逆向工程中数据点预处理程序系统的开发模板.doc

,,(,塞尔维亚学院,塞尔维亚和黑山,621000;,卢布尔雅那,斯洛文尼亚,6,SI-1000)摘要在当前市场要求极高的情况下,企业必须要反映迅速,在很短时间内开发出形状复杂的产品。用标准的CAD工具为这类产品建模,有时非常困难,甚至有些不可能。在此基础上出现的专门解决复杂形状产品设计的方法——逆向工程,在过去十年里发展相当快。虽然有了十年以上的快速发展,逆向工程还是有些明显的缺陷,其中一个主要问题是三维数字化结果质量差(噪音,计量错误,数据冗余,数据不完整等),这意味着表面重建精度较低。通过数据过滤、数据平滑、数据缩减可以解决或者至少可以改善这个问题,其的步骤大部分都包含在逆向工程的预处理阶段。本文为三维数字化数据点预处理系统提供了方案。所推荐的系统是基于目前主要在工业中应用的横截面方法。文中所提到的方案是目前已由实际应用和一些实验结果所证实。关键字:逆向工程;数据预处理;噪声滤波;数据整理1前言目前全球市场一方面需求表明,依靠快速和频繁的产品设计,新产品开发必要时间不断缩短。另一方面,出于对美学和人机工程学的要求,诸如包装、玩具、汽车这些产品的形状越来越复杂化。传统加工方式愈加难以满足这些要求。这就意味着会发展一种抽象的概念——一种思想,通过概念物,然后通过计算机辅助设计与制造进行设计。从这种意义上说,逆向工程技术为大部分当代市场需求都提供了解决方案,这种技术已经发展开来。十年前,逆向工程在文献中并不常见,实际应用则更是少见。而如今逆向工程技术在许多领域的应用已经屡不见鲜:工艺设计、软件工程、电影业、娱乐行业、化学工程、电子技术行业等。最近,逆向工程在电子机械系统行业中也有了应用的先例。从广泛意义上将,包括各种以确定的产品功能或分析理念和技术处理方法。这些方法应用在产品逆向工程的原始开发。毫无疑问,在CAD产品建模过程中,逆向工程所扮演的角色越来越重要,尤其是涉及到复杂表面加工,用现代CAD系统往往是非常困难甚至有些不可能。然而,这些复杂形状表面可以通过“艺术建模”(在粘土、石膏、高分子材料、木材等中)方法建模,然后用逆向工程技术将成品模型转化为CAD模型。不论是个体应用还是产品竞争,逆向工程在重设计过程中的应用都能够大大加速和改善过程本身。在没有足够的技术文件的情况下生产零部件和产品副本,逆向工程技术肯定是独占鳌头。2逆向工程中的数据点预处理逆向工程过程处理的出发点时一个物理对象,它可以是现有的零件、产品、手工模型或者通过一些快速成型技术得到的模型。这个物理对象经三维数字化、数据预处理和表面重构,转化成适合现代计算机辅助技术的模型,不过过程比较复杂。尽管逆向工程过程处理在过去几年获得快速发展,还是有些影响预处理质量的明显问题。最突出的问题之一便是以点云传开的三维数字化结果的质量,当然这也会大大影响建模的结构。很多种类的三维数字化系统已经存在,其中最突出的要数三坐标测量机,激光扫描仪、D摄像头、计算机断层扫描等。他们的共同点是存在噪音且在结果中有些错误,这意味着会有些模型会不合理。此外,现代三维数字化系统,尤其是激光系统,会产生大量的点,这一方面使得速度明显减缓,在极端情况下,也会防止数据点的处理。另一方面,太冗杂的数据点会导致表面建模不当。因此,在表面重构之前,有必要准备好点云。这个准备工作通常被称为“预处理”。截至应用数字化系统,逆向工程、表面重构、数据预处理阶段有不同的处理过程,有噪音和误差滤波器、数据优化、数据平滑、数据压缩、数据分段、数据回归等。在些处理过程中,噪音过滤、数据平滑和数据压缩最重要的阶段。前人研究成果过去十年中,已有大量逆向工程系统被开发。他们的方法中,应用了硬件组件(用于三位数字化)和软件支持,这个系统之间颇有不同。本节从目前数据点预处理的角度对已有的几个逆向工程系统的特点做一个简要概述。汤普森等人提出了一种交互式逆向工程系统——REFAB,这个系统允许用户自定义来自三维表面点集的机械特性模型。按照点云的生产特征认可标准,预处理所存在的问题严重超标了。当然,这种解决方案的应用是局限于有唯一机械特征标准零部件之中。王先生等人基于四轴激光扫描系统,提出了用于曲面设计的逆向工程系统。这个系统致力于三维数字化数据点的预处理,用中值滤波消除了脉冲式噪音。而且,根据扫描曲线的直线度,为冗余数据的消除提出了一种智能算法。李和吴[12]提出了一种结合逆向工程技术和快速成型技术的新颖算法。以相邻数据点曲率计算为依据,横截面数据压缩的智能算法也包含着数据预处理。卡伯恩等人结合视觉系统和三坐标测量机,为自由曲面的逆向工程提出了一种算法。通过为分类和数据压缩开发合理的程序来