逆向工程及智能制造技术

第1 章绪　论1

　1.1　逆向工程技术　/ 2

1.1.1　逆向工程的概念　/ 2

1.1.2　CAD 建模方法　/ 4

1.1.3　逆向工程CAD 建模方法　/ 5

1.1.4　逆向工程CAD 建模技术　/ 9

　1.2　逆向工程在智能制造中的应用　/ 15

1.2.1　智能制造　/ 15

1.2.2　逆向工程技术在智能制造中的应用　/ 16



第2 章逆向工程的技术基础19

　2.1　逆向工程技术的工作流程　/ 20

　2.2　逆向工程的硬件平台　/ 22

2.2.1　数据采集设备　/ 22

2.2.2　加工制造设备　/ 26

　2.3　逆向工程的软件平台　/ 27

2.3.1　数据采集与分析软件　/ 27

2.3.2　专用的逆向造型软件　/ 29

2.3.3　CAD 建模软件　/ 31

2.3.4　逆向工程在智能制造中的应用软件　/ 34



第3 章基于变量化设计的逆向工程CAD 建模39

　3.1　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模理论方法　/ 40

3.1.1　变量化设计造型方法　/ 40

3.1.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的提出　/ 41

3.1.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的优势　/ 42

　3.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模系统框架　/ 43

3.2.1　逆向工程CAD 建模的特征分析　/ 43

3.2.2　逆向工程CAD 建模的约束分析　/ 44

3.2.3　系统框架　/ 46

　3.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术　/ 48

3.3.1　数据点云预处理　/ 48

3.3.2　特征提取和特征间约束识别　/ 49

3.3.3　特征拟合　/ 51

3.3.4　基于图论的约束分解　/ 52

3.3.5　优化数值求解　/ 53



第4 章数据测量及预处理55

　4.1　数据测量　/ 56

4.1.1　数据点云的分层　/ 58

4.1.2　数据点云的分析　/ 59

　4.2　脉冲噪声自适应检测和滤除　/ 60

4.2.1　基于全局统计特性分析的粗检测　/ 61

4.2.2　自适应弦偏差脉冲噪声检测　/ 62

4.2.3　脉冲噪声的自适应滤除　/ 63

4.2.4　实例分析　/ 64

　4.3　基于3D 邻域随机噪声滤波　/ 66

4.3.1　激光扫描数据点云的相关性分析　/ 66

4.3.2　激光扫描数据3D 邻域　/ 69

4.3.3　模糊加权均值滤波　/ 70

4.3.4　基于3D 邻域随机噪声滤波的算法步骤　/ 71

4.3.5　实例分析　/ 71

　4.4　基于数据增强的多视点云匹配　/ 77

4.4.1　基于分层连通区域的点云数据增强　/ 77

4.4.2　基于同态滤波的点云数据增强　/ 82

4.4.3　增强点云数据的SIFT 特征匹配　/ 85

　4.5　基于局部统计特性的数据精简　/ 92

4.5.1　激光扫描数据点云的区域类型确定　/ 92

4.5.2　激光扫描数据的精简　/ 93

4.5.3　实例分析　/ 95



第5 章基于多尺度分析的截面特征提取97

　5.1　多尺度分析的提出　/ 98

　5.2　基于多尺度分析的截面特征分割　/ 101

5.2.1　曲率尺度空间理论　/ 101

5.2.2　尺度因子的确定　/ 102

5.2.3　多尺度特征点融合　/ 103

5.2.4　基于曲率尺度空间的截面特征分割　/ 105

5.2.5　实例分析　/ 105

　5.3　基于多尺度分析的区域分割法　/ 108

5.3.1　种子区域选择　/ 108

5.3.2　种子区域增长方式和标准　/ 108

5.3.3　基于多尺度分析的种子增长算法　/ 109

5.3.4　实例分析　/ 110

　5.4　截面曲线特征类型识别　/ 110

5.4.1　特征支撑区域　/ 111

5.4.2　基于面积的投影高度函数　/ 111

5.4.3　基于投影高度函数的曲线特征识别　/ 112

5.4.4　圆锥曲线特征识别　/ 113

　5.5　截面曲线特征拟合　/ 115

5.5.1　直线和圆弧拟合　/ 115

5.5.2　圆锥曲线拟合　/ 117

5.5.3　自由曲线拟合　/ 119



第6 章曲面特征提取121

　6.1　基于截面轮廓的曲面特征分割方法　/ 122

　6.2　基于截面特征相似性度量的曲面特征分割　/ 123

6.2.1　形状描述　/ 124

6.2.2　相似性度量函数　/ 125

6.2.3　基于截面特征的相似性度量准则　/ 126

6.2.4　实例　/ 128

　6.3　基于Curvelet 变换的曲面特征提取　/ 129

6.3.1　第二代离散Curvelet 变换理论　/ 129

6.3.2　基于Curvelet 变换的数据点云分析　/ 131

6.3.3　数据点云边缘增强　/ 132

6.3.4　曲面特征提取　/ 132

　6.4　曲面特征识别　/ 133

6.4.1　规则曲面特征识别　/ 134

6.4.2　自由曲面造型特征识别　/ 136

6.4.3　过渡曲面特征识别　/ 137

6.4.4　自由曲面特征识别　/ 138

　6.5　曲面特征拟合　/ 139

6.5.1　规则曲面特征拟合　/ 139

6.5.2　自由曲面造型特征拟合　/ 143

6.5.3　自由曲面拟合　/ 144

6.5.4　过渡曲面拟合　/ 145



第7 章基于约束驱动的特征模型优化重建147

　7.1　基于图的几何约束分解　/ 148

7.1.1　有向约束图表示　/ 149

7.1.2　几何约束图的DSM 矩阵　/ 150

7.1.3　基于DSM 的耦合约束消除　/ 150

7.1.4　基于多尺度特征的几何约束凝聚算法　/ 152

7.1.5　实例分析　/ 154

　7.2　特征模型优化的数值求解　/ 157

7.2.1　约束的数学表示　/ 157

7.2.2　数学模型的建立　/ 159

7.2.3　特征模型优化数值求解　/ 160

7.2.4　实例分析　/ 163

　7.3　CAD 模型重建　/ 164

7.3.1　CAD 模型重建的基本步骤　/ 165

7.3.2　实例分析　/ 165



第8 章面向智能制造的逆向工程应用169

　8.1　逆向工程在创新设计中的应用　/ 170

8.1.1　基于形态特征的逆向创新设计　/ 170

8.1.2　应用实例　/ 171

　8.2　逆向工程在数控加工中的应用　/ 174

8.2.1　复杂自由曲面模型逆向设计及数控加工　/ 174

8.2.2　机器人腕关节模型重构及数控加工　/ 178

　8.3　逆向工程在3D 打印中的应用　/ 183

8.3.1　FDM 式3D 打印机　/ 183

8.3.2　复杂曲面优化设计及3D 打印　/ 184

8.3.3　曳引机壳拓扑结构优化设计及3D 打印　/ 189

　8.4　逆向工程在再制造中的应用　/ 195

8.4.1　逆向工程辅助废旧零部件再制造　/ 196

8.4.2　应用实例　/ 197



参考文献200