基于点云数据的逆向工程技术研究综述

在介绍了逆向工程的定义、逆向工程的流程及应用的基础上,综述了点云数据测量、数据预处理和模型重构的研究现状。首先介绍了点云数据测量方法的分类,然后重点分析了点云数据拓扑关系建立的方法及K近邻域索引的研究,多视点云数据拼合的点位法、固定球法、优化匹配法、特征匹配法及辅助装置法的研究,滤波去噪的方法,孔洞修复的原理,数据精简的方法,特征提取和曲面重建的基本思想和研究成果,最后展望了逆向工程技术的发展方向。

逆向工程中数字化测量与点云数据处理

逆向工程作为新产品开发和消化、吸收先进技术的重要手段,其应用越来越受到重视。本文主要总了逆向工程中数据测量方法及影响测量精度的因素,从噪声去除、多视对齐、数据光顺、数据精简、数据分割等方面讨论了点云数据的处理方法。

激光测量的自由曲面点云数据处理方法

介绍了基于VIVID910三维激光扫描仪在零部件上获取自由曲面点云数据的方法。针对点云数据中所存在的影响模型重构精度的各种因素,详细论述了无用杂点删除、多视点云对齐、数据点云合成、点云数据编辑、数据点云精简及数据点云平滑等预处理方法。实例表明,经过处理的点云数据有利于后续的曲线、曲面重构及模型重构。

摩托车覆盖件的逆向设计

介绍了逆向工程技术的定义及工作流程,整个流程分为数据采集、数据处理和曲面重构3个部分。摩托车覆盖件是整车造型的主体,外观质量要求高,对整车视觉效果影响很大。为了迅速准确地设计出高质量的覆盖件,首先利用LEICAT-SCAN扫描设备获取覆盖件的点云数据,然后在CATIA中进行数据处理并进行复杂曲面重构,为后续的分析、模具设计、NC加工奠定基础。最后加工出实体模型,试验证明了该方法的可行性,极大的缩短了产品的开发周期。

自由曲面扫描线测量点云数据处理技术

采用测量点云数据进行自由曲面的重构是逆向工程的关键技术之一,自由曲面重构的精度很大程度取决于点云数据处理技术。论文根据自由曲面测量点云数据比较普遍采用的数据组织方式——扫描线点云数据的特点,详细阐述了包括异常点去除、数据拼接与统一、平滑与滤波、数据精简等点云数据的处理技术,提出了自由曲面扫描线点云数据的高精度和自动化处理方法与流程。实例表明,经过自动处理的点云数据能够充分满足后续曲面重构建模的需要,并能为建模提供可靠的数据保障。

UG／Imageware在逆向工程曲面重构中的应用

结合曲面自身特点,采用ATOS扫描仪对其扫描得到点云数据,利用逆向造型软件Imageware强大的点云数据处理功能,采用4-边界法在Imageware中进行点云数据处理、曲线处理、曲面处理等,重构曲面模型并进行模型误差评价。利用UGNX4的曲面创建优势,将Imageware中提取4-边界曲线,导入UGNX4中创建曲面并进行光顺分析,直至得到最优化曲面。这种设计方法大大缩短了设计开发周期,提高产品的设计效率。

基于逆向工程技术的人体牙模三维模型重构

由于人体牙模是由非常复杂的自由曲面构成,设计比较困难。传统牙模模型的测量数据都是通过游标卡尺在石膏模型直接测量,会产生很大的误差,并且石膏模型应用于临床医学也会存在很多缺陷。为了探究光敏树脂型材料牙模在临床应学的可行性,采用逆向工程和快速成型技术的三维模型重构方法,首先使用三坐标非接触式扫描仪对石膏模型进行扫描得到大量点云数据,然后利用Geomagic Studio软件完成对点云数据的处理和CAD三维模型的重建,生成三维实体,采用SPS450型号的3D打印机打印出树脂实体模型。最后使用三坐标接触式测量仪对石膏模型和已生成的树脂模型进行一些重要数据的测量,对实验得到的数据进行对比分析,结果显示测量数据误差均在1mm内,在允许的误差范围之内,符合医用要求。

基于切片技术的点云数据预处理研究

针对扫描点云杂乱无序的特点,讨论了点云数据预处理的问题,提出了一种新的基于点云切片的数据预处理迭代算法.通过对点云最小包围盒进行均匀分割及分割后点云的密度分析,对密度过大的分割块进行迭代分割,建立了3个方向的点云切片和截面线.结果不仅大大减少了点云数据量,并且在点云密度过大的区域很好地保持了模型的原始特征,同时将原始的无序数据点集转化为具有层列结构的有序组织形式,确定了各点之间的相互关系,为后续曲线曲面拟合做了很好的准备.

基于逆向工程的空调遥控器三维模型设计研究

针对市场对家电产品开发周期日益苛刻的需求,为满足家电产品快速开发,快速更新的需要,以空调遥控器外形三维模型重建与再设计为例,从遥控器外形点云数据的快速测量、点云数据的处理、点云几何拓扑结构分析、主辅曲面重建以及结合新产品开发需求再设计遥控器三维模型结构等方面对家电产品的快速设计进行了研究。对基于逆向工程的家电产品三维模型快速设计方法进行了归纳,提出一种正、逆向设计相结合的产品三维模型快速设计方法。研究结果表明,基于逆向工程技术的再设计方法,有利于提高家电产品设计效率,为家电类产品的开发提供了一种方便、快捷的手段。

反求工程中三维几何形状测量及数据预处理

分析反求工程的体系结构 ,综合介绍实物三维几何形状测量方法及其技术特点和发展现状。

逆向工程技术在机械领域的应用

逆向工程技术已成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带,并成为实现新产品快速开发的重要技术手段。介绍了逆向工程的概念、技术流程、测量系统、常用软件以及实际应用。

基于工业摄影扫描测量方法的航空部件再制造逆向建模实践

为对某航空部件进行再修理、再制造,需对机翼后缘测绘和逆向建模,提出一种精度逐级控制的测绘方法。利用高精度激光跟踪仪对部件进行一级控制,并用工业摄影扫描测量系统进行二级控制,进而完成对点云的"填充式"扫描,最终将获取的点云数据用于逆向建模。以某机翼后缘结构部件测量为例,通过精度分析专用软件将实际建模结果与测绘数模进行比对,误差均在0.2mm以内,完全满足再制造设计要求。通过验证说明该测量方法建立的测绘数模精度高、效率快,为逆向建模技术提供了一种新的测量思路与方法,同时可作为航空产品测量检测的重要手段。

光学扫描测量精度影响因素及对策分析

根据反求工程实践经验 ,对利用光学扫描测量技术采集点云数据时影响精度的各种因素进行了归纳与分析 ,并针对造成误差的原因提出了相应的对策。

基于逆向工程与快速成型技术的发动机气道设计

在发动机气道设计中,运用逆向工程和快速成型集成技术,基于实物原型,获取其点云数据,构建曲面;三维曲面数据导入UGII软件进行分析、优化,并进行模具设计;将三维数模进行分层处理,并把分层文件传送到MAXUM FDM快速成型机内进行成型。此技术途径大大降低了气道设计周期与成本,为新老产品的开发、改进与创新提供了一定的参考价值。

基于非接触测量获取点云数据的预处理

非接触式点云数据获取在逆向工程、工业测量等领域应用广泛,通过投影光栅法获取产品点云数据也成为研究热点。通过坐标旋转法对多次扫描数据的拼接,实现数据拼合,保证产品信息完整。结合均匀网格法和非均匀网格法对获取点云数据进行精简和局部再精简。提出将曲线检测法和弦高差法配合使用实现了对数据的去噪。通过叶轮实例验证理论,提高了产品数据的完整性和精准度,为产品数据获取提供借鉴。

激光扫描系统在水轮机逆向工程中的应用

水轮机转轮叶片的修复是水轮机检修中的重要工作,采用传统方法进行叶片修复很难保证修复精度。基于数字化扫描获得水轮机转轮的点云数据,采用逆向工程的方法建立转轮的数学模型,可指导水轮机叶片的精确修复。以小浪底水电站水轮机备用转轮为对象,采用激光跟踪仪和关节臂式三坐标测量机建立复合扫描系统,通过对转轮进行数字化扫描,获得水轮机转轮全面的点云数据,从而建立水轮机转轮三维数字化模型。模型数据为水轮机转轮叶片的精确修复提供了量化依据,该方法对大型设备的精确测量也具有现实意义。

基于RexcanⅢ扫描仪的空调遥控器外形数据测量研究

RexcanⅢ流动式光学扫描仪基于光栅原理,利用系统标定和参考标志点来实现多幅图像的拼合对齐,是逆向工程领域中一种先进的非接触式光学扫描设备,能快速获取高质量电子产品空调遥控器外形三维点云数据,测量易于实现且测量范围大,测量速度快,测量点云数据质量好,更有利于下游数据建模与检测等应用.

基于逆向工程的车灯罩壳模具的快速设计与制造

逆向工程技术已成为模具CAD/CAM的制造技术之一,以车灯罩壳模为例,首先利用三维激光测量仪对零件进行测量,获取三维点云数据,然后利用UG软件将得到的轮廓数据三维重构,得到实物原型的三维数字模型,最后进行模具CAD/CAM。采用逆向工程技术可以快速实现模具的设计与制造,同时大大缩短了整个产品的开发周期。

快速成型及非接触式数据采集技术应用

快速成型是由计算机对产品零件进行三维模型设计,综合了计算机辅助设计、计算机辅助制造、激光技术、新材料技术等,省去传统加工所需要的刀具、夹具等,缩短了生产周期。通过逆向工程中的非接触式测量方法为例,介绍了产品测量应用及测量后处理,实践证明该方法是可行的。

光学照像测量及数据压缩方法研究

光学照像测量技术的发展大大提高了逆向工程技术中的数据测量速度,使快速方便地获取包含被测物体更多细节的大量数据成为可能,但庞大的点云数据影响了模型重建的效率和质量。如何压缩散乱数据点已成为逆向工程中一个重要的研究课题,本文在介绍光学照像原理的基础上,分析常用数据压缩方法以及一种以八叉树原理为基础的的数据压缩算法。