基于逆向工程的汽車覆蓋件模具邊界特征的提取

根據(jù)法矢nP0、則過矢量點(diǎn)P0的切平面方程為:

由此可得矢量點(diǎn)Pj在平面上的投影坐標(biāo)為：

完成鄰域點(diǎn)集的坐標(biāo)局部參數(shù)化后，便可以應(yīng)用加權(quán)最小二乘原理對(duì)鄰域點(diǎn)集進(jìn)行曲面擬合。然后利用高斯-亞當(dāng)消元法求得該問題的最佳參數(shù)估計(jì)a*,b*,c*。于是可

得鄰域點(diǎn)集的逼近曲面為h(u,v)=a*u2+b*uv+c*v2。由此可推導(dǎo)出該點(diǎn)的逼近主曲率和主方向。

曲面在P0的主方向可由下式給出的方程解出，即：

對(duì)應(yīng)的主方向?yàn)椋?p>

在獲得各點(diǎn)的曲率后，取曲率極值點(diǎn)作為特征點(diǎn)的候選點(diǎn)。

3 邊界點(diǎn)的提取

一條曲線上的邊界點(diǎn)可分為階躍邊界(高度不連續(xù))、褶皺邊界(切矢不連續(xù))和光滑邊界(曲率不連續(xù))。

取曲率極值點(diǎn)或零交叉點(diǎn)(對(duì)第一種邊界線來講)作為離散曲面的邊界點(diǎn)?；舅枷肴缦拢?p>(1)先選取一候選邊界點(diǎn)P, 在該點(diǎn)兩邊沿主方向m1取最近的兩鄰近點(diǎn)T1,T2,求它們沿m1方向上的曲率KT1,KT2。如果k1大于KT1、KT2則該點(diǎn)為最大曲率極值點(diǎn)。

(2)同理選定主方向m2，在P點(diǎn)兩邊沿主方向取鄰近點(diǎn)T3、T4,求他們沿m2方向上的曲率KT3、KT4，如果k2小于KT3、KT4，則該點(diǎn)為最小曲率極值點(diǎn)。

(3)對(duì)所有候選點(diǎn)進(jìn)行上述操作，就可得到所需的全部邊界點(diǎn)。

在數(shù)據(jù)點(diǎn)的界點(diǎn)提取之后，可對(duì)界點(diǎn)進(jìn)行組織，去除偽界點(diǎn)，采用鄰邊編碼鏈表算法形成一個(gè)有序的實(shí)體邊界輪廓圖[4]。實(shí)際反求時(shí)，封閉邊界的提取可分為兩步進(jìn)行。首先是單邊界的提取;其次是對(duì)單邊界按序追蹤，形成封閉邊界。該算法可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)邊界特征提取的自動(dòng)程度。但在汽車覆蓋件模具的逆向設(shè)計(jì)中，過渡曲面一般為光滑過渡，曲率變化不十分明顯。用這種算法產(chǎn)生的邊界輪廓并不能真正完成點(diǎn)云的較準(zhǔn)確劃分。因此，文中在特征點(diǎn)提取后，采用人機(jī)交互的方式，來生成封閉的邊界輪廓特征。這樣既避免了上面提到的單純靠人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)分片的缺點(diǎn)，又克服了單純自動(dòng)提出過程中對(duì)偏差不便調(diào)整的弊端。

4 實(shí)例和結(jié)論

該算法借鑒了文獻(xiàn)中所提的方法，并進(jìn)行了改進(jìn)。文中所提算法不僅可用于規(guī)則數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征點(diǎn)的提取，而且通過對(duì)散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)的簡化及三角網(wǎng)格化，可對(duì)其進(jìn)行特征點(diǎn)的提取。本算法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)明晰，實(shí)現(xiàn)起來簡單，相對(duì)單純?nèi)藱C(jī)交互的方式，提高了精度，避免了大量嘗試重構(gòu)過程，相對(duì)自動(dòng)算法提高了算法的靈活性。文中所提算法通過MFC和OpenGL 結(jié)合編程在上海大眾汽車公司SAN2000前圍模具設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，取得了很好的效果，圖2和圖3為SAN2000前圍模具采用此方法的實(shí)例 。首先采用德國GOM公司生產(chǎn)的ATOS(Advanced Topometric Sensor )非接觸式結(jié)構(gòu)光測(cè)量儀，取得模具的數(shù)據(jù)點(diǎn)。借助surfacer軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。然后利用文中的算法計(jì)算各數(shù)據(jù)點(diǎn)的法矢和曲率估算，提取邊界特征點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)分片。當(dāng)然該算法也有比較大的局限性，對(duì)光滑過渡特征還不能很好地獲得其完整邊界，需通過人工交互進(jìn)行調(diào)整。這還有待于在今后的研究中發(fā)現(xiàn)更好的方法。

參考文獻(xiàn)

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