基于CMM逆向工程自动化技术研究

摘要

逆向工程是在已有产品的基础上,对产品进行剖析、理解和再设计。它以缩短产品研发周期、高效率、低成本的特点广泛应用于汽车、机械、航空、家电、通讯、国防等各大领域。在竞争日益激烈的市场要求下,逆向工程各项技术得到了空前发展;但目前的逆向建模方法主要采用人机交互修改CAD模型的方式完成,效率相对较低,建模的精度依赖于操作人员的经验,对复杂模型的建模较困难.
　　 本文提出了逆向工程自动化方法,它不仅可以减少对建模人员的经验要求,还可以提高建模效率,更能准确的表达模型曲面。其主要思想为利用三角网格模型能够表达任意复杂曲面并且容易实现的特性实现三角网格曲面的自动化建模,然后将曲面的三角形网格转化为四边形网格,在四边形网格上建立能够表达任意曲线形式曲面的NURBS曲面,实现高质量曲面片的构建,并将曲面片贴合到一起,得到整张曲面。
　　 围绕逆向工程自动化的思路,主要研究内容及结论如下:
　　 1.研究了CMM测量方法,实现了高尔夫球杆头数据测量,分析了实验中测量偏差产生机理,并采用数模对比的方式对所测数据进行验证,得到了可靠数据。
　　 2.对实验数据预处理,采用对应点匹配法完成多视图点云对齐;针对所测数据中噪声点,设计了单位点向量去噪方法,并得到了良好效果。
　　 3.三角网格模型的自动化建模及基于二面角的网格简化。研究了Delaunay三角剖分原理,在完成空间Delaunay四面体剖分的基础上,对散乱点数据点预处理,提出对剖分结果后处理算法,提取了模型的三角网格曲面,实现了三角网格模型的自动化建模。研究了Garland网格简化算法,在此基础上提出了基于二面角的三角网格简化算法。该算法在实现网格简化的同时,更好的保留了模型特征数据。
　　 4.基于Morse理论的数据分割。将Morse理论应用于逆向工程中,在三角网格曲面上提取Morse复形曲线,构建四边形网格并对所得四边形网格优化.采用Laplacian谱分析方法构造三角网格曲面上的Morse函数。根据曲面上四边形网格进行数据分割,基本实现了数据分割自动化过程。
　　 5.曲面构建及原型系统设计。研究了曲面构建原理,通过空间变换以及三角形内插值的方法,完成矩形网格的参数化,得到NURBS曲面片,并对曲面片拼接得到整体曲面。在Matlab的GUI平台上设计逆向工程原型系统,方便使用。
　　 根据逆向工程自动化思想,通过对逆向工程相关技术的学习和研究,基本实现了逆向工程的自动化。