[发明专利]薄壁复杂曲面零件三维加工预处理方法

摘要

本发明薄壁复杂曲面零件三维加工预处理方法属于复杂曲面零件加工预处理领域，特别涉及反求工程中薄壁复杂曲面零件扫描线点云数据的预处理方法。本发明用于反求工程，利用实物填充法，按逐条扫描线修补方式，实现对整个薄壁复杂曲面点云数据中的孔洞或分布不均匀区域的矩形拓扑修补预处理；先对薄壁复杂曲面零件进行三维数字化测量，获取表现其特征的扫描线点云数据；再对扫描线点云数据进行预处理，特别针对点云数据中的孔洞或分布不均匀区域进行修补，得到矩形拓扑结构的点云数据；最后，对修补后的点云数据进行B样条建模，指导薄壁复杂曲面零件的后续精密加工。本发明提供的点云数据预处理方法简单易行，复杂程度低，效率高，适用范围广。

主权项

一种薄壁复杂曲面零件三维加工预处理方法，其特征是，在反求工程中，利用实物填充法按逐条扫描线修补方式，实现对整个薄壁复杂曲面点云数据的矩形拓扑修补；对薄壁复杂曲面零件的扫描线点云原始数据中的孔洞或分布不均匀区域进行修补预处理，首先，对薄壁复杂曲面零件进行三维数字化测量，获取表现其特征的扫描线点云数据；其次，对扫描线点云数据进行预处理，特别针对点云数据中的孔洞或分布不均匀区域进行矩形拓扑修补，得到具有完整结构的点云数据；最后，对修补后的点云数据进行B样条建模，指导薄壁复杂曲面零件的后续精密加工；扫描线点云数据的预处理方法步骤如下：第一步：利用三维数字化测量设备，采用分层周进扫描测量方式，对薄壁复杂曲面零件进行接触式测量，获取零件点云数据；第二步：对采集到的点云数据，先利用向前一阶差分判断各扫描线点云数据的边界，把每条扫描线上的点云数据存储到一个单元中；第三步：统计各扫描线单元中的数据点数，找到数据点数最多的扫描线位置，并求出其他各扫描线单元点数与最大值间的差值，以确定各扫描线所需要的修补点数Nj；第四步：对需要进行数据修补的扫描线单元，选取原有数据点之间的距离值(对回转类零件并且含有回转角度信息的点云数据，可直接根据回转角度间距值进行补点分配)作为权值，将需要修补的点数按标准权值分配到相应的孔洞区域；标准权值的确定过程如下：设N为含有最多数据点的扫描线单元的数据点数，n为需要进行数据修补操作的第j条扫描线单元的数据点数，Pj0、Pjn为第j条扫描线单元的首、末数据点，A为该扫描线单元中各数据点之间距离值的集合向量，B为各数据点之间距离值与标准平均距离之间比值的集合向量，B的计算如下： B = A | P jn P j 0 | / ( N - 1 ) - - - ( 1 ) 遍历向量序列B，记录其中元素数值大于等于2的数值和数据位置并存入向量C；向量C中的元素数值大小表示第j条扫描线单元上的相应数据点之间所能包含的最小平均间隙的数量，其大小决定了在该位置需要补入的数据点个数，数值越大，需要补入的点数越多；数据位置决定了补入的数据点在整个扫描线单元上的排列位置；对这些位置的数据进行标准权值计算，标准权值V(i)如下： V ( i ) = C ( i ) Σ i = 0 m C ( i ) - - - ( 2 ) 其中m为向量C中元素数量，i遍历向量C；第五步：根据标准权值进行修补数据点分配；在各个修补位置的补入点数量P(i)为：P(i)＝V(i)·Nj                        (3)其中Nj为第j条扫描线单元所需修补的数据点数，由第二步得到；由于权值V(i)含有小数部分，P(i)不可能全是整数值；对于整数的情况，直接进行修补点数量分配；对于存在小数的情况，则需要进行整数化处理，即取绝对值不大于等于原值的整数值作为修补点数量，即取整后修补点数量Q(i)为Q(i)＝[P(i)]                           (4)第六步：按相关扫描线理论模型，对已经确定了修补点数量的数据位置进行补点计算；如果曲线的理论模型未知，通过插值方法计算修补点的三维坐标值，实现按扫描线单元的数据修补；第七步：对于需要进行整数化处理的情况，按照上述修补操作后，扫描线单元的数据点数一般无法达到要求的点数值，计算剩余的修补点数量X，如下： x = N j - Σ i = 0 n Q ( i ) - - - ( 5 ) 根据修补后的新扫描线单元数据点的间距值，按照上述修补步骤，对剩余修补点数进行修补迭代；第七步中修补点的三维坐标值计算如同第六步；通常由于整数化处理引起的剩余修补点数量较少，迭代修补10次达到要求；第八步：按扫描线单元进行逐条遍历修补，完成对整个扫描线点云数据的修补操作。