1逆向工程關(guān)鍵技術(shù)(編輯修改稿)
2024-07-22 05:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 如Pro/Scantools、Point Cloudy等；而伴隨著逆向工程及其相關(guān)技術(shù)理論研究的深入進(jìn)行及其成果商業(yè)應(yīng)用的廣泛展開，大量的商業(yè)化專用逆向工程CAD建模系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前，市場上提供了逆向建模功能的系統(tǒng)達(dá)數(shù)十種之多，較具代表性的有EDS公司的Imageware Geomagic 公司的Geomagic Studio、Paraform公司的Paraform、PTC公司的ICEM Surf、DELCAM公司的CopyCAD軟件以及國內(nèi)浙江大學(xué)的ReSoft等。1. 逆向工程CAD系統(tǒng)的分類1）根據(jù)CAD系統(tǒng)提供方式分類以測量數(shù)據(jù)點為研究對象的逆向工程技術(shù)，其逆向軟件的開發(fā)經(jīng)歷了兩個階段。第一階段是一些商品化的CAD/CAM軟件集成進(jìn)專用的逆向模塊，典型的如PTC的Pro/Scantools模塊、CATIA的QSR/GSD/DSE/FS模塊及UG的Point cloudy功能等。隨著市場需求的增長，這些有限的功能模塊已不能滿足數(shù)據(jù)處理、造型等逆向技術(shù)的要求；第二階段是專用的逆向軟件開發(fā)，目前面世的產(chǎn)品類型已達(dá)數(shù)十種之多，典型的如Imageware,Geomagic,Polyworks,CopyCAD,ICEMSurf和RESoft等。2) 根據(jù)CAD系統(tǒng)建模特點與策略分類根據(jù)CAD系統(tǒng)提供方式的分類多少顯得有些籠統(tǒng)，難以為逆向軟件的類型提供更為明確的指導(dǎo)，因為逆向CAD建模通常都是曲面模型的構(gòu)建，對CAD系統(tǒng)的曲面、曲面處理功能要求較高，其分類沒有這方面的信息。再者，各種專用逆向軟件建模的側(cè)重點不一樣，從而實現(xiàn)特征提取與處理的功能也有很大的不同，如Imageware主要功能齊全，具有多種多樣的曲線曲面創(chuàng)建和編輯方法，但是它對點云進(jìn)行區(qū)域分割主要還是通過建模人員依據(jù)其特征識別的經(jīng)驗手動來完成，不能由系統(tǒng)自動實現(xiàn)；Geomagic區(qū)域分割自動能力很強(qiáng)，并可以完全自動地實現(xiàn)曲面的重建，但是創(chuàng)建特征線的方式又很單一，且重建的曲面片之間的連續(xù)程度不高。依據(jù)逆向建模系統(tǒng)實現(xiàn)曲面重建的特點，可以將曲面重建的方式劃分為傳統(tǒng)曲面造型方式和快速曲面造型方式兩類。傳統(tǒng)曲面造型方式在實現(xiàn)模型重建上通常有兩種方法。（1） 曲線擬合法，該方法先將測量點擬合成曲線，再通過曲面造型的方式將曲線構(gòu)建成曲面（曲面片），最后對各曲面片直接添加過渡約束和拼接操作完成曲面模型的重建。（2） 曲面片擬合法，該方法直接對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，生成曲面（曲面片），最后對曲面片進(jìn)行過渡、拼接和裁剪等曲面編輯操作，構(gòu)成曲面模型的重建。與傳統(tǒng)曲面造型方式相比，快速曲面造型方式通常是將點云模型進(jìn)行多邊形化，隨后通過多邊形模型進(jìn)行NURBS曲面擬合操作來實現(xiàn)曲面模型的重建。數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)預(yù)處理傳統(tǒng)曲面造型方式 快速曲面造型方式多邊形化處理曲面片擬合曲線擬合基本造型處理曲面片重建曲面片擬合，并同時完成曲面模型重建曲面模型重建實體模型下游應(yīng)用 實現(xiàn)曲面造型的基本作業(yè)流程傳統(tǒng)曲面造型方式主要表現(xiàn)為由點一線一面的經(jīng)典逆向建模流程，它使用NURBS曲面直線由曲線或測量點來創(chuàng)建曲面，其代表有Imageware，ICEM Surf和CopyCAD等。該方式下提供了兩種基本建模思路：一是由點直接到曲面的建模方法，這種方法是在對點云進(jìn)行區(qū)域分割后，直接應(yīng)用參數(shù)曲面片對各個特征點云進(jìn)行擬合，以獲得響應(yīng)特征的曲面基元，進(jìn)而對各曲面基元進(jìn)行處理，獲得目標(biāo)重建曲面，（a）所示：二是由點到曲線再到曲面的建模方法，這種方法是在用戶根據(jù)經(jīng)驗構(gòu)建的特征曲線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)曲面造型，而后通過響應(yīng)的處理以獲得目標(biāo)重建曲面的建模過程，（b）所示。傳統(tǒng)曲面造型延續(xù)了傳統(tǒng)正向CAD曲面造型的方法，并在點云處理與特征區(qū)域分割、特征線的提取與擬合及特征曲面片的創(chuàng)建方面提供了功能多樣化的方法，配合建模人員的經(jīng)驗，容易實現(xiàn)高質(zhì)量的曲面重建，但是進(jìn)行曲面重建需要大量建模時間的投入和熟練建模人員的參與。并且，由于基于NURBS曲面建模技術(shù)在曲面模型幾何特征的識別、重建曲面的光順性和精確度的平衡把握上，對建模人員的建模經(jīng)驗提出了很高的要求。 傳統(tǒng)曲面造型方式建模 快速曲面造型方式是通過對點云的網(wǎng)格化處理，建立多面體化表面來實現(xiàn)，其代表有Geomagic Studio 和Resoft 等。一個完整的網(wǎng)格化處理過程通常包括以下步驟：首先，從點云中重建三角網(wǎng)格曲面，再對這個三角網(wǎng)格曲面分片，得到一系列有四條邊界的子網(wǎng)格曲面；然后，對這些子網(wǎng)格逐一參數(shù)化；最后，用NURBS曲面片擬合每一片子網(wǎng)格曲面，得到保持一定連續(xù)性的曲面樣條，由此得到用NURBS曲面表示的CAD模型，可以用CAD軟件進(jìn)行后續(xù)處理，“三階段法”便是快速曲面造型曲面重建的一個典型說明。 快速曲面重建的“三階段法” 快速曲面造型方式的曲面重建方法簡單、直觀、適用于快速計算和實時顯示的領(lǐng)域，順應(yīng)了當(dāng)前許多CAD造型系統(tǒng)和快速原型制造系統(tǒng)模型多邊形表示的需要，已成為目前應(yīng)用廣泛的一類方法。然而，該類方法同時也存在計算量大、對計算機(jī)硬件要求高，曲面對點云的快速適配需要使用高階NURBS曲面等不足，而且面片之間難以實現(xiàn)曲率連續(xù)，難以實現(xiàn)高級曲面的創(chuàng)建。 總得說來，兩類曲面造型方式的差異主要表現(xiàn)在處理對象、重建對象及建模質(zhì)量等方面。1） 處理對象的異同 在傳統(tǒng)曲面造型方式的逆向系統(tǒng)中，所處理的點云涵蓋了對從低密度、較差質(zhì)量（如Pro/Pcantools）的高質(zhì)量、密度適中（如ICEM Suif、CopyCAD等），再到高密度整個范圍。如Imageware便可以接受絕大部分的CMM、Lzser Scan、Xray Scan 的資料，并且沒有點云密度和數(shù)據(jù)量大小的限制。只是在實
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