基于海量點(diǎn)云的復(fù)雜曲面重構(gòu)及誤差分析

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1、第１０卷第４期南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４２０１０年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｃ．，２０１０基于海量點(diǎn)云的復(fù)雜曲面重構(gòu)及誤差分析金葵（新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，新疆烏魯木齊８３００９１）摘要：對逆向重構(gòu)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中出現(xiàn)的一些技術(shù)問題，以海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對曲面重構(gòu)方法和技巧進(jìn)行了探討研究，并應(yīng)用３Ｄ點(diǎn)云對重構(gòu)模型進(jìn)行了誤差分析。將該方法應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品復(fù)雜曲面的實(shí)際制造中，提高了設(shè)計(jì)精度，縮短了生產(chǎn)周期

2、，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。關(guān)鍵詞：逆向工程；點(diǎn)云處理；曲面重構(gòu)；誤差分析中圖分類號：ＴＰ３９１．４１文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１６７１４６４４（２０１０）０４００１３０３１．２點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理引言數(shù)據(jù)采集技術(shù)是通過特定的測量設(shè)備和測量方法獲取常見工業(yè)產(chǎn)品中有大量的復(fù)雜曲面，如輪轂、葉片、夾具零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，是曲面重構(gòu)的基礎(chǔ)。等。這些曲面的設(shè)計(jì)制造直接影響了產(chǎn)品的性能和效率。在逆向工程的數(shù)據(jù)采集過程中，通常采用密集采樣方由于復(fù)雜曲面制造樣板需經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)與修改，因此開發(fā)式。由于測量得到

3、的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)非常龐大，但測量精度并非設(shè)計(jì)周期較長，校核判斷復(fù)雜。和測量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量成正比，其中包含大量無用的數(shù)據(jù)給后續(xù)逆向工程是在消化現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行更高水平的再工作帶來了困難；另外，應(yīng)用三維光學(xué)測量系統(tǒng)采集復(fù)雜曲創(chuàng)造過程，是對現(xiàn)有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。應(yīng)用逆向曲面重構(gòu)技術(shù)面原始測量數(shù)據(jù)時(shí)，掃描得到的產(chǎn)品外型數(shù)據(jù)會不可避免的可使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)和制造過程的各個(gè)階段從物體模型（實(shí)引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測量數(shù)據(jù)，測量物）上獲得數(shù)據(jù)信息并生成準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)替代模型，以獲得物數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍

4、的曲面片偏離原曲面；體模型和設(shè)計(jì)模型之間的比較差異，使新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制還有，由于測量采用的是光學(xué)原理，受光照條件、測量工件表造，起點(diǎn)高，周期短，成效快。面的反射特性和傳感器噪聲等的影響，測量數(shù)據(jù)還會存在大在海量點(diǎn)云采集的基礎(chǔ)上，應(yīng)用曲面重構(gòu)基本理論，結(jié)量無用的數(shù)據(jù)，即所謂“噪聲”點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)的存在對零件的［１］合正逆向工程軟件，取長補(bǔ)短，對復(fù)雜曲面進(jìn)行逆向三維重造型有害無益，要將其剔除。通常，對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立精確的光順的ＣＡＤ數(shù)字模型，并應(yīng)用３Ｄ點(diǎn)云處理的方法主要有以下幾種。對齊的方式對

5、重構(gòu)模型進(jìn)行誤差分析，以達(dá)到最佳的重構(gòu)（１）去噪音點(diǎn)效果。數(shù)據(jù)獲取的方法雖然多樣，但在實(shí)際的測量過程中受到人為或隨機(jī)因素的影響，都不可避免會引入不合理的噪音１曲面逆向重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)約占數(shù)據(jù)總量的０．１－５％。去除噪音點(diǎn)常用１．１樣件模型分析及方案制定的檢查方法是將點(diǎn)云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲在產(chǎn)品進(jìn)行三維實(shí)體重構(gòu)前首先應(yīng)做以下分析方可制面，采用半交互半自動的光順方法對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查定建模方案。調(diào)整。（１）了解模型的最終用途。曲面數(shù)字模型后續(xù)應(yīng)用的（２）數(shù)據(jù)精簡場合不同，對模型的要

6、求就不同。如果是用于ＲＰ原型或有對于高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于存在大量的冗余數(shù)據(jù)，有時(shí)限元分析，則要求得到封閉的曲面模型，曲面模型完成后要需要按一定要求減少測量點(diǎn)的數(shù)量。不同類型的“點(diǎn)云”可進(jìn)行封閉性檢查。如果用于ＣＡＭ加工，可以允許一定的曲采用不同的精簡方式，散亂“點(diǎn)云”可通過隨機(jī)采樣的方法來面間隙（曲面間位置誤差不能超過０．１２７ｍｍ，切向誤差要在精簡；對于掃描線“點(diǎn)云”和多邊形“點(diǎn)云”可采用等間距縮０．５０ｍｍ左右），同時(shí)要考慮刀具能否加工出曲面最小圓角。減、倍率縮減、等量縮減、弦偏差等方法；網(wǎng)格化“

7、點(diǎn)云”可采（２）了解客戶對于曲面的精度要求和光順度要求。對用等分布密度法和最小包圍區(qū)域法進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減。數(shù)據(jù)精于有裝配約束的面，對精度要求高一些。而對重要的外觀曲簡操作只是簡單地對原“點(diǎn)云”中的點(diǎn)進(jìn)行了刪減，不產(chǎn)生面而言，曲面的光順程度才是第一要考慮的要素。新點(diǎn)。（３）分析零件的幾何特征中，哪些是可以在曲面建模時(shí)（３）數(shù)據(jù)插補(bǔ)先忽略的，模型是否具有對稱特征等等。由于實(shí)物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測量儀器的限制，一種情況是在收稿日期：２０１００９２５作者簡介：金葵（１９７０），女，新疆烏魯木齊人，新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校講

8、師，工程碩士。１４南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第１０卷第４期實(shí)物數(shù)字化時(shí)會存在一些探頭無法測量的區(qū)域。常用的解本文采用的檢測方法是將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模與原零件掃描點(diǎn)云決辦法是通過數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來補(bǔ)齊“空白”處的數(shù)據(jù)，最大進(jìn)行３Ｄ點(diǎn)云對齊比較，用彩色圖顯示之間差異，并將數(shù)據(jù)直限度獲得實(shí)物剪裁前的信息，這將有助于模型重建工作，并觀顯示出來，根據(jù)建模方案及時(shí)調(diào)整誤差。使恢復(fù)的模型更加準(zhǔn)確。目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)２應(yīng)用實(shí)例方法主要有實(shí)物填充法、造型設(shè)計(jì)法和曲線、曲面插值