[发明专利]基于空间编码投影的逆向工程加工系统与方法

说明书

技术领域

 本发明涉及基于空间编码投影的逆向工程，具体来说设计一种基于空间编码投影的逆向工程加工系统与方法。

背景技术

  逆向工程的研究与应用，国内发展时间相对较晚。上世纪90年代中后期，逆向工程才引起国内的学者的关注和重视。

南京航空航天大学的研究小组提出的基于截面数据的曲线重建没有运用基于特征的方法，即对于截面的数据点整体拟合一条B样条曲线，然后基于B样条曲线组进行蒙皮计算。山东大学研究小组李刚根据逆向工程的基本原理和流程,将现有的测量设备、逆向软件、CAD建模软件等有机地结合起来,对产品实物模型进行外形的三维数据测量、数据处理、曲面重建等，并且在此基础上，研究了接触式和非接触式测量方法的原理特点以及适合的场合;研究了如何在保证测量精度、正确反映几何形状的条件下,优化测量路径,减少测量数据点,提高测量效率,解决测量中遇到的各种问题。浙江大学吴守春运用理论和实践想结合的方法,对点云数据及网格数据的特性线提取、三角网格的脊线提取以及点云数据的形状识别进行了一定的研究,寻求计算效率高,结果美观的计算机算法。浙江大学谭光华对点云以及网格模型中的形状编辑问题进行理论探索与应用研究，旨在提高现有模型的可重用性以及变形编辑的效率，减少三维建模以及动画设计的工作量，提出了一个基于ObbGraph的大规模点云曲面自由变形的方法。该方法结合了传统的自由变形(Free Form Deform)比较快速的优点以及微分网格变形技术中特征保持的优点，从而在提高变形效率的同时，能够较好的保持点云曲面的局部几何细节。并且给出了点云曲面上顶点变形梯度的定义及其闭合解。不同于传统的定义于三角面片上的变形梯度，点云曲面的顶点变形梯度直接定义于点云曲面的每个顶点，从而无需类似网格的拓扑结构。山东大学何军围绕网格上的样条曲面拟合和网格模型变形技术等问题进行了深入探讨，针对网格上样条曲面拟合问题，提出一种在不规则控制网格上构造有理双三次曲面的新方法。通过均匀双三次B样条基函数的分解和子基函数的分类，使用类似于B样条曲面的方法在不规则控制网格上构造曲面。同时，针对网格模型尺寸调整问题，提出一种新的保持模型特征的尺寸调整方法，可以很好的保持模型的感知敏感区域的特征，将变形尽量分布到非敏感区域。针对网格模型变形问题，提出一种特征敏感的模型变形方法更加关注网格模型的特征细节。具体是通过在对偶网格中使用特征敏感度量的思想，直接将法向量考虑进来，因此特征敏感的拉普拉斯算子对特征细节非常敏感。

由于国内制造迅速发展,涌现出一大批高科技公司推动了逆向工程技术在我国迅速发展。西安爱德华测量设备有限公司,其在数控系统、测量软件及光学图像信息处理技术等核心技术上拥有自主知识产权,在三坐标数学处理模型的建立、PC总线下CNC控制、计算机图像处理与坐标测量技术研究领域已达到国际先进水平。由浙江大学和杭州一茗软件公司联合开发的RE-SOFT软件,提供了新一代以多级特征抽取、评价、设计、运算、再现以及分析为核心的反求建模范式独具特色的反求建模策略,为用户提供了将点云转化为设计概念、设计方法、功能原理、工程约束以及美学原理等高级信息的最先进求解方法。软件开发应用了模块化开发技术,由数据交换模块、反求造型模块、分析与测量模块、辅助工具模块、图形显示和用户交互模块组成。

逆向工程在数据处理、曲面片拟合、规则特征识别、专用商业软件和三维扫描仪的开发等方面已取得非常显著的进步。但在实际应用中,整个过程仍需大量的人工交互,操作者的经验和素质影响着产品的质量,自动重建曲面的光顺性难以保证,而且没有与实际加工结合的研发案例，因此迫切需要一种新的方法和系统解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于空间编码投影的逆向工程加工系统与方法，该方法通过视频手段获取被测物体空间尺度的坐标信息，将其转换成操控指令，在程控设备上快速成型，将视觉检测技术与快速加工技术相集成，建立一个面向高精密设备加工的自动检测与成型系统。

  为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于空间编码投影的逆向工程加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，1）向被采集物体投射空间编码，再通过视频手段获取被测物体的空间尺度的坐标信息，2）对采集到的图像进行处理，重构并优化为曲面模型；3）对生成的曲面模型进行分析计算，生成刀具路径。