对逆向工程技术的点云数据处理的研究
逆向工程中点云数据去噪算法的研究
ｅ ｃ ｐ ｔ ｒ ａ ｄ ｅ ｄ ｐ ｉ ｔ ． ｔ ｒｔ ａ ， ａ ｃ ｌ ｔ ｈ ｕ ｖ ｔ ｒ ｆｅ ｕ ｌｓ ａ ｅ ｂ ｔ ｅ ｗｏ ｐ ｉ ｔ ｎ ｅ ｄ ｔ ｅ ｔ ｒａ ｘ ｅ ｔｓａ ｔ ｎ ｎ ｏ ｎ ｓ Ａｆｅ ｈ ｔ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｒ ａ ｕ ｅ ｏ ｑ ａ ｐ ｃ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｓａ ｄ ｓ ｎ ｈ ｍ ｏ ａ ｙ Ｂ
算 法 存 在 的 问题 进 行 分 析 ，提 出 改 进 的 基 于 曲率 变
化 的 曲线 分 段 去 噪 方 法 ，并 应 用 面 向对 象 的编 程 工 具 Ｖｓａ Ｃ ＋ ｉ ｌ ＋ ，设 计 了对 点云 数 据 去 噪 的算 法 。该 ｕ 算 法 按 扫 描 线 逐 行 去 噪 ，能 有 效 去 除 噪 声 点 ，提 高 精 度 ，有 效 保 证 曲线 的真 实 性 和 光 顺 性 。
摘要 ：基 于 曲率 变化 的 曲线分段 去 噪法 ，先 读入 数据 ，将 点 云数据 按 扫描 线 顺序存 储 到数 组 Ａ。再 对 除首末 点 外位 于 同一扫 描 线上 的点 ，计算 各 点 曲率 。接 着计 算数 组 Ａ 中，等 间距 两 点的 曲率 差 ，放到 数 组 Ｂ，提取 数 组 Ｂ 中 大于给 定 阈值 的 ｎ个 点。 然后拟 合 曲线 ，计 算各 点到 曲线 的距 离，并删 除距 离超 差的点 ，直到 处理 完 ｎ ｌ 点 云 ， ＋段
２０ ０ ７年 第 ２ ６卷 第 １ ０期
文 章 编 号 ： １０ — ５ ６ （ ０ ７ １ —０ ９０ ０ ６ １７ ２ ０ ） ０ ０ ３ — ２
逆 向工 程 中点 云数据 去 噪算法 的研 究
王 雪 晶 ， 吕卫 强
（ 国兵 器 工业 第五 八研 究所 工业 自动化工 程 技术 部 ， 四川 绵 阳 ６ １ ０ ） 中 ２ ０ ０
基于逆向工程的三维测量点云数据与CAD数模配准算法研究
Ｋｅｗｏｄ ：Ｒ ｇ ｔ ｔ ｎ ｒ ｒ ｉ ｃ ｏ ｕ ｅ ｏｉｏ ； ｕｔｒｉ ｙ ｒ ｓ ｅｉ ｒ ｉ ；Ｐ ｍａ Ｄｒ ｔ ｎＳ ｐｒ ｓ ｉ Ｑ ａ ｎｏ ｓａｏ ｉ ｙ ｅｉ ｐ ｔｎ ｅ ｎ
ｄａａ ａ ｄ ＣＡＤ ｄｅ ｏ ｈｅ ｔａ ｓａｉ ｎ ｎ ｏ ａｉｎ ｄ ｓｏ ａ ｉｎ； ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｇ ｒｇ ｓｒ ｔｏ ｔ ｎ ｍｏ ｌｆ ｒ ｔ ｒ ｎ ｌ ｔ ａ ｄ ｒ ｔｔ ｉｌ ｃ ｔ ｏ ｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｒ ｕ ｈ ｅ ｉｔａｉｎ，ｒ ｆｎ ｄ ｅｉ ｅ
期 ， 高产品质量 和降 低 产 品成 本 。经 过处 理 的 多视 提
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ａ ３ ｐ ｉ ｔｃｏ ｄ ｄ ｔ ｔ ｔａ ｔ ｉ ａ ｅ ｒｓ ｎ ｅ ｏｎ ｌ ｕ ａａ ｗｉｈ ＣＡＤ ｄ ｌｒ ｇｓｒ ｔ ｎ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｓ Ｄ ｍｏ ｅ ｅ ｉｔａｉ ｌｏ ｉｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｒ ｖ ｒ ｅ ｏ
维普资讯
工艺与检测 Ｔｈｌ ｄ ｅｎｇ ｎ ｃ０ｙ ０ａ
基于 逆 向工程 的三维 测 量 点 云数 据 与 Ｃ Ｄ数 模 配 准算 法研 究 Ａ
张树森① 李 玮① 程俊 廷②
（ 辽 宁工程技 术大 学机 械 工程 学院 ， 宁 阜新 １３０ ； ① 辽 ２００ ② 黑龙江科 技学 院机 械 工程 学院 ， 龙江 哈 尔滨 １０ ２ ） 黑 ５０ ７ 摘 要 ： 出了一种基 于逆 向工程 的三 维 测量 点 云数 据 与 Ｃ Ｄ 数模 配 准 算法 ， 算 法分 两 个步 骤 ， 提 Ａ 该 即粗 配
SolidWorks逆向工程的方法与应用研究
SolidWorks逆向工程的方法与应用研究逆向工程是指通过对产品或零部件的实体进行逆向建模和分析，以了解其形状、结构和性能等特征，并可用于设计改进、制造、仿真模拟以及产品维护和更新等方面。
在逆向工程领域，SolidWorks是一种功能强大且广泛应用的三维计算机辅助设计（CAD）软件。
本文将研究SolidWorks逆向工程的方法与应用。
一、逆向工程的方法及流程1. 获取数据：逆向工程的第一步是通过使用扫描仪、激光测量仪或其他测量设备获取产品的实际几何数据。
这些数据可以是点云数据、网格数据或CAD文件等。
2. 数据处理：得到原始数据后，需要对其进行处理，以便在SolidWorks中进行后续操作。
这可能涉及到数据清洗、滤波、修复和曲线拟合等步骤。
3. 数据导入：将处理后的数据导入SolidWorks中进行后续操作。
SolidWorks提供了多种导入格式的选项，如STL、IGES、STEP等。
选择合适的导入格式可以确保准确导入数据。
4. 几何重建：在SolidWorks中，逆向工程的核心任务是重建三维模型。
可以使用多种方法进行几何重建，如NURBS曲线拟合、曲面重建、实体建模等。
5. 模型验证：在完成几何重建后，需要对重建的模型进行验证。
这通常涉及到与原始数据进行比较，进行误差分析，并采取必要的调整和修复措施。
6. 后续操作：完成模型验证后，可以进行后续操作，如设计改进、产品优化以及与其他软件的集成等。
二、SolidWorks逆向工程的应用逆向工程在各个行业都具有广泛的应用。
以下是SolidWorks逆向工程在几个行业中的应用案例：1. 汽车制造业：在汽车设计和制造过程中，逆向工程可以通过对现有车辆或零部件进行扫描和建模，以帮助设计师进行改进或重新设计。
通过SolidWorks的强大功能，可以更快速地进行设计评估和优化。
2. 工业制造业：逆向工程在工业制造过程中也发挥着重要作用。
通过对现有设备和零部件进行逆向建模和分析，可以帮助改进产品设计、提高生产效率以及优化设备维护等方面的工作。
PolyWorks在逆向工程点云数据处理中的应用
（ ） 合 计 算 。 单击 “ 合 ” 按 ３拟 拟
钮 ，在 弹 出的窗 口 中调 节好拟 合精 度
（ 图７），单击 “ 见 开始 ”按钮 ，软件 就 开始进 行 自动拟 合计 算。拟 合计 算
标 也 不会相 同 。因此 必须 将各 测量 面 用多点对齐的方式进行拼接。
的数 据进 行必要 的坐标 转 换后 ，合成
量 、非 接触 式数 据测 量和逐 层 扫描 数
到这个 面的单幅点 云 （ 如图３） 。然后 再 将鼠标 换个 角度 （ 角度不 能转 得太
大 ，要和 上一 个 扫描 面有 重复部 分 ， 以便 于 后 续 的 拼 接 ），重 复 上 述 步
骤 ，直到所有面全部扫描完成 。
据 测量 。本 文 以鼠标 为例 ，采 用德 国
或数字模型 ）的过程。 （ ３）对 象 分 析 （０ ｂ Ｊ ｅ ｃｔ
ａ ａ Ｙ １ ）：指将模 型和设 计表征 用 ］ Ｓ ｎ Ｓ
于产 品 的面分 析 、有限 元分 析和 工 艺
一
、
逆 向工程设计 的流程
分析 。并 将分析 结 果 以文件 或数 据库
逆 向工程设计 流程如图１ 示 ，主 的方 式存储 起 来 ，以备 其他 模块 检 索 所
Ｐ ｌＷ ｒｓ 对齐 方式 ｏｙ ｏ ｋ的
入 Ｐ ｌＷ ｒｓ ｏ ｙ ｏ ｋ 中进行后续处理。也可以 有一点对 齐和 多点对齐 。
用Ｓ 或Ａ ＣⅡ等文件格 式输 出点云 图 ＴＬ Ｓ
文件。
一
点对齐 是在两 幅点云 的
公共特征 处选取 一点进 行
对齐和拼 接。操 作简单 、
三、Ｐ ｌ ｒｓ ｏｙ Ｗｏ ｋ对点 云数据 快速 ，主要 用于 共同特征 非常 明显的点云 数据 。多 的 处 理
逆向工程中散乱点云数据精简研究
Ｓ ａ ｔ ｒ ｄ Ｃｌ ｕ ｔ ｄ ｃ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｅ ｉ Ｒｅ ｅ ｓ ｇ ｎ ｅ ｉ ｃ ｔｅ ｅ ｏ ｄ Ｄａ ａ Ｒｅ ｕ ｔｏ ｃ ｎ ｑｕ ｎ ｖ ｒ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎｇ
２ ｅ ｉ ｎｔ ｕｅ Ｉｆｒ ｔ ｎＴ ｃｎｌ ｙ， ｅ ｉｇ １０ ８ ，Ｃ ｉ ．Ｂ ｉｎ Ｉｓ ｔｔ ｏ ｎｏｍａｉ ｅ ｏ ｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ５ ｈ ｎ ｊｇ ｉ ｆ ｏ ｈ ｏ ｊ ａ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｒｅ ｔｙ ａｅ ｃ ｎ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｉｎ ｆ ａ ｔ ． Ｉ ａ ａ ｉｔｔｄ ｓｍｐｉｇ ｐ ｒ ｓｒ ｃ ： ｃ ｎ ｌ ，ｌｓｒｓａ ｎｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｈ ｓｉ ｒｖ ｄ ｓ ｉ ｃｎ ｌ ｇ ｉ ｙ ｔｈ ｓｆｃｌ ａｅ ａ ｌ ａｔ ｉ ｎ
逆 向工 程 （ Ｅ， ｖｒｅｅ ｇｎｅｉ ） Ｒ ｒ ｅｓ ｎ ｉｅｒ ｇ 又称 之 为 反 ｅ ｎ 求工程 、 向工 程 ． 向 工 程 技 术 经 历 几 十 年 的研 反 逆 究， 已经成 为产 品迅 速 开发 过 程 中重要 支 撑 技 术 之
一
面要 花很 长一段 时 间 ， 整个 过程 也会 变得难 以控制 ．
赵 柳 马 ， 礼 杨 银 刚 纪 丽婷 ， ，
００５ ；． ３０ １ ２ 北京信息 高技术研究所 ， 北京 １０ ８ ） ０ ０ ５
（． １ 中北大学电子与计算机科学技术学院 ， 山西 太原
摘
要： 近年来 ， 激光扫描技 术有 了重 大的进展 ， 可以方便地 以较高精度 和速度获 取零件模 型表 面信息 ． 于产生的大量 对
论逆向工程关键技术研究现状
论逆向工程关键技术研究现状摘要：本文介绍了逆向工程技术及其应用范围；对涉及到的关键技术：数据获取、数据处理与曲面重构等研究现状进行了系统地阐述。
关键词：逆向工程；数据获取；数据处理；曲面重构1 引言质量、成本、生产率三要素是制造业永恒的议题，在不同的时期有不同的内涵，各自的重要性也在悄然发生变化。
经济全球化的今天，制造业的外部环境发生了变化，用户需求呈个性化、多样化。
对企业而言，原来”规模效益第一”为特点的少品种、大批量的生产方式已不适合日趋激烈的国际竞争，而必须采取多品种、小批量、按订单组织生产的现在生产方式，同时要不断地迅速开发出新品种，变被动适应用户为主动引导市场[1]。
为缩短研发周期、提高产品设计和制造效率，从而提高企业对市场快速响应能力，一系列新产品快速开发技术应运而生，如cad/cam/ cae技术、逆向工程技术、快速磨具技术、虚拟设计技术以及并行工程等。
2 逆向工程概述及其应用领域广义上的逆向工程包括：实物逆向、软件逆向和影像逆向。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状逆向。
逆向工程（reverse engineering）也称反求工程，是针对现有工件（样品或模型，尤其是复杂不规则的自由曲面），利用3d数字化测量仪器准确、快速地测量出工件轮廓坐标值，通过数据处理、重构曲线曲面、编辑、修改后，将图档转至一般的cad/cam系统，再由加工机制做所需模型，或者用快速成型机将样品模型制作出来，这一流程称为逆向工程[2]，如图1所示。
逆向工程在工业制造领域的实际应用主要包括以下几个方面[3]：a）新零件的设计，主要用于产品改型或仿型设计；b）已有零件的复制和仿制，再现原产品设计，复杂产品仿制等；c）损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制；d）产品的检测，例如检测分析产品的变形，检测焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析。
在制造业中，逆向工程己成为消化吸收新技术和二次开发的重要途径之一。
3种典型的逆向工程软件在山羊蹄点云数据处理的应用
｝
．Hale Waihona Puke ｉ 【 。 ｍｖ 习２Ｃｏ ｙ ＡＤ软 件 ． ｐＣ
Ｃ ｐＣ Ｄ（ｗ ｄ ｌ ｍ．ｏ ） 英 国 Ｄ Ｌ Ａ 公 司系列 Ｃ Ｄ产 品 ， ｏ ｙ Ａ ｗ ｗ． ｃ ｃｍ 是 ｅａ ＥＣ Ｍ Ａ 主要处理测量数据的 曲面造型。 Ｅ Ｃ Ｄ Ｌ ＡＭ的产 品涵盖 了从设计到制造 、 检测的全过程 。 包括 Ｐ ｗ ｒＨ Ｅ、ｏ ｅＭＩＬ、０ ｅＩｓ Ｅ Ｔ、 ｒ Ａ ｏ ｅＳ ＡＰ Ｐｗ ｒ Ｌ Ｐ Ｗ ｒ Ｐ ｃ Ａｔ Ｍ、 Ｎ Ｃ Ｃ ｐＣ Ｄ、Ｓ Ｔ ＡＭ等诸多软件产品 。作 为系列产 品的一 部分 ， ｏｙ ｏｙ Ａ Ｐ — Ｅ Ｃｐ— Ｃ Ｄ可与系列中的其他软件较好地集成。Ｃ ｐＣ Ｄ软件处理逆 向工程 Ａ ｏｙ Ａ 中的 Ｃ Ｄ建 模使主要进 行 以下六步 ：①输入 数据 化数据 （ ｏｔｈ Ａ Ｉ ｒｔｅ ｍｐ Ｄｇｔｅ ａａ； ｉ ｉ ｄＤ ｔ ②产生扫描结构线（ｅ ｅａ ｃｎｉｅ ｔ ｃ ｒ）③偏 置扫 ｉｚ ） Ｇ ｎｒｔ Ｓａｌ ｒ ｔ ｅ； ｅ ｎＳｕｕ 描线（ ｆｅ ｉｇ ｃｎｉｅ）④ 产生 三角模 型 （ｅｅａｅＴｉｎ ｕａ ｄＳｒｃ Ｏ ｓｔｎ ａｌ ｓ； ｔ Ｓ ｎ Ｇ ｎ ｒｔ ｒ ｇ ｌｅ ｔ — ａ ｔ ｕ ｌ ｅ； ｕ ）⑤产生曲面（ｅ ｅ ｔ Ｓ ｒ ｃ ； ｒ Ｇ ｎｒ ｅ ｕ ａｅ ⑥模型检查 和数据输／ （ ｓ ｃ ｏ ａ ｆ ） ￣Ｉ ｐ ｔｎ ｆ ｎｅｉ ｏ Ｍｏｅａ ｄＤ ｔ ｕｐ ｔ ｏｙ Ａ ｄｌ ｎ ａ Ｏ ｔｕ） ｐ Ｃ Ｄ软件处理点云数据格式 ：． ｓ ｉ ｓ ａ 。Ｃ ￥ａ ， ｇ ， ｃ ．ｅ
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博士 ・ 专家论 坛
３种 典 型 昀 避 向 工 程 软 件 在 山羊 蹄 点 云 数据 处理 硇 应用
CAD软件中的逆向工程技巧
CAD软件中的逆向工程技巧逆向工程是一种通过对实物进行扫描和数学建模的过程，以创建物体的CAD模型。
逆向工程在许多领域中都有广泛的应用，如产品设计、汽车工程、航空航天等。
在CAD软件中，可以使用一些技巧来进行逆向工程，下面将介绍几种常用的技巧。
1. 点云数据处理：在逆向工程中，常常会使用3D扫描仪获取物体的点云数据。
这些点云数据可以通过CAD软件进行处理和转换。
首先，将点云数据导入到CAD软件中，并进行初步的清理和预处理操作，如去除杂点、修补缺失的数据等。
2. 点云数据重构：点云数据通常是离散的点集合，无法直接进行建模操作。
为了进行逆向工程，需要将点云数据重构为连续的曲面或实体。
在CAD软件中，可以使用曲面重构工具对点云数据进行处理，以生成光滑的曲面模型。
常用的曲面重构算法有Delaunay三角剖分、最小二乘等。
3. 模型修整：重构后的模型可能会存在一些不完美的地方，如面片之间的缝隙、尖角、凹凸不平等。
在CAD软件中，可以使用模型修整工具进行调整和修复。
通过优化面片的位置和法向量，可以使模型更加平滑和连续。
4. 辅助建模：逆向工程过程中，有时需要参考已有的CAD模型进行建模。
在CAD软件中，可以将已有的模型导入到场景中，作为参考或模板。
通过对参考模型进行调整、旋转或缩放，可以快速生成合适的几何体。
5. 模型拟合：在逆向工程中，有时需要根据已有的几何数据拟合出一个曲面或实体模型。
在CAD软件中，可以使用拟合工具进行拟合操作。
通过选择拟合的几何类型（如直线、曲线、曲面等），然后选择几何数据中的点集合，软件会自动拟合出相应的几何体。
6. 参数化设计：逆向工程常常需要将物体的几何数据转化为CAD软件中的参数化模型。
通过参数化建模，可以方便地修改模型的尺寸、形状等参数，以满足设计需求。
在CAD软件中，可以使用参数化建模工具进行设置和调整，将模型转化为可编辑的参数化模型。
7. 模型修复和检查：在逆向工程过程中，可能会出现模型不完整或有错误的情况。
逆向工程中点云数据的精简处理研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒｓ ｍｍａ ｉ ｅ ｈ ｖ ｒ ｅ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ，ｐ ｉ ｔ ｈ ｍｐ ｔａ ｏ ｆｔ ｅ ｃ ｏ ｄ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔｏ ．Ｂ ｓ ｄ ｉ ａ ｅ ｕ ｒｚ ｓ ｔ ｅ Ｒｅ ｅ ｓ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｉ ｏ‘ ｈ ｅ ｏ ｈ ｌ ｕ ａａ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ａ ｅ ｔ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｈ ｐ ｌｃ ｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｒ ｎ ｎ ｌ － ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｉ ｉ ｎ ａ ｄ （ ： ｅ ｓ ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｍｅ ｈ （ ｎ ｉ １ ｒ ｖ （ ｄ ｒ ｃ ｎ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｔ ｆ ｏ ｄ ａ ｄ ａ ｇ ｅ ｄ ｖ ａ ｉ ｒｔ ｏ ｎ ） ｔ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｔ ｏ １ ｎ ｐ ｏ ｅ １ ｉｅ ｔ ｉ ｃ ｏ ｍ‘ （ｒ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔｏ ｔ ｏ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ． ａ ｔ ａ ｂ ｉ ｆｅ ａ ｕ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｈ （ ｉ ｍａ ｅ ａ ａ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ Ａｔｌ ｓ． ｒｅ ｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｔ ｏｉ Ｓ ｄ ．
随着市ｊ ｆ 日 Ｉ ｋ 益多元化， ｆ 求 逆向Ｔ程（ｅ Ｅｇ ｅｒ ｇ Ｒｖ ｅ ｎｉ ｅｎ ） ２ 基 于八 叉树 非均 匀 网格 法 ｎ ｉ
已成 为产品 开发 中不可缺 少 的重 要环 节 。 接触式 测量 如 非 陔方 法 的模 型 基 础是 八 叉树 结 构 ，八 又树 的 空 问分 的空 问 ，其 方法 是 首先构 造 ｆ测 量 点云 的最小 外接 ０方 ｆ ｛ 体 ， 把它 作 为 八 叉树 结构 的 根结 点 ， 并 然后 将该 ，体均 ｊ ‘ 个 方体序 列包 罔一 片 数据点 所 占据 光栅投影扫捕等数据获取速度快 ， 单次扫描能获上万个数 割模 型 是利 用 ・
逆向工程中数据处理方法
逆向工程中数据处理方法机自13103201315010316在逆向工程过程中,形状测量是最基本和必要的一步。
实际问题中,许多模型具有非常复杂的自由曲面,其设计表达或数学模型的建立是非常困难的,因此,形状测量的速度和精度在逆向工程的全过程中占有很大的比重。
实物样件的测量数据通常不能直接用于其三维模型重建，必须将其输入CAD系统或专用逆向工程软件中经过一定的数据处理才能转化为造型所需的数据，称为造型数据【8】。
随着需求和科技的发展，出现了基于光学、声学、电磁学以及机械接触原理的各种测量方法。
划分测量方法的依据也很多，逆向工程中的测量方法大体分为接触式、非接触式、逐层扫描数据测量【1-5】。
接触式测量方法是通过物理接触被测样件来获取数据的方法。
接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法. 接触式数据采集通常使用三坐标测量机。
非接触式数据测量利用光、声、磁等原理进行数据采集,其中光学方法细分有三角形法、测距法、干涉法、结构光法、图像分析法等。
非接触式数据采集速度快精度高,排除了由测量摩擦力和接触压力造成的测量误差,避免了接触式测头与被测表面由于曲率干涉产生的伪劣点问题,获得的密集点云信息量大、精度高,测头产生的光斑也可以做得很小,以便探测到一般机械测头难以测量的部位,最大限度地反映被测表面的真实形状。
逐层扫描数据测量前面介绍的两种方法虽然应用很广,但是存在无法测量物体内部轮廓的缺陷。
为了解决这一问题，一个很好的方法就是采用断层数据测量法。
目前断层采集法分为非破坏性测量和破坏性测量两种。
由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响,通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差,尤其是尖锐边和边界附近的测量数据,测量数据中的坏点可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面,所以要对原始点云数据进行预处理. 其主要的处理工作包括:去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。
逆向工程中影响扫描点云精度的因素分析及解决方法
体措施。
关键词：逆向工程；点云精度；影响因素
中图分类号：TH128
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2017)02-0040-04
0 引言
随着现代计算机技术、图像处理技术、机电光一体 化技术的发展，三维激光扫描技术是21世纪工程测量领 域的又一次技术升级，能够能快速、精确、无接触地获 取物体表面的三维信息点云，使得三维激光扫描技术在 工业设计与检测、数字化管理、逆向工程、文物的修复 和保护、工程测绘、虚拟与现实等领域得到广泛应用。
实际扫描过程中，对点云精度的影响因素来自多方 面，我们将其归纳为主观因素和客观因素两类。主观因 素包括Focus3D X 330扫描分辨率、扫描质量、标识物 等；客观因素包括被测物体的属性、Focus3D X 330自 身特性、外界环境等。
2 影响扫描点云精度的主观因素及解决方法
2.1 扫描分辨率、扫描质量等参数设定对点云的影响及 解决方法
逆向工程中影响扫描点云精度的
因素分析及解决方法
The analysis and solution of influence factors for the precision of point cloud in reverse engineering
吴 阳，冯兰芳，郑金锋，惠延波
WU Yang, FENG Lan-fang, ZHENG Jin-feng, HUI Yan-bo
Focus3D X 330的扫描分辨率和扫描质量两个参数 相互影响。Focus3D X 330的扫描分辨率有1/1、1/2、 1/4、1/5、1/8、1/10、1/16、1/20、1/32，9个档次，扫
收稿日期：2016-10-30 基金项目：河南省重点科技攻关计划项目（132102210198） 作者简介：吴阳（1992 -），男，硕士研究生，研究方向为逆向工程。
逆向工程中的点云处理
逆向工程中的点云处理逆向工程是一种通过对现有产品进行反向分析，提取和理解其设计、构造和材料等关键信息，进而实现复制、改进或再设计的过程。
在逆向工程中，点云处理是一项非常重要的技术，它涉及到对大量三维坐标数据的采集、预处理、编辑、优化等一系列操作。
本文将详细介绍逆向工程中的点云处理流程及相关技术，并通过案例分析说明其实际应用。
一、点云处理流程1、数据采集点云数据采集是逆向工程的第一步，通常通过三维扫描技术实现。
三维扫描仪可以将物体表面的形状、颜色、纹理等转化为三维坐标数据，为后续的点云处理提供基础数据。
2、数据预处理采集到的点云数据往往存在噪声、冗余数据等问题，因此需要进行预处理。
预处理主要包括数据过滤、降噪、简化等操作，以去除无用信息和改善数据质量。
3、数据编辑在数据预处理之后，需要对点云数据进行编辑以更好地反映物体表面的特征。
编辑操作包括插入、删除、移动点等，以便于更好地表达物体的几何形状和特征。
4、数据优化需要对编辑后的点云数据进行优化，以方便后续的分析和处理。
优化操作主要包括数据分组、网格化、平滑等，以提高数据处理的速度和准确性。
二、关键技术介绍1、点云数据采集技术点云数据采集技术是逆向工程的关键之一，常用的方法包括激光扫描、结构光扫描、断层扫描等。
这些方法的基本原理是利用相应的设备对物体表面进行扫描，获取其表面形状和结构的三维坐标数据。
2、点云数据处理技术点云数据处理技术包括数据预处理、编辑和优化等多个环节，涉及到的技术包括统计方法、几何方法、网格处理等。
这些技术可以对点云数据进行清洗、过滤、降噪、简化等操作，以提高数据质量和处理效率。
三、案例分析本部分将通过一个具体的案例来说明逆向工程中点云处理的实际应用。
本案例中，我们将对一个具有复杂曲面形状的汽车覆盖件进行逆向工程分析。
1、数据采集首先，使用激光扫描仪对汽车覆盖件进行扫描，获取其表面形状和结构的三维坐标数据。
在扫描过程中，需要注意扫描的角度、位置、分辨率等因素，以保证获取数据的准确性和完整性。
逆向工程关键技术研究及应用
逆向工程关键技术研究及应用摘要：逆向工程是一项计算机辅助设计的新技术，它是在现有产品数字化基础上进行设计创新的，其关键技术主要包括：实物数字化、数据预处理、三维模型重建等。
本文总结了国内外的逆向工程技术研究现状，对其关键技术进行了研究，并概括了目前逆向工程在设计中的应用情况，最后对逆向工程存在的问题进行了讨论。
一、绪论计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等各项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
作为计算机辅助设计的一项具体应用，逆向工程是近些年发展起来的消化、吸收先进技术的一系列分析方法及应用价值的组合。
传统的正向设计从实际需求出发得出产品的概念，进一步建立与之相符的CAD模型，通过一系列手段得到产品的实物模型。
相对于传统正向设计，逆向工程的过程采用了通过测量实际物体的尺寸并将其制作成CAD模型的方法，真实的对象可以通过如三坐标测量仪(Coordinate Measure Machine，CMM)，激光扫描仪，结构光源转换仪或者x射线断层成像这些3D扫描技术进行尺寸测量，然后通过后续处理进而得到3D模型。
概括地说，逆向工程是由产品样件到数字化模型的过程，相比于传统的正向设计，1它极大地缩短了产品的开发周期，提高了经济效益。
二、研究现状逆向工程是20世纪80年代初由日本名古屋研究所、美国3M公司和美国UVP公司提出并研制开发的[1]。
面向逆向工程中点云数据的处理与精简方法
面向逆向工程中点云数据的处理与精简方法摘要：数据处理是逆向工程的关键环节，处理结果将直接影响后期模型重建的速度和质量。
本文着重介绍了逆向工程中点云数据的两种精减方法及适用场合。
关键词：逆向工程数据精减均匀网格法非均匀网格法逆向工程，也称反向工程或反求工程。
它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的新模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，也是产品设计下游向设计上游反馈信息的过程。
在逆向工程中，首先对实物样件进行数字化，然后将获得的数字信息应用专门的曲面造型和CAD系统p通常在扫描垂直方向（Z向）构建网格，因为激光扫描对Z值误差最为敏感。
采用中值滤波法对网格点进行筛选，数据减少率取决于用户选取的网格大小。
网格的尺寸越小，网格的数量越多，从整个点云采集的样本点就越多，数据减少率就小。
图1所示案例是将A到G的7个点投影到均匀网格的一个单元平面上，一次按照高度Z排列，其中A点是各点到平面的距离中值点，选取A点为代表样点，去除其余点。
借助均匀网格中滤波法可有效地去除噪声点。
当扫描平面垂直于测量方向时，这种方法显示出良好的性能。
由于在均匀网格法中仅是选择某些点而没有改变点的位置，因而可以很好地保留原始数据。
均匀网格法特别适合相对简单表面点云的快速精减。
采用均匀网格法精减数据时，某些描述零件形状突变的点，例如边缘、尖角等，往往由于没有考虑物体的形状特征会全部或部分丢失，造成重新构建的模型失真。
2非均匀网格法逆向工程中，精确地重现零件的形状至关重要，而均匀网格法在这方面却受到一定的限制。
因此，能够根据零件形状变化而改变网格尺寸的非均匀网格法就应运而生。
非均匀网格法又分为两种：单向非均匀网格法和双向非均匀网格法。
采用激光线测量零件时，扫描路径和条纹间隔是由用户自行定义的，扫描路径决定激光头的移动方向，条纹间的距离控制所采集数据点密度。
当测量相对简单的曲面时，扫描仪不需要在每个方向都进行高密度扫描，单向非均匀网格法就非常适合。
基于CATIA的逆向工程点云定位方法研究
基于CATIA的逆向工程点云定位方法研究逆向工程在汽车设计领域是一种重要且常用的设计手段，在产品造型、型面制作和结构布置设计等阶段发挥着重要的作用。
而逆向工程的主要依据是通过扫描手段得到的点云数据。
由于点云所处的坐标系统与设计参考坐标系没有任何关联，因此还需要对点云进行定位和调整。
目前通常以......一、引言逆向工程在汽车设计领域是一种重要且常用的设计手段，在产品造型、型面制作和结构布置设计等阶段发挥着重要的作用。
而逆向工程的主要依据是通过扫描手段得到的点云数据。
由于点云所处的坐标系统与设计参考坐标系没有任何关联，因此还需要对点云进行定位和调整。
目前通常以目视和简单测量的方法调整点云坐标到所需的设计坐标系统，因此导致设计效率低下，人为增大设计误差。
本文另辟蹊径，运用CATIA软件独有的罗盘工具，设置定位调整条件，可以方便地将点云数据调整到所需的设计坐标系中，为整个开发进程提供可信的数据基础。
点云的定位与调整方式主要有非参数化和参数化两种方法。
为了详细阐述这两种方法的使用，本文从利用相关件进行点云定位，和设定自对称件的对称中心面两方面进行实例说明。
为了更好地理解本文的内容，特对涉及的术语做如下说明：◎点云：通过扫描设备采集对象物体的表面几何信息时，产生用来表达表面几何信息的点的集合。
◎自对称件：将本身的一部分特征关于特定平面对称时，对称产生的特征能与本身其他的特征基本重合的物体。
◎罗盘：CATIA软件的自带工具，用来指示坐标系并在6个自由度方向上自由调节。
◎基准平面：此文中特指CATIA中生成的Plane面，具有无限延展性的单阶面。
二、非参数化的点云定位方法点云的定位与调整的非参数化方式主要是将CATIA中的罗盘与点云数据关联起来，通过调整罗盘的方位数据来移动点云数据，并且配合对点云位置的判定，从而实现点云的定位与调整。
1.利用相关件进行点云定位此类应用前提是必须有在现有坐标系中与待定位部件相关的部件数模(或者已知某特征的坐标值)。
逆向工程技术论文
逆向工程技术论文逆向工程又叫反求工程或反向工程，下面是小编为大家精心推荐的逆向工程技术论文，希望能够对您有所帮助。
逆向工程技术论文篇一逆向工程技术及其应用摘要：通过分析和研究逆向工程技术，提出了其关键技术为数据采集、数据预处理、数据分割、曲面重构和CAD模型建模，分析了逆向工程技术在产品设计中的应用，其能提高产品设计的准确性，大大缩短产品研发周期。
关键词：逆向工程数据采集曲面重构点云0引言在21世纪的今天，市场的产品变化很快，能不能很快制造出符合市场需要的商品是一个公司生存发展的关键。
但由于很多原因我们只能得到简单的实物模型，无法得到图纸和相关的产品数据。
因此就没有办法得到产品的数据尺寸，从而把极大地困难带给后续的制造技术和模具的制造。
从而就急需一种能通过先进技术对实体进行处理进而将样品制造出来的技术，而逆向工程正是在这种背景下应运而生。
1逆向工程概述逆向工程又叫反求工程或反向工程，它是根据一个实物产品，通过三维数字化扫描仪精确快速的测量事物的轮廓坐标，再通过三维CAD曲面重建并修改后传递给一般地CAD/CAM系统，再通过CAM 编出刀具的程序传给CNC加工设备，从而制造相应的模具。
单地说，逆向工程就是根据已存在的产品样件模型，进行解剖、深化和再设计，反向推出产品设计数据的过程。
反向工程分为下面三类：①实物反向：它是已经有了实物，经过测量和相关分析进而再生产。
它有性能逆向、功能逆向、结构、材料等各方面的反向。
而且这种反向的目标可以是一个整体可以是一部件也可以是一组件。
②软件反向：我们把产品的样本和设计书、产品的图纸和使用手册、相关的标准和质量保证文件等都叫做技术软件。
它分为以下三类：有实物和全套技术软件的;只有全套技术软件的;只有实物的。
③影像反向:这种逆向没有技术软件也没有相关的实物，我们只能获得产品的一些广告图片和一些参观视频等，产品的研发人员只能根据这些资料去设计和构思产品，我们把这种反向叫做影像反向。
逆向工程毕业设计外文翻译--在逆向工程中对适合曲线的数据点云的预处理
附录一在逆向工程中对适合曲线的数据点云的预处理逆向工程已经成为一种从实物通过CMM测量的数据点重建CAD模型的重要工具.在逆向工程中首要的问题是:测量到的点具有不规律形式和不对等分布，很难用B-spline曲线拟合。
这篇论文中介绍了一种在逆向工程中用预先处理数据点来拟合曲线的方法。
适合B-spline形式之前来处理先前测量得到的数据点的方法已经得到了发展。
通过这种方法产生的新的数据点形式，适合建立光滑精确B-spline曲线的要求。
这种方法的整个的步骤包括：切片、弧度分析、分割、回归、和再生。
在逆向工程中这种方法被实施和用于实践。
重建的结果证实了此方法与目前流行的商业CAD系统的结合力。
关键字：拟合曲线；预先处理数据点。
逆向工程1．介绍随着计算机硬件的软件技术的发展，对促进产品发展的计算机辅助技术观念在工业领域已被广泛地接受通过新的CAD技术的发展,设计和制造之间的间隙已逐渐变得越来越密切。
在正常的自动化制造环境下操作顺序经常是通过用CAD 系统创建的几何模型的产品设计开始，在几何模型的基础上，产生机器制造指令将原材料转化成最终产品然后结束。
由于意识到现代计算机辅助技术在产品发展和制造中的优势，因此在CAD系统着重要求创建物体的几何模型。
然而，在创建CAD 模型之前，产品发展的物理模型和样本先被产生出来。
1．例如，在设计汽车主体控制面板时，设计者和艺术家关于控制板的构想到底是在什么样的基础上制造黏土模型。
2. 没有最初的草图，确切的记录模型在哪里？3. 在制造中由于设计的改变，CAD模型不得不重新修改的部分哪里在所有这些情形中。
物理模型或样本的建立是为了创建和建立CAD模型。
与这些常规的制造顺序相反，典型的逆向工程从测量现存的物理实体开始，这样推断出来的CAD模型可以更好的利用CAD技术的优势。
逆向工程经常可以细分为3个阶段：电子数据获取，数据分割，和用CAD模型构建一个物理模型。
样本起先用CMM或激光扫描仪测量以得到以三维坐标形式存在的几何图案的信息。
逆向工程中点云数据的曲面重构方法研究
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对逆向工程技术的点云数据处理的研究
摘要：几何造型与处理是国际上当前的研究热点，逆向工程技术作为其中一门重要的建模方法，在实际生产生活中有多方面的应用。
简单介绍了逆向工程技术中点云数据的概念，实际操作流程，指出了点云数据处理是逆向过程中不可缺少的一步；重点讲述了点云数据处理的数学模型，数据处理方法，最后通过深入浅出的例子总体表现逆向工程技术。
关键词：逆向工程catia matlab 点云数据消噪平滑滤波点云分层数据拼合精简
中图分类号：tp39 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）005-008-02
1 逆向工程技术点云数据概述
点云数据是逆向过程中通过三维测量机测出的保留有模型坐标
尺寸信息的数据。
由于受一些外界条件还有测量工具等等，点云数据中含有部分的噪声点和大量的冗余的数据，不利于模型的重构，影响模型的质量，所以逆向过程中点云数据处理是不可缺少的，它是模型重构前所必须做的。
2 逆向工程技术的数据处理模型
2.1 噪声点的去除和失真点的查找
在三维扫描测量过程中，由于测量设备精度不一样、所测量的物体的性质差异、所处外界环境的约束，从而很容易而且不可避免地
存在噪声点和失真点。
因此在逆向测量过后的数据处理，就首先要用相关的软件对点云数据进行处理，去除那些误差很大的噪声点和失真点。
主要有以下几种方法：
(1)直接观察法，去除那些直接能观察出来的噪声点和失真点，然后删除。
(2)弦高差法，连接检查点前后两点，计算检查点到连线(弦)的距离，如果 (为给定的允差)，则认为是坏点，应予以去除。
(3)角度判断法，检查点沿扫描线方向与前后两点形成的夹角是否小于允许值。
(4)曲线检查法，用最小二乘法拟合得到一条spline曲线，曲线通过截面的首末点，曲线的阶次可以根据曲面具体改变，然后分别计算中间数据点到spline曲线的距离，如果(为给定的允差)，则认为是坏点，去除该点。
2.2 点云数据的平滑处理
点云数据的平滑处理是逆向工程模型重构不可缺少的环节，因为点云数据有很大的随机性误差，而且误差很容易累计传递，这对于后期的重构曲面的质量有很大的影响，因此重构曲面之前要对点云数据进行平滑滤波处理，主要的平滑滤波处理方法有以下几种：均值滤波，利用统计平均值，代替原点，使数据光滑，达到平滑处理的效果。
中值滤波，利用相邻三个点的平均值代替原始点，实施平滑滤波
处理。
高斯滤波，高斯滤波是一类根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑滤波方法，尤其对处于正态分布的噪声有很大的效果。
因为高斯滤波能有效减小累计误差，所以它能较好地反应真实数据的特征，重构出真实的模型曲面，是一种常用的滤波方法。
具体实现方法，可利用matlab工具箱中的smooth（）函数，smooth （）函数表达式，ydata表示输入的一维数组，如坐标的数组；span 表示滤波的步长；method表示上述的滤波方法。
现在还有一种基于小波分析的平滑处理方法，该方法中将点云数据分解成具有不同频率的小波系数，以小波系数空间的重构完成点云数据的平滑处理，形成图像域与空间域的映射，这种处理方法的好处是克服了空间点云数据在坐标轴上的不等间问题。
2.3 数据点云的分层处理
传统的数据分层方法：先把自由曲面划分成栅格，然后以栅格为基元对数据点进行分层化。
在三维直角坐标系中，将数据点投影到某个坐标平面上，比如投影到xoz平面上，然后沿x轴方向划分成一系列等栅格的面，每一部分至少有一点簇。
传统的数据分层方法是将一定域内的点集近似等效为一个层面，这样实现起来也比较容易，从分层的方法上就可以看出曲面分层的精度不高，所以我们提出以扫描轨迹进行分层。
2.4 分层点云数据的拼合及精简
在逆向工程技术当中，为了完成对整个模型的测量，尤其在模型比较大的时候，需要从多个角度去测量。
不同角度测量时，它所对应的局部坐标系是不同的，所以要通过拼合把局部坐标系弄成一个坐标系，并且通过精简消除重叠的部分，这就是点云数据的拼合与精简。
主要方法有通过测量设备装备实现拼合对齐，还有就是通过软件进行多视对齐（如图1所示）等。
3 逆向工程技术研究实例
在扫描测量过程中，需要间隔一定的角度就要对模型测量一下，直到将模型所有的面被扫描测量完为止，这样才能把模型所有的特征记录下来。
而且特别要注意的是零件正在扫描的面要与上一次扫描的面要有共同的部分，共同的部分具有一些明显的特征点，便于后面的点云处理数据点的拼接。
如果模型比较大，发现特征点比较难找，可以在模型上做一些标记。
这样在后面的点云处理当中，可以很方便地找到这些点，进行数据点云的拼接，拼接完了以后删除这些标记的特征点，然后利用软件修复这些空白的面。
比如我们曾经对轮机叶片进行扫描就遇到了这个问题，三维测量机的扫描范围比较小，而轮机的叶片比较大，表面比较光滑，很难找到一些特征点，我们就找了一些乒乓球，隔一定的距离就往叶片上粘一个乒乓球，让乒乓球成为这些点云的拼接特征点。
我们对电话听筒进行了逆向，我们首先对模型表面进行了涂刷处理，刷上比较淡的白色，因为所使用的comet 400 测量系统对温度，
模型表面的色度要求都比较高，这样就便于数据采集以及数据的完整性。
测完点云数据后保存，然后把数据导入模型重构软件，proe，ug，catia中，进行数据处理，这里我们用catia软件进行模型重构，图2为重构的模型。
4 结束语
随着测量设备技术发展，相关软件开发技术的不断完善，必将形成集成化、智能化的逆向工程的开发系统，以软件实现发展，必将改变传统设计开发模式。
点云数据处理是逆向工程技术中的一个重要的环节，本文主要阐述了在点云数据分析中提出来的点云去噪，数据平滑滤波处理，数据分层及点云数据拼合和精简的模型思想，最终达到模型重构，对产品分析和设计。