1 沈阳理工大学 自动化与电气工程学院，辽宁沈阳059
2 辽宁工程技术大学 电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛15105
点云配准是现代制造业中逆向工程、机器视觉等技术的重要组成部分，其效率和精度对获取的产品数据模型有重要影响。为提高3D物体点云配准的精度和效率，提出一种应用邻域点信息描述与匹配（Neighborhood point information Description and Matching， NDM）的点云配准方法。首先，在三个半径比例下根据点的曲率变化、测量角度和特征值性质提取特征点；其次，计算改进的法向量夹角、点密度和曲率值，获取多尺度矩阵描述符；然后，为描述符建立k维树获取匹配关系，并提出几何特征约束和刚性距离约束组合，剔除错误点对，实现粗配准；最后，通过k维树改进迭代最近点（Iterative Closest Point， ICP）算法完成精确配准。本文设计了实际物体点云配准和斯坦福模型模拟真实物体配准两组实验。结果表明，本文算法解决了经典ICP的局限性，配准精度提高2~5个量级；相较于其他算法，实物点云配准中本文算法的配准精度至少提高29%，效率可提高54%；斯坦福模拟实验中，本文算法的配准精度提高1%~99%，配准耗时降低3%~94%，表明本文算法是一种有效的物体表面点云的配准方法，可以提高配准精度和效率，有较好的鲁棒性。
逆向工程 机器视觉 点云配准 邻域点信息 迭代最近点 reverse engineering machine vision point cloud registration neighborhood point information iteration closest point
内蒙古科技大学机械学院, 内蒙古 包头 014010
逆向工程中点云模型孔洞边界的检测是孔洞修补的前提,完美的孔洞轮廓线有利于提高孔洞修补的质量。首先参照二维图像中边界的定义,给出了三维点云模型中孔洞边界的定义;之后通过分析待测点邻域协方差矩阵特征值之间的关系,设计了一种边界点检测算子,用于初步提取孔洞边界特征点;然后采用改进的Kruskal最小生成树算法构建点云最小生成图,并在最小生成图中完成孔洞边界点的排序与孔洞轮廓线的提取。实验结果表明:所提边界检测算子步骤简单,算法效率高;基于计算机图论的孔洞轮廓线生成算法提取的孔洞轮廓线具有光滑、连续的优点,并且在生成轮廓线的同时完成了孔洞聚类。
检测 点云 协方差矩阵 逆向工程 边界检测 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 242801
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 上海航天设备制造总厂有限公司, 上海 200245
航空发动机叶片长期工作在高温高压的涵道中,容易发生断裂、划道、形变等损伤。损伤叶片增材修复的关键是对其进行三维数字建模,模型的精度直接影响到熔覆制造的质量。基于航空发动机叶片的空间扭转特征,提出了一种非接触式的激光交叠式三维重建方法。利用扫描策略中线激光测头与叶片相对位置的特征矩阵初始化点云配准参数,通过分配权值缩小源点云规模,对迭代最近点算法进行优化。最后对点云数据进行精简、网格化,建立了损伤叶片的三维模型。在配准过程中,分析了点云块的交叠率对模型精度的影响。实验结果表明,当交叠率为50%时,采集时间短、信息完整度高,通过标准量块阶梯验证了模型的测量精度为10 μm,满足损伤叶片重建模型的精度要求。
航空发动机叶片 激光检测 点云处理 迭代最近点 逆向工程 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161504
新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047
为了提高曲面零件的熔覆加工效率和质量, 实现离线编程, 根据激光熔覆的工艺特性对曲面零件进行路径规划。基于逆向工程对零件建模, 根据模型提出一种基于切平面法的路径生成方法, 通过分析熔覆道搭接率来确定切平面间的距离, 利用有效加工离焦量得出轨迹上的插补点集, 通过计算插补点在三角形面片上的位置确定法矢, 并用偏置法计算出激光枪头的位置与姿态, 最后对曲面的熔覆层形貌和组织性能进行分析。相较于一般的路径规划算法, 该方法建立在满足激光熔覆工艺参数的前提下, 综合考虑了轨迹间距、光斑大小等多种因素, 提升了熔覆效率和质量, 利于实现激光熔覆在曲面零件再制造领域的推广。
激光技术 激光熔覆 逆向工程 曲面零件 轨迹规划 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 051401
杭州电子科技大学 机械工程学院 机械电子工程研究所, 杭州 310018
针对逆向工程中引导性曲面边界信息的快速获取问题, 系统地研究了共轴立体视觉测量方法, 建立该方法的数学模型, 详细分析了摄像机焦距、基线距等系统结构参数及被测点空间位置对测量精度的影响, 通过数学分析确定摄像机基线距的最佳取值范围, 研究共轴立体视觉测量系统特殊的极线几何关系.提出基于共轴立体视觉的曲面边界快速测量方法, 利用三坐标测量机的精密机械系统及精确的空间定位能力, 用单个摄像机以两次共轴定位摄取图像的方式实现共轴立体视觉测量功能, 然后利用共轴立体视觉外极线相互平行且通过各自像平面主点的特殊极线几何关系简化同源像点匹配过程, 从而快速获取被测曲面的边界信息.实验结果表明: 用基于三坐标测量机的单摄像机共轴立体视觉测量方法获取的曲面边界平均误差为0.268 mm, 基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.
立体视觉 逆向工程 边界提取 图像处理 图像匹配 Stereo vision Reverse engineering Boundary extraction Image processing Stereo matching
1 南昌工程学院 江西省精密驱动与控制重点实验室，江西 南昌 330099
2 南昌大学 机电工程学院，江西 南昌 330031
针对现有算法对尖锐特征曲面点云法矢估计不准确，点云处理时容易丢失曲面细节特征等问题，提出一 种尖锐特征曲面散乱点云法向估计法。该方法用主成分分析法粗估计点云法向; 然后，根据各邻域点的空间欧氏距离和法向距离对各邻域法向加权，用加权邻域法向之和来更新当前点的法向; 最后，测试估计法向与标准法向的误差，评价估计法矢的准确性，并且将估计的法向应用到点云数据处理中来比较特征保留效果。实验结果表明: 本文方法能够准确地估计尖锐特征曲面的法向，最小误差接近0。另外， 该方法对噪声有较好的鲁棒性，点云处理时能保留曲面的尖锐特征。相比于其他特征曲面法向估计法，所提出的方法估计的法向误差更小、速度更快、耗时更少。
散乱点云 尖锐特征 法向估计 逆向工程 特征保留 主成分分析 scattered point cloud sharp feature normal estimation reverse engineering feature preserving principal component analysis 光学 精密工程
2016, 24(10): 2581
1 郑州轻工业学院 机电工程学院, 河南 郑州 450002
2 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
针对三维扫描测量数据因为原始点云在获取时受环境等客观条件限制, 存在不可避免的噪声点、飞点、重叠点云等现象, 以致存在点云密度大、运算复杂、计算周期长等问题, 本文以在逆向工程中具有将三维物体几何信息转换为计算机能直接处理的二维数字信号的功能的三维光学扫描技术为基础, 研究了三维扫描技术应用的主要设备、常用软件、使用方法和实体建模商用软件, 研究了其原理及数学模型; 结合XJTUOM, 制定了扫描策略, 以某型号汽车皮带轮和减震器托盘为例进行了实践操作, 结果表明: 该设备能够满足在逆向工程的应用, 其扫描精度接近原始数模的相似度为98%。
逆向工程 三维扫描 实体建模 reverse engineering 3D scanning technology solid modeling Geomagic Geomagic
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 华南师范大学光电子材料与技术研究所, 广东 广州 510631
激光通信作为一种通信手段，以其抗干扰能力强、保密性好、功率集中等优点，在**和民用等领域得到广泛应用。为满足激光通信系统使用要求，提高信噪比，对系统中的滤光膜进行研制。选用Ti3O5和SiO2作为镀膜材料，依据倍频设计和双波长增透原理完成了三带通、宽反射带滤光膜的设计。通过膜厚缩放比例和逆向工程方法分析膜厚累积误差，重点解决了膜厚监控误差大的问题。制备的滤光膜在532 nm 和1064 nm 处透射率大于90%，808 nm处透射率大于85%，(1550±20) nm 处透射率小于0.4%，满足该系统环境测试要求。
薄膜 滤光膜 倍频设计 双波长增透 逆向工程
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室 ICT研究中心, 重庆 400044
2 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400044
由CT切片数据重建得到的三角网格模型常存在数据量大、狭长三角形多等问题，针对这些问题，研究了一种保持特征的高质量三角网格模型的简化优化方法。该方法分为网格简化和网格优化两个阶段。首先，采用基于曲面变化的二次误差度量计算边折叠代价，并按代价值的大小进行迭代的折叠简化，可较好地保持模型表面的特征；其次，通过二阶加权伞算子对简化模型中局部存在的狭长三角形进行优化处理，改善三角网格模型的质量。实验结果表明，该方法能够较好地保持特征区域的细节信息，并可靠地生成高质量、低几何误差的简化模型。
逆向工程 网格简化 网格优化 边折叠 二次误差度量 伞算子 reverse engineering mesh simplification mesh optimization edge collapse quadric error metric umbrella operator 强激光与粒子束
2014, 26(5): 059006
