一种新的NURBS曲面自适应离散方法

开发了一种NURBS曲面自适应三角形离散的新方法。采用“二叉／四叉”树进行曲面递归分割，同时结合节点细化提高利用控制点网格检验平坦度的准确性。为建立分割点的三角形拓扑关系，提出了一种两步骤的阵列式平面点集三角剖分的新型算法。计算实例表明，本离散方法具有产生三角形数量少、网格形态好、速度快以及通用性强等优点。     

空间三角形网格优化算法的研究

在反求工程领域中，从三角形优化的总体概念出发，要求形成的三角形尽量均匀，避免狭长三角形的出现。平面三角形网格的优化已有比较成熟的优化准则，但是通过对散乱点云的平面优化后，释放到空间坐标，由于点云受位置的约束，难免会出现狭长三角形比较集中的区域。为此，提出了一种空间环域三角形网格优化算法，通过设定的判断，将增加点法运用到具体网格中，获得了忍好的空间三角网格优化的效果。     

基于STL的切片法有限差分网格剖分的研究

铸件及铸型实体的三维网格自动剖分是金属凝固模拟按实际形状顺利进行的前提条件。应用将剖切面偏移奇异点的“切片法”对STL文件进行网格自动剖分，所生成的三维直角六面体网格为金属凝固数值模拟采用有限差分法计算提供了铸件和铸型实体的空间位置信息。该方法原理简单、编程实现快捷、适用于剖分任意形状的实体，是一种高效、高精度的剖分方法。     

基于有限差分非规则边界网格剖分技术

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场的模拟,而对复杂实体进行更为准确、快捷的三维网格划分对铸造过程模拟十分重要.本文在传统FDM结构化网格剖分算法基础上,开发出对实体边界区域采用20点坐标定义的不规则凸多面体网格进行离散的非规则边界网格剖分程序.剖分实例证明,这种剖分算法可以为大型、复杂的铸件铸造过程数值模拟提供更为准确的计算网格,可有效地消除传统有限差分剖分算法阶梯型边界网格近似边界区域所引起的计算误差.     

基于STL的切片线扫描法网格剖分技术

建立了运用切片线扫描法对STL文件格式实体进行网格剖分的算法,在处理奇异点方面,采用了合理方法.基于该算法开发了能对任意复杂实体进行三维网格剖分的程序.实例剖分结果表明,该方法的剖分效率高,并能保证剖分精度.     

一种任意二维区域图形的三角剖分方法

论文针对任意二维区域，提出了一新的三角单元剖分方法，该方法可以对任意二维区域进行剖分，并可自动扩疏，剖分单元除在边界外，在其他任何地方全部可保证是等腰直角三角形，此特点十分有利于有限元计算。     

基于B-rep边界约束的Delaunay四面体剖分

为实现B-rep的三维实体的四面体剖分,研究了网格划分过程中的关键问题.基于B-rep数据结构的拓扑关系,提出一种在网格划分过程中约束实体边界的策略.研究了包含插入点的包含域的合法性检验方法,并对其改进扩展以保证生成单元的有效性.在对点和面的拓扑关系进行预处理的基础上,提出了判断四面体单元是否被实体边界包围的面法向法和基于单元边的加密点生成算法.最后使用Delaunay逐点插入法结合以上算法实现对以B-rep为模型的三维实体的四面体单元网格划分,并通过实例得到验证.     

基于Delaunay三角剖分的磁控旋转电弧堆焊自由曲面重建

多层堆焊时,第二层焊缝受第一层焊缝的形状和焊接质量影响较大,一般需经人工观察实时调整堆焊参数和焊枪姿态,急需一种精准高效的堆焊三维曲面识别技术,以满足自动化堆焊的要求. 针对这一问题,提出一种基于采样点三维数据的分区间Kriging插值增长的Delaunay三角剖分模型,该方法根据磁控旋转电弧堆焊传感器采集的焊缝采样点数据,利用Kriging插值算法加权处理,得到相应的内点,将这些数据点进行分区间增长的Delaunay三角剖分,投影到三维空间中形成三角网格面片,完成堆焊曲面重建. 结果表明,该方法的曲面重建效果较好,实时性较高.     

基于海量点云的曲面增量扩展重建算法

针对现有的曲面重建算法难以兼顾海量点云数据重建效率与重建结果拓扑正确性的问题,提出一种基于局部样本扩展重建的曲面重建算法。采用二维Delaunay网格剖分与三维Delaunay网格过滤相结合的方法重建曲面局部样本;通过鉴别新生成面片相关样点Cocone近邻点的完整性,删除局部重建网格中重建不准确的边缘面片;基于波前环的扩张、分裂将上述局部重建过程传播至整个采样点集,获得插值于整体采样点集的二维定向流形网格曲面。实验表明,该算法能够在保证重建结果的拓扑正确性的基础上,显著提高海量点云的重建效率,适用于重建封闭和非封闭曲面。     

基于射线法的STL无锯齿变形六面体网格剖分算法

介绍了基于射线法的STL无锯齿变形六面体网格剖分算法的原理和实现方法;通过记录辅助点为基础,开发出了基于射线法的STL无锯齿变形六面体的网格自动剖分程序;实际运用结果表明,采用本算法对STL文件进行的有限差分网格剖分是一种切实可行的办法.剖分后表面锯齿化严重的问题得以解决,外表面光滑,更加接近于铸件实体.为后续计算和后处理显示奠定了基础.     

基于机器视觉的实体模型逆向重建系统

为了解决点激光扫描重建过程中点云稀疏、颜色纹理特征不明显的问题提出了一种基于相机图像信息与激光点云融合的三维重建方法。该方法结合线激光三角测距、相机坐标变换关系获取物体深度信息和点云数据,然后利用随机抽样一致(RANSAC)原理进行图像配准,实现对单目标实体的逆向建模。实验结果表明,该系统具有较高的可靠性和良好的精度,当扫描角度为0.2°时,系统重建误差小于0.2 mm,重建精度高于0.35%。     

航空发动机叶片数字化再制造方法研究

叶片作为航空发动机的关键部件,其数字化三维模型等核心技术资料一直由国外发动机厂商垄断。为获取航空发动机叶片的三维数字化模型,提出一种基于海量点云数据的叶片数字化模型重建方法。利用激光扫描仪获取的叶片点云数据;在点云数据预处理部分,进行点云对齐并合理精简;将点云数据截面转化为含有噪声的时域信号进行滤波,引入单树小波包分析方法,并通过坐标变换将其分割为叶盆面和叶背面;依据叶片的型面特点,采用不同方法对叶片截面边界进行拟合。反复上述过程,采用蒙面曲面的方法建立叶片数字化三维模型。实验结果表明,利用该方法建立的发动机叶片模型具有良好的光顺性和几何精度,明显提升了建模效率。     

复杂曲面边界线自动提取技术研究

复杂曲面零件的几何模型重构是逆向工程的研究重点之一,由零件表面的数字化数据提取边界线是构造几何模型的重要步骤。针对由CMM获取的三维数据“点云”,提出了经纬线扫描算法自动提取单值曲面边界线,提出了基于局部增量网格扩张的三维散乱数据三角剖分算法,实现了任意非封闭曲面边界线的自动提取。实践证明,通过该算法得到的复杂曲面的边界线能够满足模型重建的工程需求。     

逆向工程光栅投影点云模型配准技术的研究

三维点云配准技术的核心是建立两个待配准点云之间的对应关系。根据协方差分析计算点云配准需要的旋转矩阵和平移向量,将目标点云转换到基准坐标系中实现点云配准。采用光栅投射式三维扫描仪获取某花瓶4组点云数据,利用提出的算法实现无序点云精确配准,并分析点云对之间的转换误差。实验结果表明:4片点云配准耗时约为6 s,配准的平均误差为0.027 mm,配准完成的点云轮廓完整平滑,达到反求曲面要求。该方法适合精度要求较高的自由曲面三维点云自动配准。     

反向工程中数据点云的拼合

根据反向工程中数据获取的特点，提出了一种拼合从不同角度获得的物体表面数据点云的方法。该方法的基本思想是在物体表面附着若干个特殊参考点，然后识别和比较不同角度获得的图像中的参考点，找出具有相同拓扑特征的部分，最后通过这些共有参考点的匹配，达到拼合数据点云的目的。实践表明，这种方法简便易行，精度高。     

基于双边滤波的三维曲面重构技术在钢轨检测中的应用

钢轨廓形的测量对指导钢轨打磨、提高列车运行安全、延长钢轨寿命具有重要的意义。采用三维激光扫描重建技术,获取钢轨廓形点云数据;分别采用迭代最近邻算法、双边滤波法以及曲率精简法对钢轨点云数据进行拼接、降噪和精简处理;对比在不同高斯滤波参数下,该技术对钢轨点云数据的滤波效果。结合UM动力学软件和有限元分析软件对三维重构后的钢轨模型进行仿真对比分析。结果表明:采用该三维重构技术可以快速地对钢轨的型面进行重构;高斯滤波参数σ_c为20时,对钢轨点云数据的滤波效果较好,能够使钢轨轨顶保持良好的细节特征。     

基于第二代Curvelet变换的散乱点云去噪方法

提出了一种新的针对无组织散乱点云的去噪处理方案:首先,建立三维栅格阵列,并对散乱点进行空间栅格划分,初步确定散乱点之间的三维拓扑位置;第二步,运用最小二乘法确定栅格中散乱点的最佳逼近平面,以平面的法向量为z轴建立新的三维坐标系,并将栅格内的散乱点向该坐标系进行坐标转换。此方法对散乱点的深度信息具有很好的分离效果;第三步,将第二代Curvelet变换的最新研究进展引入到文章的方案中,对投影后的散乱点当做图像型数据进行Curvelet变换,设置阀值对变换后的系数进行筛选,从而达到去除噪声的目的。文中所采用的方案充分利用了无组织散乱点云中包含的深度信息,对噪声敏感。从试验的结果来看,获得了满意的散乱点云去噪结果。这些数据也可以作为快速成型制造和逆向工程的数据源。     

基于逆向工程的航空发动机叶片数字化建模

航空发动机叶片作为飞机发动机的关键部件之一,其修复质量的好坏直接影响着飞行安全。研究利用扫描获取的点云数据实现高压叶片面形数字化建模的方法。采用依曲率变步长的方法取得叶片的边界点,利用三次B样条曲线对边界点进行拟合得到发动机叶片的包络线,并利用该包络线和精简过的数据点云对发动机叶片进行数字化三维建模。建模结果表明,利用该方法建立出的发动机叶片模型具有良好的光顺性及精确性。     

焊缝表面缺陷激光扫描三维重构测量

为检测工件焊缝表面缺陷,采用点激光位移传感测距法和数据拟合技术进行焊缝表面缺陷检测试验研究. 首先采集缺陷表面轮廓数据点,利用高斯滤波对原始数据降噪处理. 再对处理后的数据点进行Delaunay三角剖分,使散乱点连接并结合其空间坐标重构出缺陷的三维模型. 结果表明,基于点激光位移传感测距技术及焊缝表面缺陷三维重构方法可以准确判断焊缝成形情况.     

基于COMET L3D三维结构光扫描仪的逆向技术研究

以某发电机端盖为例,介绍COMET L3D三维结构光扫描仪系统及点云数据获取的方法,描述了Geomagic Studio逆向软件对点云数据预处理的要点,重点探讨了发电机端盖这类铸造产品模型重构的步骤、方法以及注意事项,并进行了误差分析,最后获得了符合精度要求的数据模型。结果表明:通过借助COMET L3D三维结构光扫描仪对铸造产品进行逆向工程的研究,可在吸收原有逆向方法的基础上进行创新、改进,缩短新产品的研发周期。