數(shù)據處理技術

1、逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術3.1 測量數(shù)據格式轉換 一、逆向工程中的數(shù)據轉換標準 二、*.asc數(shù)據格式CATIA逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術Imageware逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 三、*.stl數(shù)據格式逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術STL格式的優(yōu)點：原理與格式簡單明了，由CAD模型轉換容易； 具有獨立性，與各個CAD系統(tǒng)構建幾何模型以及文件結構無相關性； 是當前CAD系統(tǒng)與快速原型系統(tǒng)間文件轉換的標準格式。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術STL格式的缺點： STL格式的儲存單位為三角形，但是兩個相鄰三角面

2、有兩個相同頂點，使得數(shù)據重復；1、數(shù)據大量重復，造成數(shù)據量的膨脹：2、精確度與數(shù)據量難以平衡： STL格式以三角面逼近物體的表面外形，會引起精度的缺失，格式轉換時，以弦高差進行控制；3、文件缺乏CAD模型所含信息： 四、IGES數(shù)據格式逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術Initial Graphics Exchange Specification基本圖形交換規(guī)范IGES是一種中性文件其作用是在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換數(shù)據。不同系統(tǒng)間通過IGES交換數(shù)據逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術3.2 測量數(shù)據測頭半徑補償方法壓力矢量：表面法向矢量 一、二維自動補償方法測量截面：各個測量點的壓力矢量

3、所決定的面當測軸與測量截面在同一平面內，可采用二維補償。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術二維自動補償： 將測量點和測頭半徑的關系都處理成二維情況，并將補償計算編入測量程序中，在測量時自動完成數(shù)據的測頭補償。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術三點共圓法進行二維補償l假設在曲線曲面上測得N個點l先取曲線上3個連續(xù)的測量點1P2P3Pl三點可以看作是圓弧上的點1P2P3P確定圓弧的圓心Ml 即為法向矢量2P Ml以 為圓心，測頭半徑為半徑 作圓，與 的交點即為測點2P2P M逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術測軸與測量截面不在同一平面內，按二維補償計算存在誤差。對測量數(shù)據進行測頭半徑的三維補償核心問題就

4、是確定被測輪廓各點的壓力矢量。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術1、微平面法 二、三維補償方法 測量時探頭在應測點P的一個小鄰域內，分別采集三個參考點，用三點組成的小平面的法向矢量近似作為點P處的法向矢量，進行半徑補償。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術2、曲面偏距補償法l 用球形測頭測量曲面時，測頭保持與曲面接觸并沿曲面移動；l 測頭中心軌跡所形成的曲面實際上就是被測曲面的等距曲面；l 造型時，對所有測量點不進行補償處理，曲面構建后，曲面整體向內偏移一個測頭半徑值l 這種處理方法簡單，避免了計算，適合處理表面形狀個太復雜的零件l 測量時，要求對同一曲面的數(shù)據采樣掃描測頭半徑不變和測軸方向保持一致

5、。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術3、直接計算法對規(guī)則有序點列，根據測量點及用圍點信息，可以直接計算某一確定點的法向矢量；計算點P周圍的四個矢量 、；uvrs計算上述矢量相互的叉積usvsvrur /4pnusurvsvr法向矢量可近似等于四個矢量積的平均值：pn12345逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術3. 測量數(shù)據預處理一、點數(shù)據的坐標定位三、數(shù)據空白區(qū)的處理四、數(shù)據平滑六、數(shù)據分割二、異常點(誤差點)處理五、數(shù)據精簡逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 一、點數(shù)據的坐標定位 在零件表面形狀的測量過程中的因素決定了無法通過一次完成對擅個零件的測量過程，這些因素包括：多視點云(multi-vie

6、w) 復雜型面往往存在投影視覺盲區(qū)，無法一次完成全部型面的測量，需要從其他方向進行補測； 對于大型零件，受測量系統(tǒng)范圍限制，必須分塊測量； 當檢測物體有定位和夾緊要求時，一次測量無法同時獲得定位面及夾緊面的測量數(shù)據，需引入二次測量。 從各個視覺分塊測量得到的多個獨立的點云逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術方法一 利用基本像素定位 在待測物上粘上球體或利用待測物體的平面等基本像素作為測量基準點； 數(shù)據測量完畢，分割出作為測量基準點的基本像素的點群，并用Fit Primitive功能將這些近似球體或平面的點數(shù)據的像素坐標近似求解出來； 根據相同位置的球體其圓心必在同一點(三點定位)等類似的條件將點數(shù)

7、據作定位。 將各次測量對應的局部坐標系統(tǒng)一到同一坐標系，并消除兩次測量間的重疊部分，得到被測物體表面的完整數(shù)據。多視數(shù)據的對齊逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術方法二 相同曲率數(shù)據重疊定位 選取欲整合的點群數(shù)據中數(shù)據重疊的部分，然后運算該區(qū)域曲率變化； 將不同數(shù)據中應整合的相同區(qū)域作運算并以相同曲率部分為定位進行整合； 所選取的區(qū)域數(shù)目越多，整合的精度就越高； 所選取的區(qū)域有較大的曲率變化(明顯的特征)，則整合的準確率也較高。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 二、異常點(誤差點)處理點 云 分 類逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術等截面數(shù)據掃描：數(shù)據失真： 根據被測量對象的幾何形狀，鎖定一個坐標軸

8、進行數(shù)據掃描。得到的數(shù)據是一個二維數(shù)據點集。 測量設備的標定參數(shù)發(fā)生改變 測量環(huán)境突然變化 人工手動測量中的操作誤差數(shù)據失真點的判別： 直觀檢查法 曲線檢查法 弦高差法 1、掃描線點云雜點的處理逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術(1)、曲線檢查法 通過截面的數(shù)據的首末數(shù)據點，用最小二乘法擬合得到一條擬合曲線； 分別計算中間數(shù)據點到樣條曲線的歐氏距離：222212121|()()()iexxyyzz 給定允許誤差 ，若 ，則該點為失真點 | ie n 最小二乘曲線的擬合問題其基本原理是：對給定的數(shù)據 (i=0，1，m)，在取定的函數(shù)類 中，求 ，使偏差的平方和為最小，即 ,iix y S x ii

9、irS xy 2200minmmiiiiirS xyn 從幾何上講，就是尋求在給定點 處與各原始點距離平方和最小的曲線。 01,mx xx n 最小二乘曲線的擬合問題其基本原理是：對給定的數(shù)據 (i=0，1，m)，在取定的函數(shù)類 中，求 ，使偏差的平方和為最小，即 ,iix y S x iiirS xy 2200minmmiiiiirS xyn 從幾何上講，就是尋求在給定點 處與各原始點距離平方和最小的曲線。 01,mx xx 通過連接檢查點前后兩點，計算中間點到弦的距離，同樣如果 ，則認為該點是壞點，應以剔除。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術(2)、弦高差方法 這種方法適合于測量點均布且點較

10、密集的場合，特別是在曲率變化較大的位置。| ie(3)、等弦高差方法 測量掃描時，不斷計算運動軌跡當前采樣點和已記錄點的連線到該段運動軌跡中心的高度，通過和給定弦差來判定當前采樣點是否列入記錄。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 2、散亂點云雜點的處理誤差點判別法則最長邊和最短邊的長度的比值。 與該頂點相交的三角面片的單位法向矢量沿x、y方向的投影變化1n1f2n2f21nniv法向矢量變化43nnjv法向矢量變化4321()()nnjnnjY方向上：把點云中每一點的縱橫比和曲率與整體點云的平均值相比較三角面片的縱橫比：三角面片的縱橫比：局部頂點方向曲率：局部頂點方向曲率：逆向工程技術第3章 數(shù)

11、據處理技術 三、數(shù)據空白區(qū)的處理數(shù)據空白區(qū)：探頭無法測到或激光照射不到的區(qū)域實物零件中的表面凹邊、孔及槽等1、實物填充法 測量前，將凹邊、孔及槽等區(qū)域用填充物填充后測量。 測量完畢后，將填充物去除，再測出孔或槽的邊界，用來確定剪裁邊界。 要求：填充物有一定的可塑性填充表面盡量平滑、與周圍區(qū)域光滑連接在常溫下要求有一定的剛度特性(支持接觸探頭)實踐中，可以采用生石膏、加水后將孔或槽的缺口補好，在短時間內固化逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術2、造型設計法 在模型重建過程中運用CAD軟件或逆問造型軟件的曲面編輯功能，如延伸(Extend)、連接(Connect)和插入(Insert)等功能 根據實物

12、外形曲面的幾何特征，設計出相應的曲面，再通過剪裁，得到等補充的曲面，得到測量點。3、曲線、曲面擬合法 曲線擬合法： 利用已得到的測量數(shù)據擬合得到截面曲線，根據曲面的幾何形狀，利用曲線編輯功能，將曲線延拓通過需補充的區(qū)域，然后再離散曲線形成點列。曲面擬合法：與曲線擬合法類似逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 四、數(shù)據平滑 數(shù)據平滑目的是消除測量噪聲，以得到精確的模型和好的特征提取效果。平均值濾波法該方法將相鄰的3個點取平均值來取代原始點實現(xiàn)濾波。0 x1x2x1x1012()/3xxxx 逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 五、數(shù)據精簡均勻網格法原理：首先把所得的數(shù)據點進行均勻網格劃分，然后從每個網

13、格中提取樣本點，網格中的其余點將被去除掉。具體步驟： 在垂直于掃描方向建立網格平面，將所有點投影至網格平面上，每個網格與對應的數(shù)據點匹配。 每個網格中的點按照點到網格平面的距離遠近排序，如果某個點位于各個點的中間，那么這個點就被選中保留。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 六、數(shù)據分割 是根據組成實物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一子曲面類別的數(shù)據歸類成組；數(shù)據分割： 這樣全部數(shù)據將劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據域，方便后續(xù)曲面重建?；跍y量的分割自動分割接觸式測量，事先分割。非接觸式測量，事后分割。數(shù)據分割逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術數(shù)據分割1：特征搜尋 設定一角度變化的最人和最小值范圍，

14、找出數(shù)據變化量； 用打光的方式在不同角度、不同的距離打光，依照光打在模型上的顏色區(qū)分曲面區(qū)；3、利用已有的圓角面找出曲面交線 1、利用角度變化的搜尋方式 2、利用光反射原理找出特征 利用此功能找向導圓角面之前的特征曲線。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術 嘗試推斷出具有相同曲面性質的點，然后進一步決定所屬的曲面，最后由相鄰的曲面決定曲面間的邊界。1、自下而上 首先選定一個種子點(seed Points)；注意：曲面類型并非一成不變的：點的數(shù)量較少時，判斷面是平面；隨著點的增多，面也許改變?yōu)閳A柱面或一個半徑比較大的球面。 由種子點向外延伸，判斷其周圍鄰域的點是否屬于同一個曲面； 最后將這些小區(qū)域(鄰域)組合在一起。逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術2、自上而下假設：所有數(shù)據點都屬于一個曲面；檢驗這個假定的有效性；重復以上過程，直到假設條件滿足。 若假設不成立，將點集分成兩個或更多的子集，再進行假設檢驗；逆向工程技術第3章 數(shù)據處理技術數(shù)據分割2：圈選（Circle-Select points） 在分割過程中，原始點集被分成子集，必須判斷出一個點是在邊界環(huán)內還是環(huán)外； 當給定