逆向工程中基于特征的實體模型重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由實物樣件的測量數(shù)據(jù)重構(gòu)其數(shù)字化模型是逆向工程的主要任務(wù)之一。與曲面模型相比，實體模型能夠更加完整、嚴(yán)密地描述物體的三維形貌，進(jìn)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(lǐng)域新的研究熱點。特征是模型設(shè)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(shè)計表達(dá)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(jìn)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(nèi)容和成果如下： 對數(shù)據(jù)分塊

2、技術(shù)進(jìn)行了研究。提出了基于法矢和面積準(zhǔn)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(zhì)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(guān)鍵參數(shù)可調(diào)節(jié)，該算法具有良好的靈活性，能對三角網(wǎng)格模型進(jìn)行符合其特征構(gòu)造的數(shù)據(jù)分塊。 研究了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實體特征識別技術(shù)。建立了包含九種幾何特征的基本特征庫，設(shè)計了具有良好擴展性的基于BP網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行編碼的算法。經(jīng)過大量樣本訓(xùn)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(shù)。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(dǎo)了平面、圓柱面、圓錐面的馬氏距離表達(dá)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(shè)計了基于基準(zhǔn)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(gòu)。該方法具有符合設(shè)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(gòu)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(shù)進(jìn)行了研究。設(shè)計了具有良好交互性的模型特征樹對重構(gòu)特征和約束進(jìn)行有效管理。實現(xiàn)了重構(gòu)實體特征的參數(shù)化修改，使用戶可以基于設(shè)計意圖對重建特征進(jìn)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(shè)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(yīng)用