逆向工程特征提取技术的研究.

1、逆向工程中 特征提取技术的研究Research on Feature Extraction in Reverse Engineering 刘晓宇课题研究的意义 结合快速发展的激光技术和数控技术，逆向工程正在成为汽车、航空航天、模具、玩具、船舶等工业领域产品设计制造的重要手段。它基于实物模型来获得造型数据、提取模型参数，通过模型重构来吸收和消化先进的设计思想、制造理念以及产品制造过程中的管理方法，并通过对其修改和再优化设计，来获得更为适应市场要求的产品。这种设计思想和制造方法大大降低了产品的生产周期，提高了生产效率。逆向工程也称反求工程，它的意义不仅仅在于消化吸收并改进国内外的先进技术，更应该体

2、现在在逆向反求的过程中接纳先进的设计思想和制造理念，进而实现理论上和思想上的创新，这对于我国的科技进步和经济发展才具有更为重要的意义。 自深圳市鑫磊实业有限公司于90年代末首先在国内业界推出拥有部分自主知识产权的逆向工程专用三维激光线扫描机华中科技大学、天津大学、西安交通大学、清华大学等众多高校近年来也加强了对反求工程测量设备的研发,现已实现产品化面对国外先进的逆向反求产品我国产品在功能和自动化程度上还有相当大的提升空间，综合考虑国家“创新；自主知识产权”等政策的支持，以及我国制造业市场的强大需求；鉴于价格和性能的权衡，在国内逆向工程有较大的发展潜力和空间。 逆向工程流程图主要研究内容规则曲面

3、特征参数的提取规则曲面特征参数的提取1蚁群算法在逆向工程中的应用蚁群算法在逆向工程中的应用23自由曲面截面线处理技术自由曲面截面线处理技术1、任意位置圆柱面特征参数的提取点云输入点云输入预定水平面预定水平面截取点云截取点云截面数据截面数据拟合椭圆拟合椭圆椭圆短轴椭圆短轴即为即为圆柱面直径圆柱面直径分层拟合圆分层拟合圆求解轴线求解轴线求解原理|cos222abwvuw222tan1.,tan1babN，求解圆柱面轴线方向矢量的关键是截面椭圆的长轴求解圆柱面轴线方向矢量的关键是截面椭圆的长轴a a，短轴，短轴b b以及以及长轴与长轴与x x轴的夹角轴的夹角 截面椭圆2210babN，特殊地：当 时

4、，可推得2实例12、任意位置回转面特征参数的提取（散乱点云）点云输入点云输入预定水平面预定水平面截取点云截取点云极小惯量法极小惯量法求解对称轴求解对称轴过对称轴以过对称轴以其垂线为法其垂线为法线平面截点线平面截点云云截面线为母线截面线为母线（两条）（两条）极小惯量法极小惯量法求解对称轴求解对称轴 求求 解解 原原 理理 图图实例2 基于蚁群算法的回转面特征参数提取（扫描线点云） 实例3 x=-0.011388x=-0.011388，y=0.023771y=0.023771 实例4基于蚁群算法TSP原理的数据点排序 旅行商问题（traveling salesman problemTSP）假设有一

5、个旅行商人要拜访N个城市，他必须选择所要走的路径，路径的限制是每个城市只能拜访一次，而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是求得的路径总路程为所有路径之中的最小值。 封闭曲线数据点 非封闭曲线数据点 空间曲线数据点自由曲面特征曲线提取方法 实例4总结与展望（1）特征提取的精度将直接影响后续建模的质量，故提取方法中数学模型的选用尤为关键。针对空间任意位置圆柱面和回转面的构图特征，本文推理并证明了特征参数的提取原理，提取过程中极小惯量法的应用，增强了提取原理的严密性。平面椭圆拟合求解圆柱面特征参数的方法的应用简单有效。最后用实例验证了方法的可行性和有效性，具有一定的参考价值。（2）对于空间任

6、意位置回转面扫描线点云数据，文章创新性的使用蚁群算法对其进行特征参数的提取。根据回转面的构图特征，建立了适合连续域蚁群算法的数学模型，通过程序的优化处理，提取出空间任意位置回转面的回转轴信息，弥补了第三章提到的方法对扫描线数据点云无效的缺憾。成功地将蚁群算法应用到逆向工程数据处理技术中，具有一定的参考意义。群智能算法必将在逆向工程中得到更为广泛的应用。（3）对散乱点云进行分层处理后的截面数据点虽具有扫描线数据的性质但杂乱无序，对其进行排序是后续除噪、精简、光顺以及曲率计算的前提。文章创新性的采用蚁群算法TSP原理对其进行排序处理，该方法不仅能解决平面内数据点的排序问题，还适用于空间数据点的排序。多次试验证明，程序只需一次循环就能完成数据点的排序，简单有效。（4）数据点的精简技术是提高曲面重构效率的重要手段，为了在保证数据处理效率的同时保留模型的细节特征，本章采用非定最小距离数据精简法并提出非等厚分层处理技术，实现了在曲面曲率较小的区域分