反求工程技术介绍.pptx

反求工程CAD建模理论、方法和系统;一、反求工程概述 ;■反求工程在机械、医学、工艺美术等领域得到了广泛的应用，特别在汽车、飞机等的外形设计中显示出了强大的实力。■反求工程是一门复杂的系统工程，它并不是对实物样件的简单拷贝，而是要通过样件， “反求”出可以重用和进行再创新设计所需的工程信息。反求工程研究的最终目标：寻找到一个自动或半自动的求解策略，通过这一策略能够建立与原型实物相对应的完整、一致表达的CAD模型，最理想的是全局参数化实体或表面模型。■反求工程建模主要包括：数据获取、数据预处理、数据分块及曲面拟合、CAD模型生成等四个阶段，其流程如下图所示。;;2.数据预处理技术 ;■数据匀化：样件本身复杂的拓扑结构和固定样件所用的夹具都会引起测量数据的局部缺失，这可能会给特征提取和曲面重构带来很大困难。在进行特征提取前，应通过一定的方法恢复丢失的测量信息，这就是数据匀化或数据补全技术。比较均匀分布或符合零件表面曲率变化而呈现疏密分布的测量数据，对于后续的特征提取和曲面重构具有重要的意义。;■数据压缩：随着激光测量技术的广泛应用，测量结果往往是大规模的，因此可能存在大量的冗余数据，在曲面造型前需要按一定要求减少测量点的数量，即进行数据压缩。不同类型的数据其压缩方法也不同。;3.特征提取与数据分块技术 ; ●基于边的方法－－主要针对图象数据的几何特征提取与区域分割。分割特征包括：尖边（Crease Edge）、跳跃边（Jump Edge）、光顺边（Smooth Edge,Virtual Edge）三种边界上的点及曲面上的点，根据边界数据点曲率的特殊性（极值点，不连续点）识别Crease edge与Jump edge上的点，然后利用边界数据点将图像数据分割成互不连通的独立区域。正象所有的基于边的区域分割方法一样，这种方法不能识别Smooth Edge，而且识别的边界通常不封闭，因此该方法很难获得良好结果。 ●误差控制和几何约束求解－－多数产品零件外形含有大量二次曲面，并且它们之间一般满足一定的位置约束关系，而在以往的特征曲面拟合算法中只以单一曲面的拟合误差最小作为优化条件。实际上复杂的反求工程建模提出了要求满足一定几何约束关系的特征曲面整体优化计算与特征分离问题， ;4.曲面重构技术 ; ●四边域曲面造型：（1）B样条曲面插值和逼近;（2）NURBS曲面插值和逼近;（3）扫略、拉伸、旋转面生成。 ●曲面编辑和分析：（1）求交、裁剪、过渡和延伸;（2）曲面光顺、曲面局部变形;（3）曲面曲率、法矢分析、误差计算以及最佳匹配分析等。;5.反求工程CAD造型软件 ; ●反求建模自动化程度低，人工交互多，建模效率低。用目前的反求软件建模时，在基于点云的特征提取、数据分块、曲面重建等操作和计算时都需要大量的交互操作，建模人员的经验和熟练程度对模型的质量和建模效率都有很大的影响。 ;●核心技术和功能有待进一步开发和完善。主要包括：;;二次曲面、过渡曲面特征提取;;含噪声的原始提取特征信息;;散乱点读入与组织 散乱点分块三角化 读入*.tri（SCANCURVE输出） 三角网格编辑 三角网格文件输入/输出 三角曲面生成;曲面缝合前;曲面搭接处理前;局部平滑再采样;“点云”逼近重构;NURBS曲面设计;NURBS曲面求交、裁剪和过渡;曲线光顺前;边界提取及混合切片计算;基于三角片的NURBS重构;局部孔斯曲面混合;局部光滑插值;复杂裁剪、局部修改设计;曲面光顺前;曲面光顺前;NURBS曲面重构误差分析 ;■ 汽车反求设计应用举例（汽车行业） ■ 摩托车反求设计举例（浙江吉利） ■ 其他工业应用实例（医学、玩具等） ;三、参数化建模技术 ;■ Roller根据参数化建模实现方法，把参数化设计和尺寸约束表达的工作做了分类，主要分为三类不同的实现方法：基于构造过程的方法、数字方法和基于人工智能的方法。 ●基于构造过程的方法使用设计流程的构造序（constructive sequence）达到对几何模型修改的目的，系统记录用户定义几何形体所执行的交互式操作。此方法不能直接地应用到参数化CAD系统中，因为它要求用户沿着前面记录的构造过程重新设计几何模型，因而设计过程不具弹性，达不到参数化系统所要求的为设计者提供对模型修改具有尽可能大的弹性度的目的。 ●数字方法又称代数方法，它是将约束转化为一系列的同步方程，再利用Newton-Raphson或其他数字及优化方法进行求解的过程。由于它的功能强大及其普遍性，数字方法为目前的商业化CAD系统所广泛采用。数字方法对初值要求特别高，此外，数字方法一般要求变量数和约束方程数相等，如果两者不等，即超约束或欠约束的情况下，需要采用一些特殊技术来处理。 ; ●基于人工智能的方法又称基于知识的方法，