反求工程中扫描曲面特征的提取
基于反求工程的螺旋扫描件边界提取方法研究

第 1 7期
2 1 6月 0 1年
科
学
技
术
与
工
程
Vo. 1 N . 7 J n 0 1 11 o 1 u e2 1
17 — 1 1 ( 0 1 1— 97 0 6 1 85 2 1 ) 73 3 —5
S in e T c n lg n n ie rn ce c e h oo y a d E gn e i g
层析数据
边界 提取
特征点
中图法分类号
T 12 1 T3 1 H 3. P 9 ;
文献标志码
A
产 品数 字化 和 快速 原 型 技 术 的发 展 , 反 求 工 使
程 得 到 了越来 越 广泛 的应 用 和研 究 。V r y 将 反 aa … d
率 非 常低 。第 二 种 方 法 是 基 于点 云 的 边 界 特 征 提 取 。Je D ne 等 人 采 用 新 型 移 动 最 小 二 乘 法 ol ais l
⑥
2 l SiT c. nn . 0 c. 求工程 的螺旋扫描件边 界提取方法研究
芮执元 乔登 玉 郭俊锋
( 兰州 理工大 学机 电工程学 院, 兰州 7 0 5 ) 3 0 0
摘
要
复杂 曲面零件 的几何模 型重构是 反求工程 的研 究重 点之 一。针 对螺旋 零件表 面 的数 字化数 据提取 边界 线的 问题 ,
1 截 面轮 廓线的提 取
切片厚度 是影响获得二维轮廓曲线精确性的
重要 参 数 。实际 应用 中发 现 , 点 云 密 度 进 行 预 测 对
没 得 到完 全有 效 的解 决 。 同时 , 角 化 算 法 本 身 的 三
逆向工程中特征曲面的识别方法

( eat n o o p t c ne h i g U i rt aghuZ  ̄ n 10 7 hn ) Dp r tfC m ue Si c,Z ea n e i,H n zo h g30 2 ,C i me r e jn v sy a
维普资讯
第2 7卷 第 8期
20 0 7年 8月
文章编号 : 0 98 (0 7 0 2 1 0 1 1— 0 1 2 0 )8— 0 8— 3 0
计 算机应 用
Co u e p iain mp trAp l t s c o
Vo . 7 No 8 12 . At,ti a o tm c c a dapoi t nds c o o tosrc dm k r r et l e.T i rc cbly hsl rh a u t p rx i ia e r pi f ea aep o t t i n f pa s h s i i gi ll e mao t n fm n t u a n ii o d i n y y
g n rl q a r u fc 。T e ,c mp t e mer r p r fe c on n Ga s in s h r d c r au e c o d n t 。Th e ea u d i s ra e c h n o ue g o t p o e t o a h p i to u sa p e e a u v t r o r i a e y y n e
p e e td r s n e .F rd ,u i g q a r u fc o f i ie u a e a d c c l t e eT rmer o i e t y fe uf c d i y s u d i s ra e t tw t gv n s r c a u ae t lo t c t d n f r e s ra e a s n c i h f n l h i i n
matlab 点云曲面特征提取

一、概述在三维空间数据处理领域,点云曲面特征提取是一个重要的课题。
点云是由大量的三维坐标点构成的数据集,它可以用来描述三维空间中的物体的形状和结构。
曲面特征提取是指从点云数据中提取出物体表面的各种特征,例如曲率、法向量等,这些特征对于物体的识别、分割和重建具有重要意义。
Matlab作为一种强大的数学建模与仿真软件,提供了丰富的工具箱和函数,能够有效地进行点云曲面特征提取。
二、点云曲面特征提取的方法1. 曲率计算曲率是描述曲面弯曲程度的重要指标,能够帮助我们了解物体的表面特征。
在Matlab中,可以使用曲率计算函数来对点云数据进行曲面特征提取。
通过计算每个点的曲率,可以得到曲面的凹凸部分,进而进行曲面识别和重建。
2. 法向量估计法向量是描述曲面方向的重要特征,对于曲面的识别和分割非常有用。
在Matlab中,可以使用法向量估计函数对点云数据进行法向量计算。
通过估计每个点的法向量,可以得到曲面的朝向,帮助我们更好地理解曲面的结构和特征。
3. 边缘提取边缘是描述物体形状的重要线索,对于物体的识别和重建非常有帮助。
在Matlab中,可以使用边缘提取函数对点云数据进行边缘检测。
通过提取点云数据中的边缘信息,可以帮助我们更好地理解物体的形状和结构。
三、点云曲面特征提取的应用1. 工业制造在工业制造领域,点云曲面特征提取可以帮助工程师更好地了解产品的设计和加工情况,对产品的质量控制和生产过程优化具有重要意义。
利用Matlab进行点云曲面特征提取,可以帮助工程师更好地分析和处理产品的三维形状数据。
2. 地质勘探在地质勘探领域,点云曲面特征提取可以帮助地质学家更好地理解地下构造和岩层分布情况,对于矿产勘探和地质灾害预警具有重要意义。
利用Matlab进行点云曲面特征提取,可以帮助地质学家更好地分析和处理地质数据,提高勘探和预警效率。
3. 医学影像在医学影像领域,点云曲面特征提取可以帮助医生更好地分析和理解病人的三维影像数据,对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
逆向工程中自由曲面对称基准面提取技术研究

逆向工程中自由曲面对称基准面提取技术研究李燕【摘要】针对逆向工程中所测对称自由曲面的离散点云数据,探索了一种快速建立自由曲面对称基准面的方法.通过在自由曲面边界曲线上建立满足曲线对称的对称点的数学关系,利用Pro/E的优化设计功能,以迭代计算方法找到边界曲线上的对称点,再利用边界曲线上的对称点,建立曲面的对称基准面,最终利用对称基准面重构自由曲面,可保证重建曲面的完全对称.该方法在玩具、汽车、摩托车等复杂外形覆盖件重建中具有较高的实用价值.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P68-71)【关键词】三维点云数据;对称基准面;Pro/E;优化特征分析【作者】李燕【作者单位】武汉科技学院机电工程学院,湖北,武汉,430073【正文语种】中文【中图分类】TP391.72逆向工程常用于实现具有自由曲面特征的零件重建,如家用电器、玩具、汽车、摩托车的外形覆盖件等。
在进行完全对称零件的曲面重构时,由于零件加工和测量的误差,如果直接用所测的点云数据进行拟合,则得到的曲面不能保证其整体及局部特征的对称性,将会影响逆向工程的质量。
因此,具有对称性曲面的重构方法是首先重建对称基准面,在造型时完成一半的曲面的构建,然后通过对称平面镜像得到另一半曲面,这样重建的曲面是完全对称的。
曲面的对称基准面对实现曲面重构的准确性、确保装配定位精确和模型质量都是至关重要的。
在逆向工程领域,国内外学者针对有关三维特征的对称基准面的识别及重建问题进行了不断的探索研究,Friedberg[1]提出了一种寻找歪斜对称轴的方法;刘晓宇、刘德平等提出了一种在任意位置回转面轴线特征参数的提取方法[2];金涛等提出了一种利用对称特征点集信息,通过特征匹配重构对称平面,进而完成对称特征重建的方法[3];但这些方法目前还处在探索阶段,没有实际应用的文献报道。
在逆向工程三维曲面重建技术研究以及现有的逆向软件中,不论是对测量点的直接拟合,还是由测量点拟合截面曲线、再由曲线构建自由曲面,都没有考虑模型的对称基准问题。
轴流风机叶片反求与特征参数提取

轴流风机叶片反求与特征参数提取唐健;张惟斌;张伟【摘要】利用三维激光扫描仪测量得到风机叶片的三维点云数据,结合逆向工程设计理论与方法,对轴流风机叶片进行逆向建模,并反求出了叶片的几何参数和提取其动特性参数.根据轴流风机叶片特点,将风机叶片点云数据切片得到截面曲线,基于三次样条插值理论利用Matlab软件对截面曲线的叶盆和叶背进行拟合,用圆弧逼近叶型的前后缘,并基于二维草图约束技术对各截面曲线进行几何特征约束,最终反求得到了风机叶片模型,并提取得到了叶片的特征参数.结果表明,该方法能够快速、准确构造出风机叶片曲面,并提取到叶片的相关特征参数,为逆向工程中快速重构模型提供了方法.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2015(041)011【总页数】5页(P87-91)【关键词】轴流风机;反求;三次样条插值;特征约束;特征参数【作者】唐健;张惟斌;张伟【作者单位】西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039;西华大学流体及动力机械教育部重点实验室,四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TH474.80 引言轴流风机具有结构紧凑、压头高、流量大且反风性能优良等特点,被广泛应用于矿山行业的安全通风和地铁或者隧道施工相关领域的通风工程中。
轴流风机叶片是保证轴流风机工作效率的核心部件,其几何型面形状复杂,具有扭曲和不规则形性,使得叶片的造型方法一直成为人们研究的热点和难点。
风机叶片传统的开发一般过程包括空气动力学及几何设计、试验模型设计、结构计算分析、模型制造、模型试验验证等多个环节,整个研发周期长,研发成本高,已经很难满足激烈的市场竞争需要。
实际运行中叶身极易损坏,其腐蚀断裂后的三维模型不易获得,毁伤评估困难。
反求技术(Reverse Engineering)作为一种根据测量数据重构实物三维CAD 模型的方法,已成为解决这些问题的主要手段。
逆向工程中的曲面测量技术研究

集 ,利用相应 的软件进行 实物模 型三 维C D重构的过程。大 A
意是根据 已有 的条件和 结果 ,通过分析来推导 出具体 的实现 方法 。逆 向工程 技术和先进制造技术相结合 目前 已发展成 为 C DC M系统 中相对独立的研究领域。 自由曲面数字化是逆 A /A 向工程 的关键 技术之一 ,它采用 了基于计算机视觉 的光学非 接触 式测量方法 ,能够得到 自由曲面 的三维几何数据 。本文 介绍 了逆 向工程数据测量技术和 等距面指 导的 自由曲面 自动 测量 以及 曲面数字化 的方法。
21 AD .C 模型拟合 曲面
格减少数据 的方法和减 少多变形三 角形达到减 少数据 点的方 法进行测量 。实现逆 向工程 的基础和 关键 是高效、高精度地
获取产 品的数字化信 息。数字化设备主要可分为接触式数据 采集和 非接触式数据采集两大类。 11 .接触式数据采集 方法 接 触 式 数 据 采 集 通 常 是 运 用 指 定 的三 坐 标 测 量 机 ( MM ),根据 实物 的特征和测量的要求选择测头和方向, C
用数学表示 方法拟合修改算法、控 制参数及 曲面 重构 方 法 ,得到高质量 、高精度 的曲面模型。拟合 的曲面用 隐形 方 程f ,Y,z: 形式来表示 ,先按原形分别拟合出不同的区域 ( x )0 曲面 ,将数据点 分成不 同的区域 ,将不 同的曲面 或者 曲面 间 过渡 的方法连接起来构成一个 C D整体 。运 用实体 重构技术 A
进行 曲面拼接 时 ,要注意 曲面边界 的统 一和 光顺 及曲面裁减
首 先确 定测量 点数 和其 分布特 点 ,然后确 定测 量事 物的路 径 ,必要时要进行碰撞的检查采集数据。坐标测量机一般采
的限制 ,不能测量 一些易碎 、易变形的零件。如 :内孔、窄
反求工程技术介绍

●核心技术和功能有待进一步开发和完善。主要包括:
■有效去除噪声 ■数据补全及可控制压缩 ■点云快速三角化 ■内外边界特征提取 ■关键工艺特征提取和描述 ■特征尖锐边提取 ■二次曲面约束提取 ■旋转曲面特征提取 ■拉伸曲面特征提取 ■曲线约束逼近 ■曲面小波光顺 ■复杂多边域混合约束逼近 ■任意局部曲面再设计 ■曲面交互裁剪算法 ■曲面光顺性分析 ■曲面重构误差分析 ■最佳曲面匹配分析 ■基于点云的细分曲面造型
数据补全过程和实例
■数据压缩:随着激光测量技术的广泛应用,测量结果往往是 大规模的,因此可能存在大量的冗余数据,在曲面造型前需要 按一定要求减少测量点的数量,即进行数据压缩。不同类型的 数据其压缩方法也不同。
扫描点(68531个点)
均匀压缩(8298个点)
均匀压缩处理(0.31mm压缩至1.13mm)
4.曲面重构技术
■曲面重构是反求工程的最重要的一步,也是反求工程CAD建 模的主要目的之一。重构曲面的品质和精度直接影响最终产品 的CAD模型的优劣。 ■反求工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型,它有着 自身的特点:数据海量、不规则散乱分布、大量噪声和冗余数 据、多次测量结果的拼合、特征提取、数据分块等。 ■按曲面模型的表达形式分类,反求工程中的曲面重构方法大 致分为以三角Bezier曲面为基础的非拓扑矩形曲面构造方案, 以四边域B样条曲面、NURBS曲面为基础的曲面造型方案,以及 直接函数逼近和神经网络理论等综合方法。 ●三角曲面造型:(1)Bernstein-Bezier插值和全局G1协调; (2)Hope分片细分;(3)其他局域插值
裁剪曲面与一组平面求交
曲面/曲面求交
曲面/平面求交、裁剪
反求工程及其关键技术

反求工程及其关键技术反求工程是综合性很强的术语,它是以设计方法为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础。
运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和在创造,是已有设计的设计,再创造是反求的灵魂。
一、反求工程的含义反求工程是测量技术,数据处理技术,图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。
随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟,近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用,因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术,所以在汽车,摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计,家电产品外形设计,艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
反求工程将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
二、反求工程发展历史反求工程最早出现于二十世纪六七十年代。
二次世界大战后,为了急于恢复和振兴经济,日本在六十年代初提出了科技立国的方针:“一代引进,二代国产化,三代改进进出口,四代占领国际市场”,其中在汽车、电子、光学设备和家电行业上最为突出。
为了进行国产化,迫切的需要对引进的技术进行消化、吸收、改进和发展,这就是反求设计(Inverse Design)或者反求工程(Inverse Engineering)最初的出现的背景。
发展到现在,已成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或者重要的政策,反求工程的大量采用为日本在战后经济的恢复、经济振兴中发挥了不可替代的作用。
在实际的生产和生活中,任何产品的问世,包括创新、改进和仿制的,都蕴含着对已有科学、技术和产品的继承和发展。
因此反求工程在实际的工程应用中已很早就出现,而作为一门学问去研究,则是最近几十年才出现的。
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C 31 5/ P N4 —2 8 T
l S 1 0 — 3 X S N 0 7 1 0
计算 机工 程与科 学
C OMP E N NE RI & S E E UT R E GI E NG CI NC
2 0 年第 2 07 9卷第 5期
Vo . 9 No 5 2 0 12 . . . 0 7
文 章 编 号 :0 710 (0 70 —0 10 10 —3 X 2 0 ) 50 7-2
反求 工 程 中扫 描 曲面 特征 的提 取
S a n d S ra e Fe t r t a to c n e u f c a u e Ex r c i n
中 图分 类 号 , 3 17 . 9 .2 TP
文献标识码 : A
技术 , 已成为反求工程的研究热点之一 。
1 引 言
反 求工程 ( vreE gneig 是 相对 于 传统 C D Rees n ier ) n A/ C M 技术的工作流程而言 的 , A 是近 年发展 起来 的消化 、 吸 收和提高先进技 术的一 系列分析方法 和应 用技术 的组合 。
性。
Ab ta t A t o o x r c i g s a n d s  ̄a e f a u e a e n . r l l c o s s c i n p i t co d i r s n e , sr c : me h d f r e ta t c n e u c e t r s b s d o p a l r s e t o n l u s p e e t d n a e o b s d o h e i i o fs a n d s r a e F r ty t e ta k c r e o h c n e u f c s e t a td fo t e p r l l e — a e n t ed fn t n o c n e u f c . is l ,h r c u v ft e s a n d s r a e i x r c e r m h a al c i es t n p itco d wh c s p r le t n n l d st e ta k c r e S c n l , h e t n c r e i a s x r ce r m h a a — i o n l u ih i a a ll o a d i cu e h r c u . e o d y t es c i u s l o e t a td f o t ep r l o v o v l1s c in p i t l u ih i v ria t h r c u v .Th n a s a n d s ra e i u iu l e i e y t e s a n d ta k e e t n o d wh c e tc l o o c s wi t et a k c r e h e c n e u f c s n q ey d f d b c n e r c n h c r e a d t e s c i n c r e Ex e i n a e u t l s r t h e sb l y o h t o . u n h e t u . v o v p rme t lr s l i u ta e t e fa i i t ft e me h d sl i
摘
要: 根据扫描 曲面的定 义, 本文提 出了一种基于点云切 片数据 的扫描 曲面特征 的提取 方法。首先 , 由平行 且过扫
描 面特征 的切 片点云数据获取扫描 轨迹曲线 ; 着, 接 由垂直于扫描轨迹线 的切 片点云数据 获得 截面轮 廓线; 最后 , 由扫描轨 迹曲线和截面轮廓线即可确定扫描 面特征 。本文 算法 已在 UG OP N 上 实现 , 用 实例 证 明 了该方法 的正确性 和可行 / E 并
பைடு நூலகம்
扫描面包括两个 特征参 数 : 扫描轨 迹和轮 廓线 。扫 描 轨迹 和轮廓线 可以是任意类 型 的曲线或 曲线组合 , 扫描轨 迹 与轮廓线 所 属 平 面垂 直 。 目前 , UG、 R / n ier 如 P O E gne 等大 型通用 C / M 软件 , D A CA 构建 的扫描 面根据其轨迹线 是否在一平面 内分为扫描面 和螺旋扫 描面。前者的轨迹线
(. 昌大学 , 1南 江西 南 昌 3 02 ;.江西理工大学 , 3092 江西 赣州 3 1 0 ) 4 0 0
(. ac agU i ri , ac ag3 0 2 ;. i gi i ri f c nea dT c nlg , nh u3 1 0 , hn ) 1 N nh n nv s y N nh n 3 0 9 2Ja x vs t o i c n eh ooyGaz o 40 0 C i e t n Un e y S e a
i e e s g n e i g n R v r e En i e r n
朱根松 。 天瑞 潘 海鹏 胡世 飞 周 , ,
Z HU e o g -。 HOU in r i , G ms n  ̄ Z 一 T a -u PAN i e g , h f i Ha- n 1 HU S b e ’ p
关键词 : 反求工程 ; 特征识 别; 点云数据 ; 曲线
Ke r s r v r e e g n e i g;e t r e o n t n p i tco d c r e y wo d : e e s n i e r n fa u e r c g i o ; n l u ; u i o v