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制造業(yè)原尺模型云
簡(jiǎn)介
本文作者研制了一種新的方法來整合逆向工程( Re )和快速成型( RP ) . unorganised云數(shù)據(jù)直接切片并仿照二維( 2d )交叉路段. 基于這樣一種二維CAD模型 數(shù)據(jù)點(diǎn)直接轉(zhuǎn)化為成型切片數(shù)據(jù)輸入到成型機(jī)的制造. 在這個(gè)過程中,無論是曲面模型或STL文件生成. 都是從三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾個(gè)步驟做到這一點(diǎn)的:第一, 云數(shù)據(jù)是分割成若干層沿著用戶指定的方向前進(jìn). 點(diǎn),每一層都投射到平面. 其次,該平面的每一層都在清理和壓縮. 數(shù)據(jù)點(diǎn)平滑,然后用離散曲率的方法進(jìn)行分析. 第三,局部插值法用于添置點(diǎn)斷層處線的不足點(diǎn). 第四,兩平面之間的路段,每兩個(gè)相鄰的平面是創(chuàng)造的直接連接特征點(diǎn)( fps )的直線. 最后,一個(gè)rp文件分層生成了SLA機(jī)器. 發(fā)達(dá)法已經(jīng)實(shí)施的C / C對(duì)unigraphics平臺(tái).
作者關(guān)鍵詞:海量數(shù)據(jù); 快速原型; 逆向工程; 分割
介紹
逆向工程(重) ,是指建立CAD模型,從現(xiàn)有的實(shí)物, 其中可利用作為設(shè)計(jì)工具制作拷貝一個(gè)對(duì)象, 提取設(shè)計(jì)概念,以現(xiàn)有的模式,或重整現(xiàn)有的部分[1] . 重組,建立了產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法, 通常是以木材或陶土模擬為第一采樣,然后對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,為進(jìn)一步制作stylist的模式可以利用光學(xué)非接觸測(cè)量技術(shù)迅速解決問題,例如: 激光掃描器. 這通常產(chǎn)生大云數(shù)據(jù)集,通常是隨意散落的.
這種辦法改變了濃重的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集平面代表,可分為兩大類: 三角多面體網(wǎng)格法及分部和合適的方法[ 1 2 3 ] . 用以前的辦法,初步形成三角形構(gòu)造以捕獲未知的散亂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu). 將網(wǎng)格的質(zhì)量優(yōu)化,以減少多余的頂點(diǎn),然后曲率連續(xù)曲面重構(gòu),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用許多三角測(cè)量技術(shù)可以發(fā)現(xiàn),例如 三角算法[4 , 5] ,根據(jù)三角簽訂的距離函數(shù)[6]和三角基于α-形狀[7] . 得出三角云數(shù)據(jù)低效的過程[ 6 , 8 ] .
第二類, 云數(shù)據(jù)分成合適的小塊區(qū)域并使用一個(gè)適當(dāng)?shù)谋砻鎲窝b [9] .手動(dòng)分割三維實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是一個(gè)耗時(shí)且容易出錯(cuò)的過程, 一些研究者試圖執(zhí)行一個(gè)自動(dòng)分割算法[ 2月9日和10]. 但是,總的來說,目前分割的方法比較復(fù)雜或只能適用于簡(jiǎn)單的拓?fù)鋽?shù)據(jù)[10] . 因此,近年來 一些新穎的重新考慮直接制造云數(shù)據(jù)的方式并沒有涉及更有效率的表面重建和產(chǎn)品快速發(fā)展( rpd ) [8] . 不過,這些方法只能適用于結(jié)構(gòu)點(diǎn)數(shù)據(jù).
本文作者提出了基于誤差分割的方法,隨意散落云數(shù)據(jù). 我們的目標(biāo)是重新整合和快速成型( RP ) ,以使廠商和設(shè)計(jì)者滿足 縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間. 這要完成下列步驟. 首先,云數(shù)據(jù)分割成若干層沿著用戶指定的方向前進(jìn).,每一層都投射到平面. 其次是平面的每一層初始曲線的清理和壓縮. (即所謂的C曲線)，第三, 局部插值法(構(gòu)建R型曲線相應(yīng)點(diǎn)在不同層)用于添置點(diǎn) 切片線的不足點(diǎn). 最后,基于分層rp模型并直接傳送至快速成型機(jī)，基于這些技術(shù)的實(shí)驗(yàn),這是發(fā)達(dá)國家用來說明效果的做法.
2 . 云數(shù)據(jù)的區(qū)域分割
在本質(zhì)上, C-曲線是由一系列的特征點(diǎn)的平面曲線構(gòu)成的. 它基于三個(gè)步驟. 首先,云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,通過分割,預(yù)測(cè)和排序產(chǎn)生初始C-曲線. 其次, 最初的C曲線進(jìn)行壓縮,去除多余點(diǎn) ( fps ) ,對(duì)原來的形狀進(jìn)行改進(jìn)。資料記載的數(shù)據(jù)鏈路. 最后, C-曲線的構(gòu)造方法是把所有的fps用直線連接.在建設(shè)過程中這兩條曲線的形狀精度由幾個(gè)用戶指定的參數(shù)是控制的
2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理
第一步,是沿著用戶指定的分層方向和區(qū)間的直接切片云數(shù)據(jù)構(gòu)建C-曲線. 把整個(gè)數(shù)據(jù)集合,然后均勻切成片，其中有很多電腦投射的錯(cuò)誤觀點(diǎn). 假設(shè)用戶定義分層方向和一個(gè)數(shù)據(jù)集是X = ( p1 , p2 , ... , pn )分別. 該中心的數(shù)據(jù)集X計(jì)算
(1)
假設(shè)點(diǎn)o x是最接近PC機(jī)的, 字首平面與中心點(diǎn)O是單位正常的載體, 我們定義投影面數(shù)據(jù)集的十大預(yù)測(cè)誤差點(diǎn)丕x 然后計(jì)算
(2)
如果ei大于預(yù)先確定的形狀誤差,則數(shù)據(jù)集X均勻,再分成兩個(gè)亞群. 這個(gè)過程一直重復(fù),直到所有ei滿足需求.
經(jīng)過切片 各點(diǎn)投射到相應(yīng)的投影機(jī)和一個(gè)"清晰"的過程中
進(jìn)行投影點(diǎn)排序的目的分揀是成立一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平面數(shù)據(jù)以及清除錯(cuò)誤數(shù)據(jù),如高峰和重復(fù)數(shù)據(jù)建構(gòu)初步C-曲線的投影面. 這是由于預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的層unorganised的錯(cuò)誤填寫 但重要的是要選擇一個(gè)正確點(diǎn)開始排序. 排序算法是基于估計(jì)的切線向量,共分為五個(gè)步驟如下:
估計(jì)面向切線向量每個(gè)X是點(diǎn)在平面上 我們將K點(diǎn)的X最接近丕k當(dāng)作樣本并表示這一數(shù)據(jù)集. K是一個(gè)用戶指定的參數(shù)，它用于控制估算準(zhǔn)確性的起源切線向量. 如圖. 1 ( a ) ,起源切線向量的計(jì)算方法如下
(3)
取出下一點(diǎn)的開始點(diǎn)，丕X可以被選為第一起點(diǎn). 假定第一啟動(dòng)點(diǎn)和導(dǎo)向切線向量p0 ,分別為(圖1 ( b )款)殘值算法將先從P0開始， 一旦發(fā)現(xiàn)一個(gè)終點(diǎn)，,算法可以追溯到P0和檢索的方向
(4)
當(dāng)ρ是由于形狀誤差形成的時(shí)候，將作為一個(gè)新的起點(diǎn)和檢索繼續(xù),其面向正切載體. 刪除雜散點(diǎn)--步驟( 2 ) ,下次點(diǎn)的起點(diǎn)是決定值, 我們定義循環(huán)利用這兩個(gè)點(diǎn)的直徑是相等距離的點(diǎn)并刪除所有其內(nèi)的圓.
( 1 ) - ( 3 )組成一個(gè)檢索周期. 當(dāng)一個(gè)周期已經(jīng)完成, 各檢索點(diǎn)的周期都是聯(lián)系在一起,形成一個(gè)C曲線. 如果所有點(diǎn)在平面上標(biāo)注,則算法終止. 否則一種新的回收周期,恢復(fù)檢索點(diǎn), 在平面上產(chǎn)生了新的C-曲線. C曲線數(shù)量在不同的投影可能有所不同.
圖. 1 . 數(shù)據(jù)排序.
2.2 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)
預(yù)處理初步C-曲線投影面. 不過, 數(shù)據(jù)規(guī)模的曲線是非常大的,可能有大量復(fù)雜運(yùn)算,超過硬件設(shè)施了有限的內(nèi)存貯藏空間. 為了解決這個(gè)問題, 使用特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)壓縮算法,開發(fā)壓縮重復(fù)每個(gè)平面參數(shù)多項(xiàng)式. 獲得解的參數(shù)化多項(xiàng)式曲線,應(yīng)該至少有四點(diǎn). 因此,每一個(gè)投影面, C-135型曲線都應(yīng)考慮到,只有當(dāng)相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)超過4使才采用最小二乘法,得到未知系數(shù)的多項(xiàng)式.
由于基本形狀信息的平面曲線展示了它的fps或高曲率點(diǎn) 我們確定參數(shù)值及相應(yīng)的fps的逼近曲線如下:
目前壓縮算法是基于上述曲線的，其中包括下列步驟: (見圖. 2 ) :
找到所有的fps .
連接所有fps與直線生成多邊形. 計(jì)算距離點(diǎn)在C曲線的多邊形. 如果距離大于預(yù)先確定的形狀的誤差,這點(diǎn)是作為一種新的fp .
到步驟( 2 ) . 這個(gè)過程重復(fù),直到所有的點(diǎn)的曲線,滿足其相應(yīng)的距離,是在特定的形狀誤差.
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圖. 2 . 數(shù)據(jù)壓縮.
各點(diǎn)除fps外全部刪除. 最后C-曲線則由所有fps用直線連接
3 . 數(shù)據(jù)插值
在C曲線的建立 數(shù)據(jù)庫中的C曲線為構(gòu)建層(行) ,形成所謂的R曲線. 在本質(zhì)上建設(shè)R曲線的目的是建立一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)整齊, 從而協(xié)助i找到C曲線與不足點(diǎn). 所舉的例子顯示如圖. 3 ( a ) ,建設(shè)R曲線是基于預(yù)計(jì)切面,其中包括下列步驟:
估計(jì)切面每個(gè)點(diǎn)m -, m是一個(gè)用戶指定的參數(shù)，它用于控制精度估算的切面. 單位法線切平面可以計(jì)算單位向量3 × 3對(duì)稱 矩陣說明如下:
(5)
如果λi1≥λi2≥λi3字首特征值的一個(gè)相關(guān)單位,分別有切線估計(jì).
確定面向點(diǎn) C-曲線與CI ( z ) , R曲線與RI ( p ) 點(diǎn)數(shù)據(jù)集X和切平面點(diǎn)丕t ( z0 ) . 假定算法展開投影面t ( z0 ) ,如圖. 3 ( b )中,對(duì)象點(diǎn)丕整齊,是在C曲線上搜索所有要點(diǎn)p x
(6)
若ρ是由于形狀誤差形成的. 則上述不等式成立, p被稱為前排一點(diǎn)的檢索，否則必?zé)o取向爭(zhēng)論點(diǎn). 為了提高工作效率, 只是點(diǎn)的N區(qū)域投影面t 選定計(jì)算( N是指定的用戶) . 若N是選定沿著正常的正面的T , 面向點(diǎn)確定整齊的定義是下一行點(diǎn)的檢索. 若n是沿著相應(yīng)的消極點(diǎn),但已確定的一點(diǎn)是負(fù)點(diǎn)的有檢索點(diǎn). 這樣一來,對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的C -曲線,它的兩個(gè)對(duì)象點(diǎn)才能確定.
新建成R型曲線相交,然后形成一個(gè)新的起點(diǎn),因此增加了各自的C-曲線平面,如果它不存在的前相交(圖3 ( c )項(xiàng)) . 所取得的C-曲線faired使用一種基于離散曲率.
4 . 建設(shè)示范rp
雖然STL的文件已用于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的快速成型機(jī), 基于分層切片文件如SLC的檔案格式也是可以接受的快速成型機(jī). 這里的RP模型是基于faired C-曲線采用固定分層策略的. 如圖. 4 ,假定切片是介于C曲線詞( zk )和CI 1 ( zk ' ) ,相應(yīng)點(diǎn), pj ,是由計(jì)算
(7)
當(dāng)時(shí)( zk )和PM』( zk ' )是兩個(gè)最近點(diǎn)的 ( zk )和CI 1 ( zk ' ) .
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圖. 4 . 數(shù)據(jù)點(diǎn)的切片層與C曲線.
當(dāng)所有的分切層的產(chǎn)生點(diǎn),每一層都關(guān)閉,產(chǎn)生一種反相模式,直接送到成型機(jī) 捏造.
5 . 應(yīng)用實(shí)例
計(jì)算上述已實(shí)施的C / C是針對(duì)惠普c200工作在unigraphics環(huán)境. 一個(gè)案例就是在這里提出來說明效率的算法. 此案是一個(gè)模型,是由4個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊. 原始數(shù)據(jù)云104,175點(diǎn)(見圖. 5 ) .
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圖5 . 原始數(shù)據(jù)的云層.
切片方向獲得如圖. 6 ( a ) . 基于這樣的方向發(fā)展,海量數(shù)據(jù)的處理,以營造rp模式. 用一個(gè)用戶指定的形狀誤差形狀= 0.1毫米, 每一層厚度為0.2毫米. 經(jīng)過數(shù)據(jù)整理和壓縮,只有16,324點(diǎn)保存模型 (見圖. 6 ( b )項(xiàng)) . 它歷時(shí)約1小時(shí)的算法,運(yùn)行在惠普C200的工作環(huán)境. 最后三彎模型顯示圖7 ( A )和反相構(gòu)造模型圖. 七(二) . 這種模式是SLA成型機(jī)需要大約3小時(shí)才能完成的編造.
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圖6 . 模擬進(jìn)程.
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圖7 . 最后的模型.
6 . 結(jié)論
在這個(gè)文件中,一種新的方法被用來來處理隨意散云數(shù)據(jù)RP. 我們的方法是一種基于分層rp模型,它是直接摘自云數(shù)據(jù)并通過分層, 壓縮和交叉.無地表模型或STL文件生成. 該方法已被證明是有效的處理復(fù)雜曲面和提高運(yùn)算效率的方法. 然而,我們的做法目前只能處理海量數(shù)據(jù),無孔洞. 基于多回路所致切片云數(shù)據(jù)仍在發(fā)展中. 在另一方面,研究確定分層方向及其他參數(shù)也正在進(jìn)行之中.