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基于逆向工程的汽车覆盖件模具边界特征的提取

作者:时间:2012-07-24来源:网络收藏

根据法矢nP0、则过矢量点P0的切平面方程为:

由此可得矢量点Pj在平面上的投影坐标为:

22.jpg

完成邻域点集的坐标局部参数化后,便可以应用加权最小二乘原理对邻域点集进行曲面拟合。然后利用高斯-亚当消元法求得该问题的最佳参数估计a*,b*,c*。于是可

得邻域点集的逼近曲面为h(u,v)=a*u2+b*uv+c*v2。由此可推导出该点的逼近主曲率和主方向。

曲面在P0的主方向可由下式给出的方程解出,即:

对应的主方向为:

在获得各点的曲率后,取曲率极值点作为特征点的候选点。

3 边界点的提取

一条曲线上的边界点可分为阶跃边界(高度不连续)、褶皱边界(切矢不连续)和光滑边界(曲率不连续)。

取曲率极值点或零交叉点(对第一种边界线来讲)作为离散曲面的边界点。基本思想如下:

(1)先选取一候选边界点P, 在该点两边沿主方向m1取最近的两邻近点T1,T2,求它们沿m1方向上的曲率KT1,KT2。如果k1大于KT1、KT2则该点为最大曲率极值点。

(2)同理选定主方向m2,在P点两边沿主方向取邻近点T3、T4,求他们沿m2方向上的曲率KT3、KT4,如果k2小于KT3、KT4,则该点为最小曲率极值点。

(3)对所有候选点进行上述操作,就可得到所需的全部边界点。

在数据点的界点提取之后,可对界点进行组织,去除伪界点,采用邻边编码链表算法形成一个有序的实体边界轮廓图[4]。实际反求时,封闭边界的提取可分为两步进行。首先是单边界的提取;其次是对单边界按序追踪,形成封闭边界。该算法可进一步实现边界特征提取的自动程度。但在覆盖件的逆向设计中,过渡曲面一般为光滑过渡,曲率变化不十分明显。用这种算法产生的边界轮廓并不能真正完成点云的较准确划分。因此,文中在特征点提取后,采用人机交互的方式,来生成封闭的边界轮廓特征。这样既避免了上面提到的单纯靠人机交互实现分片的缺点,又克服了单纯自动提出过程中对偏差不便调整的弊端。

4 实例和结论

该算法借鉴了文献中所提的方法,并进行了改进。文中所提算法不仅可用于规则数据点的特征点的提取,而且通过对散乱数据点的简化及三角网格化,可对其进行特征点的提取。本算法的优点是结构明晰,实现起来简单,相对单纯人机交互的方式,提高了精度,避免了大量尝试重构过程,相对自动算法提高了算法的灵活性。文中所提算法通过MFC和OpenGL 结合编程在上海大众公司SAN2000前围设计中得到应用,取得了很好的效果,图2和图3为SAN2000前围采用此方法的实例 。首先采用德国GOM公司生产的ATOS(Advanced Topometric Sensor )非接触式结构光测量仪,取得模具的数据点。借助surfacer软件完成对数据的预处理。然后利用文中的算法计算各数据点的法矢和曲率估算,提取边界特征点,完成数据分片。当然该算法也有比较大的局限性,对光滑过渡特征还不能很好地获得其完整边界,需通过人工交互进行调整。这还有待于在今后的研究中发现更好的方法。

参考文献

[1]姜寿山.Peter Eberhard.多边形和多面体顶点法矢的数值估计.计算机辅助设计与图形学学报,2002,14(8):763-767.

[2]朱心雄.自由曲线曲面造型技术.上海:科学出版社.

[3]Milroy J,Bradley,Vickers G W. Segmentation of a wraparound model using an active contour.ComputerAided Design,1997,29(4):299-320.

[4]M.Yang,E.Lee. Segmentation of measured point data using a parametric quadric surface approximation.ComputerAided Design,1999,31:449-457.

[5]张丽艳.海量测量数据简化技术研究.计算机辅助设计与图形学学报,2001,11(13):1019-1023.


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关键词: 逆向工程 模具 汽车

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