基于模型特性的点云模型分层技术研究

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在工程实际应用中,存在大量具有装配要求且具有反求价值的复杂型面产品,为了能够快速准确的反求这类产品,满足现场需要,采用逆向工程技术与快速成型技术的集成制造技术是一种有效途径。  分层技术是快速成型技术的关键环节,将直接影响模型的分层效率和成型精度。然而,本地区现有的快速成型机只能对模型进行相同层厚的分层制造,无法满足模型在不同部位采用不同精度进行分层制造需求。在逆向工程技术和快速成型技术集成的制造方式中STL模型的分层和CAD模型的直接分层都需要进行数据格式转换,一方面可能造成数据信息的缺失,另一方面影响效率。为了协调分层效率和成型精度之间的矛盾,在课题组已有研究成果的基础上,本文针对具有逆向需求和配合要求的点云模型,运用MATLAB编程软件,对分层算法进行研究,使模型在满足形状特性、装配要求等前提下,以较高的分层效率对模型进行快速制造。  课题组成员已经完成了 STL模型的各分层算法的研究,对点云数据格式和点云模型的等厚分层算法做了初步研究。在此基础上,本文对点云模型的等厚分层算法进行改进:估算点云模型的密度,根据点云密度确定初始分层厚度;采用投影法分层,估算切片点云的密度,对点云密度大的切片点云建立平面均匀方格进行数据精简,根据切片密度确定方格的边长;对精简后的切片点云进行 Delaunay三角剖分,将三角形边长值与设置的阈值比较,对满足条件的数据采用alpha shape算法提取轮廓线,实现点云模型的等厚分层。在得到截面轮廓线之后,计算点到轮廓线的距离,根据距离适应性调整层厚实现点云模型的自适应分层。点云模型的分段等厚分层和分段自适应分层是在以上两种方法的基础上与分段算法结合实现的。用多个点云模型对以上分层算法进行分层模拟仿真,分层结果表明,本文采用的等厚分层算法具有较高的效率,自适应分层算法、分段等厚分层算法以及分段自适应分层算法在保证效率的同时可有效降低台阶效应对精度的影响。其中分段分层的思想为具有装配要求的模型的分层处理研究提供借鉴和参考。
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