發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 05:31

　　 逆向工程是實(shí)現(xiàn)自由曲面零件數(shù)字化仿制和改進(jìn)的一項(xiàng)重要技術(shù),擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。在目前的逆向工程中,都要由測量點(diǎn)云經(jīng)曲面擬合、等距、裁剪等操作進(jìn)行曲面重構(gòu),進(jìn)而才能在曲面模型上生成數(shù)控加工刀位,這類方法中的自由曲面重構(gòu)過程相當(dāng)繁瑣費(fèi)時(shí),而且精度難以保證。由此,我們派生出由測量點(diǎn)云來直接生成數(shù)控加工路徑的思想,它可跳過復(fù)雜且難以控制的曲面重構(gòu)環(huán)節(jié)。 基于直接加工的思想,著重研究了散亂點(diǎn)云的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重建方法。通過大量零件表面數(shù)據(jù)的測量,比較自由曲面測量的各種手段,并采用TDV800型激光掃描儀測得典型零件的散亂點(diǎn)云作為研究對象,研究包括數(shù)據(jù)拼合、濾波、精簡及坐標(biāo)變換等預(yù)處理操作;在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)過程中,將散亂點(diǎn)云進(jìn)行等間隔區(qū)域分割,同時(shí)建立新的鏈表結(jié)構(gòu)分區(qū)存儲(chǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)通過鄰域法將點(diǎn)云進(jìn)行壓縮并投影至切平面,得到一系列的切平面散亂點(diǎn)集。由平面上點(diǎn)的二維坐標(biāo)定位,提出基于正交投影理論的雙映射算法。該算法能快速定位點(diǎn)的位置及其鄰域搜索范圍,采用雙映射算法對切平面上的散亂點(diǎn)進(jìn)行排序,分析平面點(diǎn)自然次序鄰接排序的局限性,通過計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)與其鄰近點(diǎn)的矢量分布趨勢,提出雙映射排序中鄰近次序點(diǎn)的判斷準(zhǔn)則,進(jìn)一步改進(jìn)雙映射排序算法,完成各切片上數(shù)據(jù)的拓?fù)渲貥?gòu)。在各切片之間,采用三角網(wǎng)格剖分手段來建立點(diǎn)云在空間的完整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并提出了相鄰截面線之間添加剖分線段的改進(jìn)算法,在網(wǎng)格線的二次剖分中,對剖分情況進(jìn)行分類,結(jié)合采用最小內(nèi)角法計(jì)算余下剖分線段。同時(shí)設(shè)計(jì)三角面片的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并保存輸出三角面片,完成點(diǎn)云截面線的三角化;針對本文各項(xiàng)研究,采用VC++編程開發(fā)工具結(jié)合OpenGL開放式圖形庫設(shè)計(jì)可視化應(yīng)用軟件,通過葉子和葉片等“點(diǎn)云”演示了軟件的可操作性及本文中提出的散亂點(diǎn)云拓?fù)渲貥?gòu)理論。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TH16
【部分圖文】：

各類數(shù)據(jù)處理技術(shù)，包括點(diǎn)云的整合構(gòu)造、精簡濾波，坐標(biāo)變換等。2.2 數(shù)據(jù)獲取方法分類與比較快速、全面、完備地獲取對象的表面信息，是數(shù)據(jù)獲取所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。自由曲線、曲面的測量過程是一個(gè)數(shù)字化過程，即通過一系列離散的點(diǎn)來表征曲線、曲面的原始形狀信息。數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率直接影響著后期的模型重建的進(jìn)程，各種測量方法的優(yōu)劣也是從其采集質(zhì)量和采集效率兩方面進(jìn)行評價(jià)。每次測量采樣得到的數(shù)據(jù)，可以通過與原型零件進(jìn)行對比判斷其測量值是否正確表征了對象的表面信息，對于同一對象，采用不同的測量路徑和采樣頻率，經(jīng)過處理后往往會(huì)得出不同的結(jié)果，這一問題對于復(fù)雜的自由曲面尤其突出。由此可見，在無法通過對整個(gè)曲面掃描得到曲面上所有形貌特征的情況下，測量路徑規(guī)劃就顯得十分重要。有關(guān)測量路徑規(guī)劃的研究也是逆向工程的研究熱點(diǎn)之一。首先應(yīng)保證盡可能完備地反映對象的幾何特征；其次，對于邊界、棱角、曲率變化較大的地方，在采樣時(shí)，一定要在測量規(guī)劃中得以體現(xiàn)：要盡可能完整地表現(xiàn)被測物體的型面特征，曲面越復(fù)雜的地方，采集點(diǎn)應(yīng)越密集。零件的測量方法一般可分為接觸式和非接觸式兩大類，目前隨著工業(yè) CT 等技術(shù)的發(fā)展，逆向工程中也習(xí)慣將逐層掃描方法歸為第三類測量方法（如圖 2-1）。

圖 2-3 點(diǎn)云拼合示例Fig 2-3 an example of point cloud combination2.4.3 數(shù)據(jù)濾波實(shí)際的測量過程中受到人為或隨機(jī)因素的影響，都不可避免會(huì)引入不合理的噪點(diǎn)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)約占數(shù)據(jù)總量的 0.1%-5%[35]。不同類型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，有不同的數(shù)據(jù)濾方法。對于掃描線類型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，常采用半交互半自動(dòng)的方法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整。對于散亂測量數(shù)據(jù)點(diǎn)，由于排序前拓?fù)潢P(guān)系散亂，執(zhí)行數(shù)據(jù)濾波非常困難，在般的數(shù)字信號處理中，數(shù)據(jù)濾波的方法主要有兩大類，一類是空間域方法，一類是頻域方法。主要的空間域方法有鄰域平均法、中值濾波、多次測量平均法等，主要的頻域方法為低通濾波。對于高密度點(diǎn)云，常采用程序自動(dòng)判別濾波:目前通常采用標(biāo)準(zhǔn)高斯(Gaussian)、點(diǎn)平均濾波(Averaging)、中值濾波(Median)以及自適應(yīng)濾波法[36]等方法（如圖 2-4）高斯濾波在指定域內(nèi)的權(quán)重為高斯分布，其平均效果較小，故在濾波時(shí)能較好地保持有數(shù)據(jù)的形貌。平均濾波采樣點(diǎn)的值取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)平均值。中值濾波樣點(diǎn)的值取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)中值，這種濾波消除毛刺的效果好。自適應(yīng)濾

圖 2-4 三種常用的濾波方法Fig.2-4 three kinds of data filtering methods數(shù)據(jù)，首先以測量精度作為距離閾值，將由于測量誤操作過對鄰近三點(diǎn)所形成的夾角和距離來進(jìn)行判斷、濾除噪音據(jù)，可以利用 Hardy 函數(shù)實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平滑濾波(如圖數(shù)據(jù)插值，它用多個(gè)二次曲面迭加構(gòu)成復(fù)雜曲面，可表示( ) ( ) ( )[ ]21122, ∑== miiiiZ xyCxxyy—插值點(diǎn)的 X,Y 坐標(biāo)�！ㄏ禂�(shù)，將數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)代入式(2.1)可得系數(shù)iC 。點(diǎn) q,其 K 鄰近為iN (i=0-K，點(diǎn)到 q 的距離最小的前 k 個(gè)點(diǎn)曲面 Z(X,Y)，然后將點(diǎn) q 的(X,Y)代入曲面方程求得函數(shù)在點(diǎn)云的某些部分，有些點(diǎn)明顯偏離附近點(diǎn)云的趨勢時(shí)內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行修正，來實(shí)現(xiàn)濾波。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 倪敏敏;基于幾何型的曲面重構(gòu)研究[D];江南大學(xué);2010年

本文編號：2836141