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为提高飞机装配精度和质量,以实测点云数据逆向重构的实测模型取代传统理论模型的飞机虚拟装配分析技术正在成为一种趋势。然而飞机零部件复杂多样,现有逆向工程软件的实测模型重构工作量大、效率低,极大地影响飞机虚拟装配分析周期。为此,本文研究了面向实测模型的几何特征识别与重构技术,提出了一种基于重构模板的几何特征识别和重构策略。本文的主要研究内容如下:
(1)分析飞机装配零部件理论模型的几何特征,介绍了基于重构模板的几何特征识别与重构策略,并研究了各类几何特征重构模板的构建方法,为实现几何特征的自动识别与重构提供依据。
(2)研究了基于重构模板的大规模散乱点云数据预处理方法。通过空间栅格法建立点云拓扑关系,实现点云k近邻快速搜索,并在此基础上计算点云法向量和曲率信息,再通过几何特征重构模板对点云数据粗分割。
(3)研究了粗分割点云的几何特征识别与重构方法。圆孔特征根据点云k近邻分布、欧氏聚类和椭圆拟合法识别边界特征点,然后投影特征点到支持面上拟合圆。蒙皮边界曲线根据重构模板的法平面集合提取边缘特征点,之后拟合 B 样条曲线。曲面特征采用基于面的区域生长方法分割点云,由重构模板确定分割种子点和初始曲面分割参数,最后分别拟合规则曲面和自由曲面。
在上述研究的基础上,本文开发了面向实测模型的几何特征识别与重构软件,基于该软件的重构实例验证了本文理论方法的正确性和实用性。
(1)分析飞机装配零部件理论模型的几何特征,介绍了基于重构模板的几何特征识别与重构策略,并研究了各类几何特征重构模板的构建方法,为实现几何特征的自动识别与重构提供依据。
(2)研究了基于重构模板的大规模散乱点云数据预处理方法。通过空间栅格法建立点云拓扑关系,实现点云k近邻快速搜索,并在此基础上计算点云法向量和曲率信息,再通过几何特征重构模板对点云数据粗分割。
(3)研究了粗分割点云的几何特征识别与重构方法。圆孔特征根据点云k近邻分布、欧氏聚类和椭圆拟合法识别边界特征点,然后投影特征点到支持面上拟合圆。蒙皮边界曲线根据重构模板的法平面集合提取边缘特征点,之后拟合 B 样条曲线。曲面特征采用基于面的区域生长方法分割点云,由重构模板确定分割种子点和初始曲面分割参数,最后分别拟合规则曲面和自由曲面。
在上述研究的基础上,本文开发了面向实测模型的几何特征识别与重构软件,基于该软件的重构实例验证了本文理论方法的正确性和实用性。