并行工程.

并行工程逆向工程技术123目录逆向工程应用关键技术建模与仿真reverseengineering逆向产生复杂零件的设计快速模具的制造生产效率的要求缺乏设计资料逆向工程的应用领域•1、模具设计制造方面•2、用于难以用基本几何元素来表达与定义的复杂曲面•3、没有图纸或者图纸不全，没有CAD模型不能生产的情况•4、快速复制某些大型设备损坏的零件•5、对产品外形的美学有特别要求的领域•6、仿生产品制造研制•7、设计的零件要通过实验验证•8、快速检验零件制造精度逆向工程的重要过程逆向工程的关键点云数据的获取与处理点云数据去噪与生成面片与工业扫描数据对比质量检测解决难题•实物模型向CAD模型转换的过程中，新的三维CAD模型生成之前的数据处理问题一直是个急待解决的关键问题。如果用最初扫描得到的数据构建三维CAD模型，这样可以保证建模的精度要求，但所带来的严重问题是计算复杂，处理速度慢，存储信息量大，加大了产品的设计周期。解决办法•在逆向设计中，急需研究改进对数据压缩的处理技术，使其达到建模精度高，速度快并保证利用压缩后的数据点准确表示原始零件的理想效果。•基于点的点云处理技术是随着数据测量技术的进步而迅速发展起来的新技术。该项技术以点作为曲面绘制和造型的基本元素，在提高模型绘制与重建的速度、加强处理超大规模点云的能力和简化计算量等方面体现出独特的优势，目前已成为逆向工程的一个研究热点。点云数据处理•异常数据点排除和噪声滤波处理•多视拼合•压缩精简数据等工作。异常数据和噪声数据点滤波处理•（1）对明显的异常点和杂点，可通过肉眼判别，并用人机交互的方式直接删除•（2）高斯、平均或中值滤波算法•（3）基于曲率变化的曲线分段去噪法•（4）角度法和弦高差法多视拼合•由于被测工件过大或形状复杂，测量时很难一次测出整个样件数据，通常是对其重新定位获取不同方位的表面信息，这称为视。•保留从不同方向或位置测量获得的数据，各视之间会有一定的重叠，就是多视拼合问题。数据压缩和精简算法•有关数据精简和压缩的算法很多，不同类型的点云可采取不同的精简方式。•对于扫描线点云，其中较常见的有取样法、弦高偏移法、空间采样法、包围盒法、三维网格法等。多视拼合方法•（1）点处理，即直接对点云进行对齐拼合，再重构出原型；•（2）对各视局部构造几何形体，然后拼合形体。均匀取样法•均匀取样法是根据数据点的存储顺序，每隔（m-1）个数据点采取一个数据点，其他的数据点都被忽略，这里的m成为间隔（采样率）。等间距采样法随机采样法适合于实体是平面或接近于平面的情况下使用，缺点是很容易丢失边界特征及曲率变化较大区域的信息。弦高偏移法•根据抽样定理，抽样点的疏密应随曲面曲率的变化而变化，曲率越大抽样点越密。•弦高偏移法能根据法矢的变化情况对数据进行精简，这是比均匀采样法优胜的地方。它可以满足计算效率较高，曲率变化较大区域的数据精度。缺点是对于曲率变化较小且较平滑区域的精度不能得到很好的保证。均匀网格法•该方法是在垂直扫描方向构建一组大小相同的均匀网格，并根据压缩比确定网格尺寸。当数据点投影到网格平面上，把数据点分配至网格内，把网格内中间点作为特征点保留，其余的点删掉。•特点是计算简单，消耗的时间少，能够保留数据点的原有特征，但是它不考虑曲面形状特征，容易保留坏点，不考虑曲率变化，曲率变化较大的边界点容易被删除。•缺点是所用的均匀网格对捕捉产品的外部形状不敏感，压缩后的任何区域内数据点的密度是相同的，不能保证曲面曲率变化较大区域的拟合精度。非均匀三维网格压缩算法•该方法可以处理一次或多次获得的重叠的实物点云数据。以八叉树原理和非均匀三维网格细分方法为基础，对原始的点云长方形包络进行细化，找出每个网格中的特征点，删除其他点，从而达到数据压缩的目的。•该算法可处理各种形式的扫描点云数据，使压缩后的数据点密度随着曲面曲率变化而变化，曲面曲率大，数据点密度大，反之则小。这种方法占用内存少，计算速度快。•非均匀三维网格压缩算法是在均匀网格压缩算法的基础上研究并发展起来的，这种算法在保留了处理简单易实现优点的基础上克服了弱点，使之能够适应具体曲面的各种形状变化，确保压缩后的点云密度随着曲面的曲率变化而变化，并保留必要的边界处特征数据点，大大提高压缩后数据的精度和工作效率，为进行参量化的原型自动生成和随机模型修改重建提供了必要的理论基础和先进技术，对于解决复杂的汽车、模具曲面模型重建等具有重要的应用价值。点云数据处理发展•点云数据压缩方法是逆向设计中的关键技术之一。如何对数据进行压缩，使压缩后的数据减少计算复杂性，提高效率，保证重建曲面的精度，使压缩后的数据点密度随着曲面曲率的变化而变化是未来逆向设计中点云数据压缩的发展趋势。点云数据的来源从二维世界走向三维世界•点云数据的配准是真实世界物体三维模型重建的一个重要环节，它在反向工程、形状检测、计算机视觉等领域均有广泛的应用。由于被检测物体表面存在遮挡以及测量设备视域的限制，通常的测量设备一次只能获取物体的一个侧面的点云数据。由于在不同视角进行测量时的坐标系不同，所以必须将测量测量得到的不同坐标系下的物体表面的三维数据进行配准，将其转换到一个统一的坐标系下，最终得到物体整个表面的完整形状数据。配准方法•初始配准•1与测量设备有关的配准方法•2人机交互的配准方法•3基于对应量的配准方法•精细配准•icp算法细分曲面重建技术•细分曲面造型技术是曲面造型的一个分支，它是一种由粗到细的多分辨率曲面造型技术。细分曲面造型方法实际上是从一个称为控制网格的多边形网格开始，递归地计算新网格上的每一个顶点，这些顶点都是其上一细分层网格中若干个顶点的加权平均。曲面重建技术•三维模型的曲面重建是几何造型的一个重要研究领域，也是反向工程的重要环节。曲面重建的目的就是恢复实物模型的曲面形状，并使得重建曲面的形状尽可能的反应待建模型表面的形状特征。•根据重建曲面的类型，可将重建曲面的方法分为多面体网格重建、参数曲面重建、隐式曲面重建和细分曲面重建等。1多面体网格重建•一般来说，从散乱数据点中重建实物表面的网格模型的方法可以分为如下几类：•（1）区域增长构造的方法•（2）基于雕刻的方法•（3）距离函数的方法2参数曲面重建技术•参数曲面一直是描述几何形状的主要工具，是曲面重建的方法。参数曲面起源于飞机、船舶的外形放样设计设计工艺，其理论基础由Coons和Bezier等人于20世纪60年代奠定。•基于B样条或NURBS曲面的四边域曲面重构方法适用于汽车、飞机、轮船等的曲面零件。•基于三角Bezier曲面的三角域曲面重构方法适用于表面具有无规则复杂表面的物体，特别是人脸、地貌等的自然物体、艺术品以及玩具等。3隐式曲面重建•隐式曲面常被用来定义几何物体，不等式f(x,y,z)≧0定义了空间中的实体，等式f(x,y,z)=0则定义了该实体的边界，即隐式曲面。相对于参数曲面，隐式曲面具有更多的自由度，从而在重建具有复杂的形状曲面时可以得到更高的光滑曲面。因此在曲面重建中，隐式曲面也得到了广泛的应用。参考文献•薛耀红，赵建平，蒋振刚.点云数据配准及曲面细分技术•[M].北京：国防工业出版社，2011•王秀英，刘锡国.逆向设计中点云数据处理技术的研究进展[M].机械设计与制造,2009•ShaneK.Curtis•StephenP.Harston•ChristopherA.Mattson.Thefundamentalsofbarrierstoreverseengineeringandtheirimplementationintomechanicalcomponents[J].ResEngDesign2011:(22)245–261•袁平.逆向工程技术的研究与应用[D].南昌:南昌航空大学2010.•陈丽.逆向工程关健技术的研究与应用[D].西安:西安工业大学,2011•祖文明.逆向工程测量规划与扫描技术的应用[D].昆明:昆明理工大学，2007•华晨亮.基于闭环理论的复合曲面重构研究[D].江苏:江南大学,2012