基于几何特征约束的模型重建方法.doc

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1、基于几何特征约束的模型重建方法姓名：秦海学号：140308020105专业：机械制造及其自动化摘要：由于大多数机械零件产品都是按一定特征设计制造的，同时特征之间具有确定的几何约束关系，此，在产品的模型重建过程中一个重要的目标即是还原这些特征以及它们之间的约束。具体方法是首先进行特征识别将测量数据分块，然后基于特征约束建立优化数学模型，在建模过程中寻求满足特征参数目标函数下的约束最优解，使重建模型更为准确、接近原型。关键词：反求工程基于特征几何约束模型重建Abstract：Anapproachisproposedtobackt

2、racktheintentofdesignerinselectingtheformfeaturesanddeterminingtheirinterrelationshipsduringthedesignprocess.AtfirstfeaturerecognitionisappliedtoextractformfeaturesfromtherangedataandsubdividetherangedataintocorrespondingsegmentsthentoconstructamathematicalmodelWit

3、hunderlyinggeometricconstraintsandtofindtheoptimalsolutionoftheparametricobjectivefunctionsatisfyingtheconstraints.Suchanapproachgivesamoreaccurateapproximationofthereconstructedmodeltotheoriginaldesign.Keywords：reverseengineeringfeature-basedgeometricconstraints3D

4、modelsreconstruction1引言反求工程是将产品实物模型转化为工程设计模型，以便利用成熟的CAD/CAE/CAM技术对产品进行改型设计和工程分析，其中CAD模型重建是反求工程中的关键技术，它通过插值或拟合一系列离散点利用原型的几何拓扑信息，构建一个近似模型来逼近原型。如何准确地重建产品模型是反求工程研究的一个重要课题，国内外学者对此进行了大量的研究。它们从不同的侧面提出了各种模型重建技术.纵观这些建模技术我们发现，学者们的研究主要集中在曲面拟合方法上，但不论是基于边或是基于面的方法，都存在着这样一个缺陷即将模型

5、重建分割为孤立的曲面片造型，忽略了产品模型的整体属性。因为大多数机械零件产品都是按一定特征设计制造的，同时特征之间还具有确定的几何约束关系，一个产品零件的设计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。因此，在产品的模型重建过程中，一个重要的目标应是还原这些特征以及它们之间的约束，而仅还原特征而忽略几何约束得到的产品模型是没有意义或是不准确的。如对于一个具有多个平面及孔特征的产品原型，以往的模型重建技术仅实现单个特征，拟合得到的平面和孔不能保证它们之间的距离关系，还会出现两个平

6、行平面不平行的情况最终的重建模型是不准确的。本文根据产品几何特征及约束定义关系通过特征及约束识别，探讨了基于产品几何特征及约束的模型重建方法。2几何特征及约束特征包括形状几何特征尺寸公差特征和技术特征。在反求工程模型重建中，我们仅考虑与造型相关的形状几何特征，而且主要是构成产品模型的低层几何体素及其构造特征，如点线面等.约束是指在产品特征之间特定的几何关系，主要是拓扑约束和尺寸约束.拓扑约束是对产品结构的定性描述，它表示几何特征之间的固定联系，如对称垂直相切等;尺寸约束则是特征之间相对位置的定量表示，如各种距离两

7、线/面夹角圆的半径等。2.1几何特征2.1.1特征组成在CAD模型表示中，产品的几何外形组成如表1所示.尽管工业产品具有不同的几何形状，但多数都是由一些规则的几何特征组成的表2给出了几何特征的类型.2.2约束2.2.1约束定义几何约束定义不同对象特征之间的几何拓扑关系，分为特征隐含约束和特征外在约束。特征隐含约束反映表面特定几何形状的几何特性，如表面积大小几何外形对称等;特征外在约束(隐含特征孔中心和对称轴面等，几何特征顶点边)反映几何形状的位置关系;根据特征几何性质又可分为同心约束、包容约束、相对位置约束、相对距离

8、约束和其它约束，如单位矢量约束等.其关系见表3.2.2.2约束表示l)包容约束包容约束要求被包容的特征满足包容特征的数学方程，如一条线位于平面上的约束条件为2)位置约束位置约束可以由特征的表面法矢决定，如两个平面特征（FiFj）间的夹角是α，约束关系为3)距离约束两个平行平面（FiFj)之