激光三维扫描、重建技术在逆向工程中的应用

摘要

逆向(反求)工程是从实物模型测得的数据,构造出该物体CAD模型,继而将这些模型用于产品的分析和制造.相对于传统的正向设计方式,逆向工程适用于只有产品或实物模型,没有产品图纸的条件下实现产品的制造.因此,逆向工程在机械、航空、航天、医疗等领域的应用日益广泛并得到了越来越多的重视.该文在三维激光扫描的基础上,对逆向工程的关键技术进行了研究.分析和比较了逆向工程中常见的几种测量方法,介绍了激光三维扫描技术的意义、主要应用领域和国内外发展现状.结合叶片模型、胸罩模型及其他一些产品模型的扫描过程,以台湾3DFAMILY公司生产的LSH三维激光扫描系统为例,分析和研究了激光扫描仪的硬件组成、扫描控制软件Scan3Dnow的原理、特色及操作过程,提出了在扫描时应注意的关键问题及其解决方法.在保证测量出正确几何形状的前提下,探索最佳的测量规划,提高测量效率,减少测量数据点.阐述了逆向工程中数据处理的方法:数据格式转换及补偿、噪声点剔除、数据多视图拼合、数据分割、坐标变换、数据点加密、数据点排序的概念和原理.通过物体模型点云的处理过程,分析和研究了点云的处理方法.并根据数据处理的现状,对现有的数据处理软件的不足进行了探讨.对曲面重构的基本理论和方法进行了论述.探索出利用Surfacer软件对点云数据进行曲面重构的过程,总结了Surfacer在曲面重构中的方法、步骤和技巧.分析和比较了几种不同的建模方法.结合曲面重建的整个过程,从方便设计师掌握、应用和进行创新的角度,对测量设备、反求软件的改进提出自己的看法.在中国工业设计领域进行逆向工程技术的应用研究,将对提高中国产品造型的设计水平,降低产品设计成本,加快产品更新换代的速度,增强产品在国际市场上的竞争力有着很强的促进作用.该论文的研究工作丰富了工业产品造型设计的理论和方法,将促进逆向工程在工业设计中的应用和推广.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

1序论

1.1引言

1.2逆向工程的概念及其应用

1.3逆向工程在国内外的研究状况

1.4选题背景

1.5本文的主要研究工作

2数字化测量

2.1引言

2.2获取三维信息的基本方法

2.2.1按照所采用的技术划分

2.2.2按照设备划分

2.2.3两种测量方式之比较

2.3激光三维扫描技术的应用

2.3.1系统硬件组成

2.3.2扫描控制软件Scan3Dnow

2.4本章小结

3扫描数据的处理

3.1引言

3.2数据处理的方法

3.2.1数据格式转换及补偿

3.2.2噪声点剔除

3.2.3数据多视图拼合

3.2.4点云处理方法

3.2.5数据分割

3.2.6坐标变换

3.2.7数据点加密

3.2.8数据点排序

3.3 Surfacer在点处理中的应用

3.3.1 Surfacer的点处理过程

3.3.2 Surfacer的输入输出接口

3.4工业设计对数据处理软件的要求

3.5本章小结

4零件的曲面重构

4.1引言

4.2自由曲面重构的特点

4.3曲面重构的基本理论与方法

4.3.1自由曲面的参数化表示

4.3.2插值与逼进

4.3.3 NURBS曲线曲面

4.3.4参数曲面法重构

4.3.5参数曲面延伸

4.3.6参数曲面拼接

4.3.7参数曲面求交

4.3.8参数曲面裁剪

4.4 Surfacer在曲面重构中的应用

4.4.1曲线创建过程

4.4.2曲面创建过程

4.4.3几种不同的建模方法

4.5本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢