用逆向工程技术建立实物的数字化模型
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摘要
总结了作者在课题“用逆向工程技术建立实物的数字化模型”中所做的工作,系统地阐述了数字化模型建立的整个过程。
论文介绍了逆向工程技术的概念、在国内外发展的状况以及主要应用领域,指出了研究逆向工程的重要意义;系统地介绍了逆向工程中的数据测量方法,包括接触测量中的三坐标测量仪法,非接触测量中的光栅法和激光三角法以及逐层扫描测量中的CT扫描与核磁共振法、自动断层扫描法,并总结了它们各自的优缺点及使用范围;比较了国际上流行的用于逆向工程的软件,引出本文所使用的两种软件Surfacer和UG,并对Surfacer作了较为详细的介绍;总结了曲面重构中用到的理论,包括各种自由曲线曲面的数学表达式以及由自由曲线生成自由曲面的常用方法;对逆向工程的后处理关键技术,包括点数据的定位、点云的特征提取和区域分割以及曲面的重构等从理论和实践两个方面作了详尽的阐述,尝试把BP神经网络引入到点云分类中来并验证了其可行性;最后给出了一个手机外壳点云实例的完整曲面重构过程并引入快速成形技术,用快速成形机将手机外壳加工出来,完成了手机外壳的三维反求全过程。
This paper summarizes the author's work in the study of "Establishing a Object's Numerical Model using RE(Reverse Engineering) Technique" and systematically illustrates the whole process of establishing a numerical model.At first, the paper introduces the conception of RE technique, its development in the world and the main application, then points out the significant meaning of researching RE technique. Secondly, methods of data measure are explained in RE including three-dimensional measure machine method, raster method, laser triangle method, CT scan and NMR method and automatic section scan method. Advantages disadvantages and application areas of each method are showed simultaneously. Thirdly, two kinds of softwares Surfacer and UG used in the paper are educed after comparing the popular softwares throughout the world used in RE and Surfacer is emphasized. Theories used in surface reconstruction are summaried including mathematical expressions of different free curves and surfaces and general methods of surface building from curves. Critical techniques in the post treatment of RE including the registration of point data, feature extraction and region division of point clouds are expatiated in detail from theoretical and practical aspects. It deserves pointing out that the author has done further research in grouping point clouds. BP neural network is introduced to classify point clouds and it is proved to be a feasible method. Then an example of point clouds of mobile phone shell is given to show the whole process of surface reconstruction. At last, RP(Rapid prototyping) technique is introduced and the mobile phone shell is manufactured by the RP machine.
论文介绍了逆向工程技术的概念、在国内外发展的状况以及主要应用领域,指出了研究逆向工程的重要意义;系统地介绍了逆向工程中的数据测量方法,包括接触测量中的三坐标测量仪法,非接触测量中的光栅法和激光三角法以及逐层扫描测量中的CT扫描与核磁共振法、自动断层扫描法,并总结了它们各自的优缺点及使用范围;比较了国际上流行的用于逆向工程的软件,引出本文所使用的两种软件Surfacer和UG,并对Surfacer作了较为详细的介绍;总结了曲面重构中用到的理论,包括各种自由曲线曲面的数学表达式以及由自由曲线生成自由曲面的常用方法;对逆向工程的后处理关键技术,包括点数据的定位、点云的特征提取和区域分割以及曲面的重构等从理论和实践两个方面作了详尽的阐述,尝试把BP神经网络引入到点云分类中来并验证了其可行性;最后给出了一个手机外壳点云实例的完整曲面重构过程并引入快速成形技术,用快速成形机将手机外壳加工出来,完成了手机外壳的三维反求全过程。
This paper summarizes the author's work in the study of "Establishing a Object's Numerical Model using RE(Reverse Engineering) Technique" and systematically illustrates the whole process of establishing a numerical model.At first, the paper introduces the conception of RE technique, its development in the world and the main application, then points out the significant meaning of researching RE technique. Secondly, methods of data measure are explained in RE including three-dimensional measure machine method, raster method, laser triangle method, CT scan and NMR method and automatic section scan method. Advantages disadvantages and application areas of each method are showed simultaneously. Thirdly, two kinds of softwares Surfacer and UG used in the paper are educed after comparing the popular softwares throughout the world used in RE and Surfacer is emphasized. Theories used in surface reconstruction are summaried including mathematical expressions of different free curves and surfaces and general methods of surface building from curves. Critical techniques in the post treatment of RE including the registration of point data, feature extraction and region division of point clouds are expatiated in detail from theoretical and practical aspects. It deserves pointing out that the author has done further research in grouping point clouds. BP neural network is introduced to classify point clouds and it is proved to be a feasible method. Then an example of point clouds of mobile phone shell is given to show the whole process of surface reconstruction. At last, RP(Rapid prototyping) technique is introduced and the mobile phone shell is manufactured by the RP machine.
引文
[1] 郑飞.基于全景图像的快速体元造型,《机械工程学报》,1999,Vol.35,No.4
[2] 胡国军、钱荣芳等.基于逆向工程的数字化技术研究,《机床与液压》,2004.No.5
[3] 邢渊、周雄辉、阮雪榆.集成反向工程系统的模型和结构,《中国机械工程》,第8卷第6期,1997
[4] 许智钦、孙长库.3D逆向工程技术,中国计量出版社,2002年4月
[5] 王文深、狄文辉.反求工程技术及其应用,《河南机电高等专科学校学报》,第9卷第2期,2001年6月
[6] 刘艳妍.机械产品的反求设计,《机械研究与应用》,第16卷增刊,2003年8月
[7] 刘影、杭九全、万耀青.反求工程与现代设计,《机械设计》,1998,(12):1～4
[8] 苏海、杨跃奎等.快速原型制造技术中的反求工程,《昆明理工大学学报》,第26卷第4期,2001年8月
[9] 李强、王红梅.实物反求工程中的模型重建技术,《机械制造与自动化》,2003年8月,(4):17-20
[10] 金涛、陈建良、童水光.逆向工程技术研究进展,《中国机械工程》,第13卷第16期,2002年8月下半月
[11] 陈树民.基于快速原形制造的逆向工程数据处理关键技术的研究:硕士论文,辽宁工程技术大学,2002
[12] 逆向工程的研究动态,www.xian.cims.edu.cn
[13] Reverse Engineering Cases, me.mit.edu
[14] 滕功勇.快速成形中的反求工程:硕士论文,华中科技大学,2001
[15] 王宏.基于散乱点的复杂曲面重构技术的研究:硕士论文,燕山大学,2002
[16] 程俊廷.反求工程关键技术的研究:硕士论文,辽宁工程技术大学,2002
[17] 史桂蓉、邢渊、张永清.反向工程几何建模自动化系统,《上海交通大学学报》,第34卷第3期,2000年3月
[18] 齐从谦、陈亚洲等.反求工程中复杂曲面数字化重构关键技术的研究,《机械工程学报》,第39卷第4期,2003年4月
[19] 蔡玉俊等.基于逆向工程的模具CAD/CANUDNC技术,《模具工业》,2004.No.1 总275
[20] 史桂蓉、邢渊、张永清.反向工程应用现状及研究方向,《机械科学与技术》,第19卷第4期,2000年7月
[21] 李真、邢渊.反向工程在实际生产中的应用,《模具技术》,2001.No.3
[22] 董云庭、戴茂余.反向工程在技术引进中的应用研究,《杭州电子工业学院学报》,第15卷第4期,1995年12月
[23] 孟凯、乔炜、骆朝辉.反向工程与数字化扫描系统,《组合机床与自动化加工技术》,2003.No.7
[24] 邓劲莲、杨家强、何国金.复杂曲面反向工程的数字化测量及数据处理研究,中国制造业信息化,第32卷第2期,2003年2月
[25] 叶晓平.激光扫描技术在逆向工程中的应用,《制造技术与机床》,2004年第2期
[26] 李志奇、刘胜清.基于快速原型制造的反求工程,《机械》,第28卷增刊,2001年
[27] 张畅.快速造型技术中的反求工程,《中国机械工程》,1997,8(5):60～63
[28] 金涛、单岩、童水光.商品化CAD/CAM软件反向工程功能评述,《机械设计》,2000年5月
[29] 齐从谦.模具CAD/CAM中逆向工程和参数化研究:硕士论文,同济大学,2001
[30] 侯伯杰.自由曲面逆向工程技术的研究:硕士论文,郑州大学,2003
[31] 逆向工程技术——应用及软件,www.icad.com.cn, 2003-7-10
[32] 金涛、单岩、童水光.摩托车覆盖件模具的反求设计制造《模具工业》,2000.No.5 总231
[33] 温彤、刘承科等.复杂冲压零件数字模型的反求技术,《锻压机械》,6/2002
[34] 林瑞璋,王万强等.逆向工程软件Surfacer使用手册,全华科技图书股份有限公司
[35] 蔡清华、刘伟军等.基于Surfacer的点云数据的预处理研究,《机械设计与制造》,Aug.2003 No.4
[36] 孙江宏、陈秀梅等.UG/CAD工程设计基础教程,清华大学出版社,2002年1月
[37] 莫蓉、周惠群.UnigraphiCS 18版CAD应用基础,清华大学出版社,2002年1月
[38] 王小椿.基于点云数据的曲面重构技术的研究:博士论文,西安交通大学,2002
[39] 田竹友.逆向工程中NURBS曲面造型技术研究:硕士论文,北京机械工业学院,2002
[40] 金涛.反求工程中产品三维模型重建技术及应用研究:博士论文,浙江大学,2000
[41] Leonardis A、GuptaA、and Bajcsy. Segmentation of range images as a search for geometric parametric models, 《Int.J.of Computer Vision》, 1995, 14, 253-277
[42] Fitzgibbon, A W、Eggert D and Fisher, R B. High-level CAD model acquisition from range images, 《Computer Aided Design》, 1997, Vol29, No4, pp321～330
[43] Besl, P J and Jain, R C. Segmentation through variable-order surface fitting,《IEEE PAMI》, 10(2), 1988, 167～192
[44] Ghosal S、Mehrotra R. Range surface characterization and segmentation using neural networks, 《Pattern Recognition》, 1995, 28(5): 711～727
[45] 史桂蓉、邢渊、张永清.用神经网络进行散乱点的区域分割,《机械科学与技术》,第21卷第4期,2002年7月
[46] 武剑洁等.逆向工程中曲面重建的研究进展,《工程图学学报》,2004年第2期
[47] 史桂蓉.反向工程几何建模关键技术:博士论文,上海交通大学,2000
[48] Hoppe Hugues、et al. Surface reconstruction from unorganized points,《Computer Graphics》, 1992, 26(2): 71～78
[49] 壉柏青、许社教.计算机图形学,西安电子科技大学出版社,2006年6月
[50] 唐泽圣.计算机图形学基础,清华大学出版社,1995年12月
[51] 邢渊等.反向工程中模型重构技术的特点及比较,《航空精密制造技术》,第35卷第1期,1999
[52] 余心宏.逆向工程曲面重构技术研究:硕士论文,西北工业大学,2002
[53] Vergeest S M. CAD surface data exchange using STEP, 《Computer Aided Design》,1991,Vol. 23(1): 269～281
[54] 席平、刘勇.反向工程中的曲面光顺算法,《北京航空航天大学学报》,第28卷第2期,2002年4月
[55] 王三明、蒋军成.基于神经网络理论的系统安全评价模型,《工业安全与防尘》,2/2001
[56] 金菊良、丁晶.水资源系统工程,四川科学技术出版社,2002年
[57] 胡守仁、余少波、戴葵.神经网络导论,国防科技大学出版社,1993年
[58] 张军英、许进.二进前向人工神经网络——理论与应用,西安电子科技大学出版社,2001年
[59] 石晓祥、周雄辉等.产品反向工程和快速原型制造的集成技术,《上海交通大学学报》,第34卷第10期,2000年10月
[60] 赵灿.基于快速原型制造的逆向工程数据处理关键技术的研究:硕士论文,辽宁工程技术大学,2002
[61] 朱东波等.板料成形模具快速制造技术研究,《中国机械工程》,第13卷第6期,2002年3月下半月
[62] 何连英、陈勇.反求工程在工业设计中的应用,《新疆大学学报(自然科学 版)》,第21卷第1期,2004年2月
[63] 华涛.基于快速原型的快速模具制造技术的研究:硕士论文,大连理工大学,2003
[64] 许鹤峰等.数字化模具制造技术,化学工业出版社,2001年
[2] 胡国军、钱荣芳等.基于逆向工程的数字化技术研究,《机床与液压》,2004.No.5
[3] 邢渊、周雄辉、阮雪榆.集成反向工程系统的模型和结构,《中国机械工程》,第8卷第6期,1997
[4] 许智钦、孙长库.3D逆向工程技术,中国计量出版社,2002年4月
[5] 王文深、狄文辉.反求工程技术及其应用,《河南机电高等专科学校学报》,第9卷第2期,2001年6月
[6] 刘艳妍.机械产品的反求设计,《机械研究与应用》,第16卷增刊,2003年8月
[7] 刘影、杭九全、万耀青.反求工程与现代设计,《机械设计》,1998,(12):1～4
[8] 苏海、杨跃奎等.快速原型制造技术中的反求工程,《昆明理工大学学报》,第26卷第4期,2001年8月
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[10] 金涛、陈建良、童水光.逆向工程技术研究进展,《中国机械工程》,第13卷第16期,2002年8月下半月
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[14] 滕功勇.快速成形中的反求工程:硕士论文,华中科技大学,2001
[15] 王宏.基于散乱点的复杂曲面重构技术的研究:硕士论文,燕山大学,2002
[16] 程俊廷.反求工程关键技术的研究:硕士论文,辽宁工程技术大学,2002
[17] 史桂蓉、邢渊、张永清.反向工程几何建模自动化系统,《上海交通大学学报》,第34卷第3期,2000年3月
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[27] 张畅.快速造型技术中的反求工程,《中国机械工程》,1997,8(5):60～63
[28] 金涛、单岩、童水光.商品化CAD/CAM软件反向工程功能评述,《机械设计》,2000年5月
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[47] 史桂蓉.反向工程几何建模关键技术:博士论文,上海交通大学,2000
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[52] 余心宏.逆向工程曲面重构技术研究:硕士论文,西北工业大学,2002
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[56] 金菊良、丁晶.水资源系统工程,四川科学技术出版社,2002年
[57] 胡守仁、余少波、戴葵.神经网络导论,国防科技大学出版社,1993年
[58] 张军英、许进.二进前向人工神经网络——理论与应用,西安电子科技大学出版社,2001年
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