先进制造技术翻译作业

1、使用边缘检测技术和 Delaunay 三角剖分方法形成3D 复合外表快速原型制作的逆向工程Gil-Sang Yoon * , 1 , Young-Moo Heo 1 , Myeong-Woo Cho 2 , and Tae-Il Seo 31 Precision Molds and Dies Team, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH),994 Dongchun-dong, Yeonsu-gu, Incheon 406-130, Korea 2 Division of Mechanical Engineering, Inha U

2、niversity, 253 Yonghyeon-dong,Nam-gu, Incheon 402-751, Korea 3 Department of Mechanical Engineering, University of Incheon, 177 Dohwa-dong, Nam-gu,Incheon 402-749, Korea本研究的目的是开发高效的逆向工程的方法三维组合曲面的快速成型过程。作为第一步，获得使用边缘检测的激光扫描仪的扫描数据采用的图像处理技术。基于检测到的边缘，为了将外表划分成几个独立区域提取复合外表的边界信息。作为下一步，Delaunay三角剖分方法应用独立重建外表

3、扫描的数据和边界信息的基础。最后，STL文件创建快速成型工艺。进行所需的模拟和实验和对结果进行分析，说明所提出方法的有效性。关键词:逆向工程、快速成型、delaunay三角剖分、图像处理、边缘检测、STL文件1 引言 近年来，制造业已经迅速追求FMS柔性制造系统以满足不断变化的客户需求。因此，必须降低生产成本的同时缩短新产品开发时间。因此，可以毫不夸张地说，一个公司的竞争力取决于如何快速提供各种低成本产品。为了这此目的，并行工程的概念已经被普遍采用。它可以满足产品从设计到生产的全过程的竞争力。 RE逆向工程1-3和RP快速原型技术是并行工程概念具有代表性的技术实现，在试生产和制造技术创新发挥了

4、主导作用。 逆向工程是一种从测量数据生成CAD模型，可以为各个领域包括上市CAD/CAM/CAI电脑辅助检测的技术。它的实际过程一般可分为1测量的实际对象，2生成曲面，和3生成CAD模型。这种技术被广泛用于各个领域如汽车，航空工程，医疗仪器，压铸模和模具，以及游戏，动画，电脑图形学等等。快速成型技术，同时，是一个可以快速原型技术有结合层；厚度小，通过从三维模型在CAD系统生成STL立体光刻技术文件。因此，RP技术可以将显示在电脑显示器上的三维形状转换成为实体RE和RP工艺被制定使用如下连续的步骤：1测量目标工件的几何形状；2使用插值法进行参数化模型等；3生成CAD数据;4生成STL文件或切片通

5、过商业版软件包文件见图la。在这种情况下，它是很难考虑到边界或尖锐的边缘产生的复合外表。因而无法完成精确的快速成型过程。为了防止这一问题，它是可能的集中测量的边界附近的点。在这种情况下，很明显，大量的三角面片必须集中区域的边界附近。然而，大量的补丁将无效的产生。本文提出了一种改良的三维复合面快速原型重建过程。第一步，边缘检测，图像处理技术之一，应用激光扫描仪获取扫描点数据。通过这个，复合外表的边界信息边缘形状被提取出来用来将外表分成一些独立的区域，下一步，Delaunay三角剖分的方法应用于在测量数据的基础上结合必要的信息，重建结构外表。最后，为快速成型过程创建STL和切片文件。执行所需的仿真

6、和实验，对结果进行分析。阐述了该方法的有效性。所提出的方法的全局过程如图1b。2.从扫描数据中提取边界信息一般，只通过CMM坐标测量机或激光扫描仪上测量得到的数据来重构曲面的复合外表，是很难产生精确的几何形态数据。正如前文提所述，测量误差集中在复合外表不同定义外表之间的尖锐边界附近，如图2。为了有效地完成这个过程，我们将化合物外表分为元素的子外表，检测到锋利的边缘的基础上。对复合的外表包括雕塑和解析曲面进行再处理的目的，我们使用测量数据提取边界的图像处理技术。基于所提取的边界，测量点被分割成假设干区域，然后构建三角网格。利用三角形拓扑，生成STL文件。图1为这些方法的顺序。具体的解释建议方法，

7、组合群面的两个典型的例子考虑到：1半球和2自由形成的外表见图3。扫描数据对激光扫描仪的分辨率很敏感。因此，这些数据可能影响提取的方法。2.1。边界提取边缘一般是指两曲面的交线。在这种情况下，边缘对应于复合面内两个不同定义曲面的边界。在图像处理中，一个边缘对应于像素的灰度值的边界被突然改变。因此，如果扫描数据可以转移到Z-map型数据，它将可能使用图像处理技术来检测复合外表的边缘边界。我们声明边缘检测，将边缘算子，通常称为拉普拉斯算符，将数据从扫描数据传输单元。为了提取边界，我们把测量数据的灰度z方向坐标值，采用Laplacian算子检测过零点。拉普拉斯算子的定义如下：拉普拉斯算符x,y-1(x

8、-1,y)(x,y)(x+1,y)(x,y+1)图3显示了一个最初的扫描点的三维图，而图4显示零交叉点结合元通过采用拉普拉斯算子。图5显示了从零交叉点提取的复合外表的边界。2.2 边界数据生成分析所提取的边界，如图5所示，可以看出边界包含一组数据。为了获得精确的边界数据，有必要应用细化算法。图6显示了应用细化算法后的单位像素链组成的边界。分析边界数据，我们验证解析曲线是否代表边界形状圆形，矩形等5。如果他们不这样做，我们使用NURBS插补技术以获得边界形状数据 6 。2.2.1。解析曲线插补在一般情况下，解析曲线圆，椭圆，线可以由圆锥形截面曲线 7 ，由给出的标准形式来表示：Ax 2 2Bxy

9、 cy 2 2Dx 2Ey + + + + 0 2圆锥形截面曲线表示几个解析曲线圆、椭圆、线的系数，相对于旋转和平移是不变的值。提取边界数据对应坐标值在xy平面上投影。在这种情况下，如果我的坐标价值是由x i，y i，这并不总是满足公式1；因此，我之间的圆锥曲线和xi，yi的坐标错误的给出：ei=Axi2+2Bxiyi+Cyi2+2Dxi+2Eyi+F (2)如果边缘是由n点组成，总误差为：因此，如果该系数被确定为最小应用最小二乘法的总误差平方法可以从一组点中得到一个圆锥曲线(Eq5).公式2中的Ai对应系数A，B，F，关于圆锥曲线插补的不同而有所不同。在这项研究中，使用上面的做法，我们近似得

10、到的边界数据为圆锥曲线并且所获得的边界数据和插值曲线之间的误差量数量。如果误差量超出允许的误差范围，我们试图通过比较其他类型的圆锥曲线来重复完成上面的过程，像分析一般的曲线，如圆，椭圆，和线。2.2.2。NURBS非均匀有理B样条曲线Non-Uniform Rational B-Splines曲线插补算法对于无法通过如上所述解析曲线表示的边界形状，本文中使用NURBS插补方法。假设我们给出了一组已经获得的点QkK = 0,1，n，我们要插值点与PTH程度NURBS曲线以获得边界数据。PTH程度NURBS曲线的定义如下：控制点，Pi含n+1未知数。如果我们用和弦长的方法来分配一个参数值长度的方法

11、，并选择一个适当的节点向量U= U0,K,Um通过采用参数的平均值，我们可以建立一个n+1Xn + 1的线性方程组见表6。本系统用鲁分解法求解线性方程组。次方程组可以由LU分解来求解。因此，控制点Pi确定后，边界数据就可由NURBS曲线插补而来。2.3。扫描点分割为了独立重建复合外表的基本面，我们首先采用图像处理技术检测出边界数据。因此，它有必要将最初扫描的点划分成几个区域的边界数据的基础上。为了此目的，我们检查如果扫描点存在于内部或外部的划分区域使用扫描线算法 8 图7显示了如何在这种情况下应用扫描线算法。定义扫描线开始从一个目标点，通过无限和消极的定向，我们计算之间的边界和扫描线的交叉点的

12、数目。如果数字是奇数，目标点存在于边界内。如果数是偶数，目标点存在于边界以外。对所有的扫描点继续使用相同的方法，它可以有序确实定任意扫面点存在的位置。3。划分三角形网格为了构建曲面，并建立从分段扫描点的快速成型工艺建议，我们使用Delaunay三角剖分法 9,10构造三角形网格。Delaunay三角形剖分法包括1选择三个点形成三角形，2确定三角形内接圆的半径3构造一个三角形的顶点不在内接圆里。过程描述如下：1. 结合扫描点内部划分区域和检测到的边界数据，每个分片数据。2。项目的坐标，每个分片上的一个2. 二维平面，并获得这些投影的2维坐标。3. 进行Delaunay三角剖分的过程与投影二维坐标

13、。4. 得到的三角拓扑信息在步骤3到3维空间。5. 最大限度地优化三角片三角拓扑信息的距离。3.1。三角网格的数据结构一个三角形多面体由面、边和顶点构成。为了存储这个，需要一个特定的数据结构拓扑信息。为此，LTL劳森三角形表结构，众所周知的数据结构，让我们能够有效地恢复巨大的数据。VL(顶点列表)是一种数据结构的顶点数据存储。它是通过给扫描点的索引号，以便他们指出这些点的空间坐标构造。在零担结构中，脸上数据存储被编译通过索引号给的面孔，他们指示点由这些面孔和相邻三角形组成的索引号。存储顶点下三角形索引号的起源，而相邻三角形则存储顺序跨越其他三角形三角形平面逆时针旋转存储顶点的飞机。当构建三角面

14、片，相邻三角形输入零担结构的信息包括三角形多面体信息的列表。在零担结构，如果穿越其他三角形平面三角形平面不存在撰写为顶点，相邻三角形时此三角形的修补程序被说明作为 1索引号。这是因为为0的数组分配第一个三角形修补程序。图8。三角网数据结构：a和bLTL三角形网格结构。图9。Delaunay On 2的算法流程图。3.2。Delaunay ON 2算法Delaunay三角形贴片，通常被称为泰森三角形贴片或Voronoi图，是代表以On 2的算法，它允许快速的处理时间。2算法是由一个流图描述图9。本程序可概括如下两步。3.2.1。步骤1。在点集内找到最接近的点当连接了一个点集内的2个点生成第一边缘

15、边缘-0，这个优势应该存在最后一个三角形补丁。因此，这一优势是定义为第一边缘edge-0。3.2.2。步骤2。检查所有的点都位于边缘的左侧我们发现所有点的边缘组成的边缘最邻近的点，并将它们分配给第一个边缘edge-0。第一边的索引号开始于0。一个循环是通过第一点生成的p-locked在edge-0左侧。我们检查，如果其他点数是位于该第一边缘存在里面的以前产生的圆的左。存在的任何一点ING在这些条件下所显示的是p-locked和另一个圆圈必须由这一点和两者产生第一边缘点。我们继续检查是否有其他点存在在这些条件下，直到所有的点都隐去-。在相同的方式，两个三角形补丁不包括将有更多的积分都会被一个边的

16、边捕获。在这个时候，新产生的边缘从2个三角形补丁是由edge-1，edge-2表示，等。通过这种方法，可以构造一组三角形连接所有扫描点的三角形网格这一步需要下面的测试。图10。Delaunay算法的ON 2试验：ab内切圆为导向的测试，测试，和c交试验。3.2.3。测试1：定向测试确定顶点相对于任意的边的方向是必要的，如图101。顶点的方向可以由以下条件来确定。如果detA，B，V0，那么V,右，AB是真的如果detA，B，V 0，那么V, 左，AB是真的如果detA，B，V= 0，那么V.在，AB是真的其中detA，B，V和位置矢量职责范围的边缘点A，B，和顶点v。3.2.4。测试2：内切圆

17、测试一个圆，通过分A，B，和C生成如图10b所示。然后，计算D点和圆心的距离。如果距离小于圆的半径，我们确定这个点存在于圆内。圆心坐标x，y和半径可以从一下公式求得：3.2.5.测试3:相交测试当四个点Delaunay三角剖分过程中存在一个圆圈时，三角面片可以互相重叠:因此，有必要来删除重叠的修补程序。要检查是否生成的三角形贴片重叠另一修补程序，它有必要弄清是否该修补程序与相交三边另一个修补程序。九个最大的测试是必需的。为此目的，三个细节进行试验，如下所示。3.2.6.条件1:最大/最小测试两个部分作为第一步，我们检查的最大和最小的两段不同的修补程序。如果两段不同的修补程序满足以下条件(见情商

18、9)，如下图，在图10 (c)，这两部分不相交彼此。Max (Aix，Bix)Min (Ajx，北极象)马克斯 (Ajx，北极象)Min (Aix，Bix)Max(Aiy, Biy)Min (Ajy，Bjy)Max (Ajy，Bjy)Min(Aiy, Biy)(9)3.2.7。条件2：2段坡度试验如果条件1是不满足，则需要比较两个段的斜率。如果两个斜率相等，他们是平行的：因此，不存在交集。通过以下方程，我们检查是否D等于0。3.2.8条件3：两条线段的交点试验在条件2，如果D不等于 0斜率不相等，它是需要验证的交汇点不存在里面的两条线段。第一，包括两个考虑的段的两条直线都考虑在内。的直线段包括

19、i和j，都可以由以下公式描述重新排列式12，这个方程可以表示为：重新排列公式13 S和T，S和T可以由下面的方程。如0、1、0、1、2段相交。3.3。改良的三角片如果连接类型的三角片被改变，每个点的拓扑信息将改变。因此，就必须优化的三角片，以获得更准确的三角补丁。为此，提出了涉及构建三角面片等，它们是一个等边三角形尽可能相似。为了检查是否所有的三角形都是局部优化，交换两条对角线四边形的一般方法。 此方法如图11所示，描述如下。两相邻的三角形可以组成一个四边形。四边形可分为两个不同的对角线的两对三角面片。在考虑2对三角形的补丁，它是可能的，得到的线段连接的三角形中心点和所有的顶点。如果最短的段线是由最小-最大距离标准选择和三角片的基础上的对角线的最短段，它是可能的，以尽量减少引起的平面三角片的错误。图12显示了使用最小