逆向工程中基于特征的實體模型重建關鍵技術研究.pdf

1、由實物樣件的測量數(shù)據(jù)重構其數(shù)字化模型是逆向工程的主要任務之一。與曲面模型相比，實體模型能夠更加完整、嚴密地描述物體的三維形貌，進行精確的體積、慣性和重心計算，實體模型重建已成為逆向工程領域新的研究熱點。特征是模型設計意圖的基本載體，實物樣件包含的特征信息對于重建符合設計表達的實體模型具有重要意義。本文對基于特征的實體模型重建進行了深入的研究，實現(xiàn)了基于實體特征融合、曲面特征縫合的實體模型重建。主要研究內容和成果如下： 對數(shù)據(jù)分塊

2、技術進行了研究。提出了基于法矢和面積準則的邊檢測算法，通過種子網(wǎng)格的“區(qū)域生長”將具有相似幾何屬性的三角片納入相同數(shù)據(jù)塊。實現(xiàn)了基于劣質三角片剔除、碎片融合、鄰接塊整體合并、塊分解合并、塊邊界修正的分塊模型優(yōu)化。由于關鍵參數(shù)可調節(jié)，該算法具有良好的靈活性，能對三角網(wǎng)格模型進行符合其特征構造的數(shù)據(jù)分塊。 研究了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的實體特征識別技術。建立了包含九種幾何特征的基本特征庫，設計了具有良好擴展性的基于BP網(wǎng)絡的特征識別器，提

3、出了基于截面形狀、開閉、凹凸等屬性自動對特征進行編碼的算法。經(jīng)過大量樣本訓練后的特征識別器能從測量數(shù)據(jù)中有效識別特征的類型。 研究了實體特征參數(shù)提取技術。建立了測量點到特征基本面距離誤差的概率模型，提出了基于極大似然估計法的分塊數(shù)據(jù)擬合和特征幾何、方位參數(shù)的計算方法。提出了用馬氏距離評價特征與測量點的貼合程度并推導了平面、圓柱面、圓錐面的馬氏距離表達式。實現(xiàn)了基于仿射變換的特征參數(shù)優(yōu)化求精。 針對包含裁剪曲面的型面類零件

4、的模型重建，提出了用B樣條曲面整體覆蓋、通過邊界曲線或曲面求交剪裁的裁剪曲面重建方法。設計了基于基準平面的數(shù)據(jù)點快速參數(shù)化算法；提出了基于有效點判別條件的孔洞識別算法，通過對孔洞區(qū)域的控制頂點施加頂點形狀保持條件確保了B樣條曲面擬合時最小二乘解的穩(wěn)定性；實現(xiàn)了基于誤差控制的B樣條曲面擬合和邊界曲線重構。該方法具有符合設計意圖、曲面在孔洞區(qū)域具有良好的形狀一致性、曲面重構精度高等特點。 對基于實體特征融合和曲面特征縫合的實體模型重

5、建技術進行了研究。設計了具有良好交互性的模型特征樹對重構特征和約束進行有效管理。實現(xiàn)了重構實體特征的參數(shù)化修改，使用戶可以基于設計意圖對重建特征進行修正。提出了實體特征間約束的自動識別、干涉檢查算法，實現(xiàn)了基于約束的實體特征融合與模型重建。研究了曲面間約束的自動檢測和基于約束的曲面整體擬合，設計了用于型面類零件的B-rep實體模型重建的曲面自動求交、裁剪和縫合算法。 以上研究成果已在實體模型重建軟件系統(tǒng)的研發(fā)中得到運用并成功應用