表面喷涂逆向工程系统的模型重建技术概述

表面喷涂逆向工程系统的模型重建技术概述[摘要] 本文研究的目的是在进行喷涂曲面模型重建的过程中,利用逆向工
程的技术方法,使表面喷涂技术的数字化程度得到加强,进而提高喷涂的质量和效率。

在此过程中,可以先构建出适合喷涂曲面并满足一定连续条件要求的片体,之后加工成型。

通过逆向工程的技术方法来喷涂,不仅可以为喷涂技术提供坚实的技术基础,同时也可大大缩短操作时间,减少风险,提高生产率。

另外,由于采用的均是数字生产技术,具有很强的柔性,制作效率很高,所以也可使成本大大下降。

本文在研究过程中,主要从基本理论和概念入手，阐述了模型的重建技术。

供技术人员参考与借鉴。

[关键词] 逆向工程模型重建曲面拟合曲面编辑
[Abstract] The purpose of this study is to spray surface model in the reconstruction process, use of reverse engineering technology, make the surface spraying technology digital degree of strengthened, and improve the quality and efficiency of spraying. In the process, can be constructed the suitable for coating surface and meet the requirements of the continuity conditions must be block, processing molding after. Through the reverse engineering technical method to spray, can not only for spraying technology provide a solid technical foundation, at the same time also can greatly shorten the time of operation, reduce the risk, improve the productivity. In addition, due to the use of digital production technology are, have very strong flexible, production efficiency is very high, so also can make the cost drops greatly. This paper over the course of the study, mainly from the basic theory and concept, this paper expounds the model of the reconstruction technique. Reference and the model for the technical personnel.
[Keywords] Reverse Engineeringmodel reconstructionsurface fittingSurface Edit
三维CAD模型的重构是逆向工程的一个核心和主要目的，是后续过程的基础，有三维CAD模型，就可以直接将模型数据转换为喷涂机器人的控制机构能够识别的数据，从而实现了CAD模型的直接驱动技术。

因此，CAD模型的重建是整个逆向工程中最关键、最复杂的一环。

一、模型重建技术
CAD/CAM系统中的几何模型是由几何信息和拓扑结构两部分组成的。

通常可以分为线框、曲面、实体三种模型。

近年来，还发展了特征建模、产品模型以及仿生建模等。

1、线框建模
线框建模是CAD技术发展过程中最早应用的一种三维模型。

它由一系列空
间直线、圆弧和点组合而成，用来描述产品的轮廓外形。

它具有多义性，易混淆，无法识别曲面轮廓，不能判断零件之间是否干扰，不能计算模型的几何特征和物理特征，不能自动给出立体明暗色调效果。

2、曲面模型
把线框模型中的包围部分定义为面，所形成的模型为曲面模型。

采用曲面模型可以定义形体的全部边界，易于在微机上实现，在工程领域内应广泛。

3、实体模型
如果要完整的三维形体，最终必须实现实体模型，方能明确无误的反映物体的三维形貌。

其他几种模型由各种原因，应用不够广泛，这里就不作介绍。

由于本文所做的是喷涂表面的反求，所关注的是表面特征，对其内部结构不关心，因此采用构建曲面模型的方案。

二、曲面造型理论及方法
常用的曲线曲面数学模型有Bezier,B-spline,NURBS（非均匀有理B样条）和三角Bezier曲面模型。

所谓Bezier是Bezier1971年提出的一种由控制多边形定义曲线的方法。

设计人员只要移动控制顶点就可以方便的修改曲线的形状，而且形状的变化完全在预料之中。

B-spline是指将B样条理论引入曲线曲面设计系统的方法。

它比Bezier更具一般性，即任何分段光滑的多项式曲线都可以用B样条表示。

B样条基函数具有计算和移动快速的特点，同时具有局部性更强的凹凸性，故更适合于曲线曲面的设计。

非均匀有理B样条不仅可以表示自由曲线曲面，而且可以表示圆锥曲线和规则曲面。

它将Bezier，有理Bezier，均匀B样条，非均匀B样条都统一到NURBS 中。

1991年，国际标准化组织(ISO)把NURBS作为定义工业产品几何外形的唯一数学方法。

三、逆向工程中的曲面表示
目前，在逆向工程中，主要有两种曲面构造方法。

1、B样条及NURBS曲面这是目前成熟的CAD/CAM系统中广泛采用的曲面表示方法。

这类曲面可以应用四边参数曲面片插值、拉伸、旋转、放样或者蒙皮、扫掠、混合和四边界方法构造，也称矩形域的参数曲面或四边曲面，以此为
基础，形成一套完整的曲面延伸、求交、裁减、交换、光滑拼接及曲面光顺方法。

2、三角曲面三角曲面也称三边曲面，在逆向工程中，如果面对的型值点数据是密集的点云散乱数据，而且曲面对象边界和形状极其复杂，一般不便直接应用常规的曲面构造方法；而三角曲面由于其构造灵活，边界适应性好，具有构造复杂的形状的潜力，在研究中逐渐受到重视。

通常的三角Bezier曲面拟合是以Boehm等1984年提出的三角Bezier曲面为理论基础的。

定义于三角形之上的插值方法包括三个步骤：
（1）三角化：对型值数据进行三角化，建立拓扑关系。

（2）曲面网的建立：对每个三角形进行Bezier曲线的拟合。

（3）G·曲面的建立：在保证相邻的曲面片达到G·连续的条件下，用三角面片填充三角网格。

G·定义为：两曲面沿它们的公共连线处具有公共的切平面或公共的曲面法线。

目前，三角域Bezier曲面拟合尽管具有构造灵活适应性好等优点，但是，它在曲面片间连续性方面只能达到一阶连续，无法满足现实许多产品的设计要求。

因此，在本文中，选用第一种也就是矩形域参数曲面拟合的方法。

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