本書圍繞逆向工程及智能制造技術(shù),重點介紹以數(shù)據(jù)點云語義特征理解和幾何特征生成為手段還原產(chǎn)品設(shè)計意圖,基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模關(guān)鍵技術(shù)及其在智能制造領(lǐng)域的應用。首先綜述了逆向工程的概念、CAD建模方法、建模技術(shù)及在智能制造中的應用;其次闡述了逆向工程的工作流程、軟硬件平臺;再次介紹了基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD建模框架及關(guān)鍵技術(shù):數(shù)據(jù)點云測量及預處理、基于多尺度分析的截面特征提取、曲面特征提取、約束驅(qū)動的特征模型優(yōu)化重建;最后給出了逆向工程在創(chuàng)新設(shè)計、數(shù)控加工、3D打印及再制造等智能制造領(lǐng)域的應用。
本書可供從事計算機輔助幾何設(shè)計、計算機視覺、機器視覺、數(shù)字化設(shè)計與制造等領(lǐng)域研究的科研人員以及從事計算機集成制造行業(yè)的企業(yè)界科技工作者閱讀,也可作為高等院校機械工程、自動化及計算機應用等專業(yè)高年級本科生和研究生的參考用書。
第1 章緒 論1
1.1 逆向工程技術(shù) / 2
1.1.1 逆向工程的概念 / 2
1.1.2 CAD 建模方法 / 4
1.1.3 逆向工程CAD 建模方法 / 5
1.1.4 逆向工程CAD 建模技術(shù) / 9
1.2 逆向工程在智能制造中的應用 / 15
1.2.1 智能制造 / 15
1.2.2 逆向工程技術(shù)在智能制造中的應用 / 16
第2 章逆向工程的技術(shù)基礎(chǔ)19
2.1 逆向工程技術(shù)的工作流程 / 20
2.2 逆向工程的硬件平臺 / 22
2.2.1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 / 22
2.2.2 加工制造設(shè)備 / 26
2.3 逆向工程的軟件平臺 / 27
2.3.1 數(shù)據(jù)采集與分析軟件 / 27
2.3.2 專用的逆向造型軟件 / 29
2.3.3 CAD 建模軟件 / 31
2.3.4 逆向工程在智能制造中的應用軟件 / 34
第3 章基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模39
3.1 基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模理論方法 / 40
3.1.1 變量化設(shè)計造型方法 / 40
3.1.2 基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模的提出 / 41
3.1.3 基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模的優(yōu)勢 / 42
3.2 基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模系統(tǒng)框架 / 43
3.2.1 逆向工程CAD 建模的特征分析 / 43
3.2.2 逆向工程CAD 建模的約束分析 / 44
3.2.3 系統(tǒng)框架 / 46
3.3 基于變量化設(shè)計的逆向工程CAD 建模關(guān)鍵技術(shù) / 48
3.3.1 數(shù)據(jù)點云預處理 / 48
3.3.2 特征提取和特征間約束識別 / 49
3.3.3 特征擬合 / 51
3.3.4 基于圖論的約束分解 / 52
3.3.5 優(yōu)化數(shù)值求解 / 53
第4 章數(shù)據(jù)測量及預處理55
4.1 數(shù)據(jù)測量 / 56
4.1.1 數(shù)據(jù)點云的分層 / 58
4.1.2 數(shù)據(jù)點云的分析 / 59
4.2 脈沖噪聲自適應檢測和濾除 / 60
4.2.1 基于全局統(tǒng)計特性分析的粗檢測 / 61
4.2.2 自適應弦偏差脈沖噪聲檢測 / 62
4.2.3 脈沖噪聲的自適應濾除 / 63
4.2.4 實例分析 / 64
4.3 基于3D 鄰域隨機噪聲濾波 / 66
4.3.1 激光掃描數(shù)據(jù)點云的相關(guān)性分析 / 66
4.3.2 激光掃描數(shù)據(jù)3D 鄰域 / 69
4.3.3 模糊加權(quán)均值濾波 / 70
4.3.4 基于3D 鄰域隨機噪聲濾波的算法步驟 / 71
4.3.5 實例分析 / 71
4.4 基于數(shù)據(jù)增強的多視點云匹配 / 77
4.4.1 基于分層連通區(qū)域的點云數(shù)據(jù)增強 / 77
4.4.2 基于同態(tài)濾波的點云數(shù)據(jù)增強 / 82
4.4.3 增強點云數(shù)據(jù)的SIFT 特征匹配 / 85
4.5 基于局部統(tǒng)計特性的數(shù)據(jù)精簡 / 92
4.5.1 激光掃描數(shù)據(jù)點云的區(qū)域類型確定 / 92
4.5.2 激光掃描數(shù)據(jù)的精簡 / 93
4.5.3 實例分析 / 95
第5 章基于多尺度分析的截面特征提取97
5.1 多尺度分析的提出 / 98
5.2 基于多尺度分析的截面特征分割 / 101
5.2.1 曲率尺度空間理論 / 101
5.2.2 尺度因子的確定 / 102
5.2.3 多尺度特征點融合 / 103
5.2.4 基于曲率尺度空間的截面特征分割 / 105
5.2.5 實例分析 / 105
5.3 基于多尺度分析的區(qū)域分割法 / 108
5.3.1 種子區(qū)域選擇 / 108
5.3.2 種子區(qū)域增長方式和標準 / 108
5.3.3 基于多尺度分析的種子增長算法 / 109
5.3.4 實例分析 / 110
5.4 截面曲線特征類型識別 / 110
5.4.1 特征支撐區(qū)域 / 111
5.4.2 基于面積的投影高度函數(shù) / 111
5.4.3 基于投影高度函數(shù)的曲線特征識別 / 112
5.4.4 圓錐曲線特征識別 / 113
5.5 截面曲線特征擬合 / 115
5.5.1 直線和圓弧擬合 / 115
5.5.2 圓錐曲線擬合 / 117
5.5.3 自由曲線擬合 / 119
第6 章曲面特征提取121
6.1 基于截面輪廓的曲面特征分割方法 / 122
6.2 基于截面特征相似性度量的曲面特征分割 / 123
6.2.1 形狀描述 / 124
6.2.2 相似性度量函數(shù) / 125
6.2.3 基于截面特征的相似性度量準則 / 126
6.2.4 實例 / 128
6.3 基于Curvelet 變換的曲面特征提取 / 129
6.3.1 第二代離散Curvelet 變換理論 / 129
6.3.2 基于Curvelet 變換的數(shù)據(jù)點云分析 / 131
6.3.3 數(shù)據(jù)點云邊緣增強 / 132
6.3.4 曲面特征提取 / 132
6.4 曲面特征識別 / 133
6.4.1 規(guī)則曲面特征識別 / 134
6.4.2 自由曲面造型特征識別 / 136
6.4.3 過渡曲面特征識別 / 137
6.4.4 自由曲面特征識別 / 138
6.5 曲面特征擬合 / 139
6.5.1 規(guī)則曲面特征擬合 / 139
6.5.2 自由曲面造型特征擬合 / 143
6.5.3 自由曲面擬合 / 144
6.5.4 過渡曲面擬合 / 145
第7 章基于約束驅(qū)動的特征模型優(yōu)化重建147
7.1 基于圖的幾何約束分解 / 148
7.1.1 有向約束圖表示 / 149
7.1.2 幾何約束圖的DSM 矩陣 / 150
7.1.3 基于DSM 的耦合約束消除 / 150
7.1.4 基于多尺度特征的幾何約束凝聚算法 / 152
7.1.5 實例分析 / 154
7.2 特征模型優(yōu)化的數(shù)值求解 / 157
7.2.1 約束的數(shù)學表示 / 157
7.2.2 數(shù)學模型的建立 / 159
7.2.3 特征模型優(yōu)化數(shù)值求解 / 160
7.2.4 實例分析 / 163
7.3 CAD 模型重建 / 164
7.3.1 CAD 模型重建的基本步驟 / 165
7.3.2 實例分析 / 165
第8 章面向智能制造的逆向工程應用169
8.1 逆向工程在創(chuàng)新設(shè)計中的應用 / 170
8.1.1 基于形態(tài)特征的逆向創(chuàng)新設(shè)計 / 170
8.1.2 應用實例 / 171
8.2 逆向工程在數(shù)控加工中的應用 / 174
8.2.1 復雜自由曲面模型逆向設(shè)計及數(shù)控加工 / 174
8.2.2 機器人腕關(guān)節(jié)模型重構(gòu)及數(shù)控加工 / 178
8.3 逆向工程在3D 打印中的應用 / 183
8.3.1 FDM 式3D 打印機 / 183
8.3.2 復雜曲面優(yōu)化設(shè)計及3D 打印 / 184
8.3.3 曳引機殼拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及3D 打印 / 189
8.4 逆向工程在再制造中的應用 / 195
8.4.1 逆向工程輔助廢舊零部件再制造 / 196
8.4.2 應用實例 / 197
參考文獻200
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