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逆向工程中的曲面重构技术研究

曾华明  
【摘要】:对于汽车摩托车车身、家用电器和手机外壳等具有复杂自由曲面的产品,用传统的正向设计方法难以进行造型设计,因此,逆向工程技术应运而生。逆向工程是一种从已有的物理模型中获取产品CAD模型的过程,特点是快捷、方便、直观,尤其适合于几何形状复杂,自由曲面很多的产品造型设计。其基本环节有:模型表面空间坐标数据测量、数据预处理、重构曲面模型、数字模型输出。 随着计算机技术与光电技术的发展,逆向工程的数据测量越来越倾向于采用三维光学扫描仪,其特点是速度快、精度高、扫描数据量大,每秒扫描的数据点可达15000个,可以充分表达零件的细节特征。这种大批量的数据点群俗称“点云”,根据点云数据构造曲面模型的方法,称为曲面重构技术。 曲面重构的内容包括选择曲面拟合的算法和曲面重构的方法。曲面拟合的算法目前以NURBS曲面发展的较为成熟,并且成为CAD/CAM系统的通用标准。而曲面重构的方法目前则显得不够完善,曲面重构工作目前主要通过人工交互建模来完成,曲面模型几何特征的识别、曲面光顺性与精确性的平衡把握,这些工作都依赖于建模人员的经验和技巧,对曲面建模的方法和规律还缺乏系统的归纳和总结。曲面重构的方法几乎成了少数人手中的一项“黑色技艺”,最终影响了逆向工程的推广和应用。 在翻阅了国内外大量的曲面重构方面的资料,并经过实践的分析与应用,本文针对基于点云数据的曲面重构技术提出以下的观点: 1.针对不同的零件与产品,对曲面的光顺性和精确性要求是不一样的,对于追求产品造型的外观件,尤其应注重于曲面的光顺程度。 2.在曲面拟合的各个环节中,拟合前要注重几何特征的合理规划,拟合时选用合适的算法和参数,拟合后则注重于多面体的过渡与衔接。 3.曲面模型应以“特征线”为中心进行重构,“特征线”是点云区域和重构曲面的边界线,“特征线”好比曲面模型的骨架,应用“特征线”可以进行划分点云区域,只要保证区域内的曲面拟合质量以及区域间(即“特征线”处)的曲面连续性,就不难重构出完整的曲面模型。 4.结合Surface的点云数据处理能力与UG NX的曲面编修能力,逆向设计宜采用两种软件取长补短,配套使用。 应用以上的曲面重构思路在一款弯梁型摩托车车身覆盖件的逆向设计中,取得了较好的建模效果。


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