍盒和空間網(wǎng)格劃分技術為基礎，實現(xiàn)了自適應K近鄰拓撲結構重建。利用自適應K近鄰拓撲結構重建得到的點云易于檢索點及相鄰點的特點，用基于弦高誤差控制自適應刪減技術直接對點云數(shù)據(jù)刪減，在保持點云形狀特征的前提下，大大減小的點云數(shù)據(jù)規(guī)模，取得約90％的壓縮率。 (3)重點討論了任意方向切片技術的快速實現(xiàn)及平面無序點

4、集有序化方法。切片算法是實現(xiàn)截面特征反求策略的前提，本文利用切片平面與點云數(shù)據(jù)外包圍盒的交線快速定位相交子立方格，從而快速求得與切片平面相交的數(shù)據(jù)點集。對于由切片得到的無序點集，分別探討了用改進的Dijkstra最短路徑逼近算法和蟻群算法來實現(xiàn)平面無序點集有序化。由于首次將蟻群算法引入反求工程曲線重建過程中，因此重點研究了蟻群算法在平面無序點集有序化過程中各種參數(shù)的設置和實現(xiàn)過程，經(jīng)實驗驗證，取得了很好的效果。 (4)著重討論了

5、平面特征的識別和曲線匹配方法。平面特征識別和曲線匹配是圖像圖形學中的難點。本文用角度差分法和最小二乘曲線擬合法相結合的方法實現(xiàn)平面特征的識別，即首先用角度差分法初步識別角點，然后用最小二乘曲線擬合法識別出角點中的特征點，最后再識別出直線、圓弧和自由曲線。由于傳統(tǒng)基于曲線各種屬性的曲線匹配算法不能很好地實現(xiàn)曲線匹配和對比，本文提出用Fourier-Mellin變換的圖像配準技術來實現(xiàn)曲線匹配和對比，不僅能實現(xiàn)一般曲線的匹配，而且能對經(jīng)過平

6、移、旋轉和縮放的曲線實現(xiàn)匹配，經(jīng)實驗驗證，效果很好。 (5)著重討論了簡單三維特征的識別。本文采用增量最小二乘法自動分區(qū)并識別平面和球面。而對于拉伸體、回轉體及掃描體等較為復雜平面，首先用高斯球曲率映射法得到曲面的拉伸(掃描)方向或旋轉軸，然后用切片技術和Fourier-Mellin曲線匹配技術，實現(xiàn)了拉伸體、回轉體及掃描體等造型特征的識別。 (6)結合實際應用，利用快速成型實驗驗證了基于本文算法開發(fā)的反求工程原型軟件T