逆向工程中散乱点云数据处理和实体化研究

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与传统的设计方法相比,实物逆向设计是产品设计的新方法,是一个从产品实物到产品数字模型的设计下游往设计上游追溯的过程。实物逆向技术已被广泛应用于汽车工业、航天工业、电子产品、医学科技、机械工业等领域。目前,随着CAD/CAM技术的飞速发展,关于机械产品的逆向技术的研究越来越多,但关于具有复杂内腔和外形以及配合精度要求的鼠标的逆向研究报道尚不多见。  从原始鼠标、机械鼠标、光电鼠标(光学鼠标,激光鼠标)再到如今的触控鼠标,鼠标技术经历了几代的更新变换。鼠标是我们最频繁操作的设备之一,通过研究新材料并同时改进鼠标结构,可以提高鼠标的使用寿命,应用的进步让人们对鼠标开始提出更多的要求,包括舒适的操作手感、灵活的移动和准确定位、可靠性高、不需经常清洁,鼠标的美学设计和制作工艺也逐渐为人所重视。本文采用实物逆向工程技术对鼠标进行了逆向设计。  本文的研究对象为来源于日常生活中使用的鼠标,文中依据实物逆向工程的技术路线,基于激光三维扫描仪测得的点云数据,借助两个逆向工程软件Imageware、Geomagic Studio、通用CAD软件Pro/E,基于曲面重构对具有复杂内腔面的鼠标进行了逆向设计,获得了鼠标的数字设计参数、尺寸、形状和实体模型。文中对鼠标采用了适合的三维数据获取方式,测得鼠标表面的点云数据,对激光扫描仪测得的实物点云数据进行了数据预处理,包括点云降噪、多视对齐、对齐点云至软件坐标系、漏洞填充和数据分割等;并在预处理后的点云基础上,对鼠标的曲面模型进行重构,获得了鼠标的完整曲面,且曲面误差在给定的公差范围内;最后对逆向得到的曲面模型提取轮廓线,基于轮廓线构建实体,并由实体模型生成工程图,然后快速成型,经过试制验证了本文所提出方法的正确性和有效性。  本课题研究的创新点有:  ①从散乱点云提取角度对鼠标进行了逆向设计,提出了基于利用基于八叉树非均匀网格法,将点云处理成按扫描线存储的结构化测量数据,再利用空间采样(Space Sampling)距离误差法进行逐线精简,这样能够出来一些曲率变化大,具有复杂特征的散乱点云。  ②对相对复杂且具有配合精度要求的鼠标,基于三维扫描仪测得的海量点云数据进行了有效的可以用于准确的曲面重构的数据分割,为同类产品的逆向设计提供有价值的参考。  ③对相对复杂外形的鼠标,提出了基于轮廓线进行准确的三维建模的方法,这一方法可以应用于其他复杂曲面类零件的模型重建。
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