專利名稱：一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程cad建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆向工程CAD建模方法，尤其是涉及ー種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法。
背景技術(shù)：
復(fù)雜零件是指具有復(fù)雜幾何外形或空間結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜或特殊功能的機械零件，它大量存在于運載、能源、國防等工程領(lǐng)域，如汽車發(fā)動機缸體與缸蓋、汽輪機葉片、船艦螺旋槳等。隨著現(xiàn)代高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，為了使產(chǎn)品實現(xiàn)超精密、超高速、復(fù)雜功能集成等卓越的性能，復(fù)雜零件的開發(fā)與應(yīng)用越來越廣泛。
復(fù)雜零件一般為所屬產(chǎn)品的核心部件，由于要實現(xiàn)復(fù)雜或特殊的功能，復(fù)雜零件的設(shè)計往往投入大、周期長，需要多學(xué)科知識的組合優(yōu)化，需要反復(fù)修正與持續(xù)改迸。在沒有原始設(shè)計資源的情況下，直接用正向設(shè)計的方式試圖快速地完成復(fù)雜零件的設(shè)計非常困難，甚至無法完成符合功能需求的數(shù)字化模型。逆向工程是將產(chǎn)品實物原型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型的有關(guān)計算機輔助技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱，是消化、吸收先進技術(shù)，實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。運用逆向工程技術(shù)對復(fù)雜零件進行創(chuàng)新設(shè)計，可以充分利用現(xiàn)有的設(shè)計資源，實現(xiàn)復(fù)雜零件的快速開發(fā)?，F(xiàn)有的逆向工程CAD建模流程如圖I所示，它是ー種通用的方法，主要針對普通型零件。復(fù)雜零件由于其復(fù)雜的外形或結(jié)構(gòu)，如果直接運用現(xiàn)有的逆向工程CAD建模方法，則可能出現(xiàn)如下問題(I)逆向造型過程將涉及大量的人機交互，需要逆向設(shè)計者具備很強的專業(yè)基礎(chǔ)知識和豐富的工作經(jīng)驗；(2)復(fù)雜零件形貌數(shù)據(jù)量大，且一般為多傳感器測量的組合數(shù)據(jù)，造型過程中需要耗費大量的內(nèi)存資源，需要配備高性能、高價位的計算機或服務(wù)器；(3)涉及復(fù)雜曲面或結(jié)構(gòu)的重建，造型難度大，設(shè)計周期長，設(shè)計效果不理想；(4)通用算法在復(fù)雜零件造型過程中失效。據(jù)統(tǒng)計，對于復(fù)雜零件，用于CAD模型重建環(huán)節(jié)的エ作量占據(jù)整個逆向工程流程的90-95%，嚴重阻礙了復(fù)雜零件逆向工程CAD建模的發(fā)展與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對復(fù)雜零件，本發(fā)明的目的在于提供一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，該方法將充分利用測量過程中的“隱式信息”簡化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準確性、穩(wěn)定性與可靠性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
該方法的實現(xiàn)流程為首先對零件的形貌進行測量，數(shù)據(jù)獲取，然后進行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新設(shè)計，形成新產(chǎn)品原型，然后對該新產(chǎn)品原型進行計算機輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對原型進行修改，然后循環(huán)上述流程直至獲得新產(chǎn)品原型，最后通過生產(chǎn)制造獲得新產(chǎn)品；其特征在于所述的獲取數(shù)據(jù)，然后進行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進行基于語義信息的逆向工程CAD模型重建，該方法的步驟如下
1)用數(shù)字化測量傳感器對復(fù)雜零件進行測量，記錄測點的坐標信息，同時記錄測量過程中的建模隱式信息；
2)利用語義信息模型，將測點的坐標信息與對應(yīng)的隱式信息表達成語義信息，然后將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊；
3)CAD模型重建模塊首先對語義信息進行解析，獲得測點的坐標信息，同時將 隱式信息解析成輔助建模信息；
4)以輔助建模信息為引導(dǎo)完成基于語義信息的復(fù)雜零件CAD模型重建，包括基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)分割、基于語義信息的特征識別、基于語義信息的設(shè)計參數(shù)還原和基于語義信息的數(shù)字化建摸。所述的數(shù)字化測量傳感器為接觸式測量傳感器或非接觸式測量傳感器。所述的對復(fù)雜零件進行測量，使用一種測量傳感器完成測量或使用多種測量傳感器完成測量。所述的隱式信息包括測量規(guī)劃策略信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量設(shè)備信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量傳感器信息、被測量復(fù)雜零件的功能信息、被測復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測量環(huán)境信息。所述的輔助建模信息包括模型重建工作坐標系，邊界輪廓信息，測量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測量數(shù)據(jù)精度信息，測量數(shù)據(jù)的局部有序信息和空間規(guī)律信息，數(shù)據(jù)拼合標志的坐標信息，復(fù)雜零件的空間對稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測量人員信息或測量過程中的氣溫和氣壓信息。所述的基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括基于語義信息的異常點處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)平滑、基于語義信息的半徑補償、基于語義信息的數(shù)據(jù)壓縮或基于語義信息的數(shù)據(jù)拼合。所述的語義信息模型包括四段，分別為開始段、全局段、參數(shù)段和結(jié)束段；其中開始段用于記錄測量文件的文件名；全局段用于記錄測量文件所對應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測點的坐標信息與測點對應(yīng)的語義碼；結(jié)束段用于記錄開始段、全局段、參數(shù)段在文件中所在位置、所占行數(shù)及參數(shù)段中測點的總數(shù)量。所述的語義碼由ー組符號和數(shù)字組成，其中符號根據(jù)測點對應(yīng)的具體的測量過程信息在語義碼表中抽取，數(shù)字表示過程信息的量值；語義碼表由一系列預(yù)先定義的符號組成，姆ー個符號代表一種測量過程信息。本發(fā)明具有的有益效果是
I)利用測量過程中的“隱式信息”簡化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準確性、穩(wěn)定性與可靠性。2)降低對逆向設(shè)計人員專業(yè)知識的要求，降低對工作計算機性能的要求。3)避免設(shè)計復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)處理算法，軟件系統(tǒng)容易實現(xiàn)。


圖I是現(xiàn)有的逆向工程CAD建模流程圖。
圖2是基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模流程圖。圖3是譯碼表不意圖。圖4是語義/[目息模型結(jié)構(gòu)不意圖。圖5是基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程示意圖。圖6是基于語義信息的CAD模型形成過程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖2所示，該方法的實現(xiàn)流程為首先對零件的形貌進行測量，數(shù)據(jù)獲取，然后進行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新設(shè)計，形成新產(chǎn)品原型，然后對該新產(chǎn)品原型進行計算機輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對原型進行修改，然后循環(huán)上述流程直至獲得新產(chǎn)品原型，最后通過生產(chǎn)制造獲得新產(chǎn)品；其特征在于所述的獲取數(shù)據(jù)，然后進行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進行基于語義信息的逆向工程CAD模型重建，該方法的步驟如下
1)用數(shù)字化測量傳感器對復(fù)雜零件進行測量，記錄測點的坐標信息，同時記錄測量過程中的建模隱式信息；
2)利用語義信息模型，將測點的坐標信息與對應(yīng)的隱式信息表達成語義信息，然后將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊；
3)CAD模型重建模塊首先對語義信息進行解析，獲得測點的坐標信息，同時將隱式信息解析成輔助建模信息；
4)以輔助建模信息為引導(dǎo)完成基于語義信息的復(fù)雜零件CAD模型重建，包括基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)分割、基于語義信息的特征識別、基于語義信息的設(shè)計參數(shù)還原和基于語義信息的數(shù)字化建摸。所述的數(shù)字化測量傳感器為接觸式測量傳感器，如觸發(fā)式接觸式測頭、掃描式接觸式測頭，或非接觸式測量傳感器，如線激光測頭、結(jié)構(gòu)光測量傳感器。所述的對復(fù)雜零件進行測量，使用一種測量傳感器完成測量或使用多種測量傳感器完成測量。所述的隱式信息包括測量規(guī)劃策略信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量設(shè)備信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量傳感器信息、被測量復(fù)雜零件的功能信息、被測復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測量環(huán)境信息。所述的輔助建模信息包括模型重建工作坐標系，邊界輪廓信息，測量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測量數(shù)據(jù)精度信息，測量數(shù)據(jù)的局部有序信息和空間規(guī)律信息，數(shù)據(jù)拼合標志的坐標信息，復(fù)雜零件的空間對稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測量人員信息或測量過程中的氣溫和氣壓信息。所述的基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括基于語義信息的異常點處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)平滑、基于語義信息的半徑補償、基于語義信息的數(shù)據(jù)壓縮或基于語義信息的數(shù)據(jù)拼合。 所述的語義信息模型包括四段，分別為開始段、全局段、參數(shù)段和結(jié)束段；其中開始段用于記錄測量文件的文件名；全局段用于記錄測量文件所對應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測點的坐標信息與測點對應(yīng)的語義碼；結(jié)束段用于記錄開始段、全局段、參數(shù)段在文件中所在位置、所占行數(shù)及參數(shù)段中測點的總數(shù)量。所述的語義碼由ー組符號和數(shù)字組成，其中符號根據(jù)測點對應(yīng)的具體的測量過程信息在語義碼表中抽取，數(shù)字表示過程信息的量值；語義碼表由一系列預(yù)先定義的符號組成，姆ー個符號代表一種測量過程信息。本發(fā)明針對復(fù)雜零件逆向工程CAD模型重建問題，該方法的具體實施過程包括四個步驟
I)用數(shù)字化測量傳感器對復(fù)雜零件進行測量，系統(tǒng)記錄測點的坐標信息，同時記錄測量過程中有利于CAD模型重建的隱式信息。具體說明如下
形貌數(shù)據(jù)獲取是逆向工程CAD建模的首要任務(wù)，數(shù)據(jù)采集開始前測量人員通過觀察或與客戶溝通的方式理解復(fù)雜零件原型的設(shè)計意圖，如復(fù)雜零件的整體或局部幾何特征，復(fù)雜零件的功能，復(fù)雜零件在整機中的裝配關(guān)系，復(fù)雜零件的關(guān)鍵尺寸分布等。然后根據(jù)理解 獲得的設(shè)計意圖，對復(fù)雜零件作整體測量
規(guī)劃，包括測量設(shè)備的選擇，復(fù)雜零件上測量區(qū)域的劃分，各個測量區(qū)域上測量傳感器的選擇，需單獨測量輪廓線的確定。如果一次定位姿態(tài)下無法完成整體形貌的測量，則還需要為復(fù)雜零件設(shè)置重定位標志以實現(xiàn)多次重定位測量。測量規(guī)劃完成后將按照測量規(guī)劃方案對復(fù)雜零件進行測量。在本發(fā)明中，將上述零件的整體或局部幾何特征，零件的功能，零件在整機中的裝配關(guān)系，零件的關(guān)鍵尺寸分布，零件上測量區(qū)域的劃分，所選擇的測量設(shè)備與測量傳感器，零件上的重定位標志及測量時的環(huán)境等信息視為有利于CAD模型重建的隱式信息。現(xiàn)有的逆向工程CAD模型重建以測點坐標信息為基礎(chǔ)，忽略上述隱式信息，本發(fā)明將充分利用上述的隱式信息簡化CAD模型重建過程。本發(fā)明采用的方法是
測量過程中，測量系統(tǒng)不但記錄測點的坐標信息，同時記錄測量過程中的隱式信息，包括測點所對應(yīng)的測量設(shè)備參數(shù)信息、測量傳感器參數(shù)信息、對應(yīng)的測量區(qū)域、測量區(qū)域?qū)?yīng)的零件功能、對應(yīng)的幾何特征信息。對于整體呈對稱分布的復(fù)雜零件，只測量對稱軸ー側(cè)的形貌，同時記錄對稱軸信息。對于局部呈一定空間規(guī)律分布的特征，只測量其中一個特征的形貌，同時記錄該特征的空間分布規(guī)律信息。此外還記錄測量系統(tǒng)的軟件環(huán)境信息和測量的實際環(huán)境信息，軟件環(huán)境信息包括測量軟件版本號、軟件中數(shù)值所使用的物理単位、文件生成的日期和時間等，實際環(huán)境信息包括測量時的溫度、濕度、氣壓、振動情況及測量人員
坐寸ο隱式信息的記錄通過以下兩個方面完成①測量系統(tǒng)自動記錄測量過程中以人機交互方式完成記錄。在測量過程中隱式信息中的某些信息保持不變，如測量設(shè)備和測量傳感器的參數(shù)信息，測量系統(tǒng)的軟件環(huán)境信息和測量時的實際環(huán)境信息等，這些信息稱為靜態(tài)隱式信息。而隱式信息中的有些信息依不同的測量對象和測量步驟而不同，這些信息稱為動態(tài)隱式信息。在測量系統(tǒng)中，靜態(tài)隱式信息被事先輸入，或在測量開始前進行確定，測量過程中其值將不再改變。動態(tài)隱式信息由測量人員在測量過程中根據(jù)具體的測量情況動態(tài)輸入，或在可選框、備選菜單中選擇相應(yīng)的項。2)系統(tǒng)利用語義信息模型，將測點的坐標信息與對應(yīng)的隱式信息表達成語義信息，然后將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊。 實現(xiàn)該步驟的關(guān)鍵是建立譯碼表和語義信息模型。譯碼表由一系列符號組成，其中每ー種符號定義測量過程中的一種隱式信息，譯碼表在語義信息形成階段是編制語義碼的依據(jù)，在CAD模型重建環(huán)節(jié)用于解析語義信息。本發(fā)明所
使用的譯碼表如圖3所示。語義信息模型用于將測點的坐標信息和測點對應(yīng)的隱式信息轉(zhuǎn)化為語義信息。本發(fā)明中的語義信息模型包括四段，分別為開始段、全局段、參數(shù)段和結(jié)束段，其整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。開始段用于記錄測量文件的文件名，格式為“ S//”+ “文件名”+ “//E”，其中“ S//”為開始段標識符，“//E”為結(jié)束符，在全局段、參數(shù)段和結(jié)束段中均視“//E”為結(jié)束符。開始段每行不超過80個字符，否則自動換行，全局段、參數(shù)段和結(jié)束段都遵行這一原則。若某測量文件的文件名為“Point cloud for engine cylinder”,則其開始段可以表示為
S// Point cloud for engine cylinder //E
全局段用于記錄測量文件所對應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測量環(huán)境信息，格式為“ G//”+ “全局量”+ “//E”，其中“G//”為全局段標識符。全局段包括10個參數(shù)，各參數(shù)之間用分號(；)隔開，參數(shù)值可以為空。參數(shù)順序有明確規(guī)定，依次為測量軟件版本號、數(shù)值所使用的測量単位、文件生成日期和時間、被測量零件名稱、被測量エ件材質(zhì)、測量時的溫度、測量時的濕度、測量時的氣壓、測量時的振動情況、測量人員的姓名。設(shè)某測量文件所使用的測量軟件版本號為Semantic measuring system (SMS) VL 0 ;數(shù)值所使用的測量單位為mm ;文件生成日期和時間為2011年12月8日，16時58分26秒；被測零件名稱為Engine cylinder(發(fā)動機氣缸)；被測量零件材質(zhì)為Iron (鋼)；測量時的溫度為20土 1°C ;測量時的濕度為45%-50% ;測量時的氣壓為0. IMpa ;測量時的振動情況為彡IOHz ;測量人員姓名為Zhangsan (張三)，則全局段可以表示為
G// Semantic measuring system (SMS) VI. 0 ；mm ；20111208. 165826 ；Enginecylinder ；Iron ;20±1°C ；45%-50% ；0. IMpa ;く IOHz ；Zhang san //E
參數(shù)段用于記錄測點的三維坐標信息和測點對應(yīng)的“隱式信息”，是語義信息模型的核心部分，參數(shù)段格式為
“Ps//”+ “語義碼 I” + “ ； ”
“Pc//”+ “ら，ァn，V，+ “ ； ”
“Pc//”+ “ろ”ア21，V，+ “ ； ”
“Pc//” + “znl，ァnl，も，，+ “//E”
“Ps//” + “語義碼 2”+ “ ； ”
“Pc//” + “ろ”ア21，V，+ “ ； ”
其中“Ps”為參數(shù)段語義碼信息小節(jié)標識符，“；”是小節(jié)結(jié)束符，“Pc”為參數(shù)段坐標信息小節(jié)標識符，“んJ1, V、“ろ，ァ2，Z2”、...へ，八，V’為隸屬干“語義碼I”的測點的坐標值。語義碼根據(jù)測點集所攜帯的隱式信息在譯碼表中抽取相應(yīng)的語義符號形成，所以語義碼是ー組語義符號的集合，每ー種語義符號表示一種隱式信息，語義碼表示了其后隸屬于它的點集所包含的隱式信息集。語義碼的編碼方法為#語義符號I &語義符號2 &…&語義符號η #
語義碼以“#”開始，以“#，，結(jié)尾，語義符號之間用隔開，語義碼的長短由所描述測
點數(shù)據(jù)的“隱式信息”量決定。
設(shè)用三坐標測量機和觸發(fā)式接觸式測頭對零件上ー呈自由曲面狀的功能區(qū)域進行測量，測量過程中接觸式測頭沿Y軸進行逐行掃描，測量數(shù)據(jù)的存貯在圖層3上，圖層顏色代號2，則結(jié)合譯碼表其語義碼可以表示為
#CMM & TTP & FS & FZ & OY & L3 & LC (2) #
結(jié)束段用于記錄開始段、全局段、參數(shù)段在文件中所在位置、所占行數(shù)及參數(shù)段中測點的總數(shù)量，結(jié)束段格式為“T//”+ “S-*/**”+ “G-*/**”+ “ρ-*/**/***”+ “//Ε”。其中“Τ//”為結(jié)束段標識符，“S-*/**”中“ S-”表示開始段，“*”表示開始段起始位置所在行的行號，“ ** ”表示開始段所占的行數(shù)。“ G-*/** ”中各符號的含義與“ S-*/** ”相似，“ P-*/**/*** ”中“ Ρ-*/**”中個符號的含義與“相似，“***”表示測點的總數(shù)量。設(shè)某測量文件
開始段起始位置所在行號為1，開始段所占的行數(shù)為1，全局段起始位置所在行是2，全局段所占行數(shù)是3，參數(shù)段起始位置所在行是5，參數(shù)段所占行數(shù)是2556，測點的總數(shù)量是2549，則其結(jié)束段可以表示為
“T//”+ “S-1/1”+ “G-2/3”+ “Ρ-5/2556/2549”+ “//Ε”
將測量數(shù)據(jù)的坐標信息與對應(yīng)的隱式信息表達成語義信息后，系統(tǒng)將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊，用于被測零件的CAD模型重建。3) CAD模型重建模塊首先對語義信息進行解析，獲得測點的坐標信息，同時將隱式信息解析成輔助建模信息。當CAD模型重建模塊接收到語義信息后，將對語義信息進行解析，語義信息解析通過聚類模塊和解析模塊實現(xiàn)。首先由聚類模塊對測量文件進行逐段處理，處理全局段吋，將全局段參數(shù)逐一傳遞給解析模塊；處理參數(shù)段時，先根據(jù)語義碼對數(shù)據(jù)進行初步分類，將同類型的測點數(shù)據(jù)歸為一類并將各類測點數(shù)
據(jù)存入暫存容器中，同時將各類點集對應(yīng)的語義碼存入語義碼容器中。然后系統(tǒng)將語義碼容器中的語義碼逐條傳遞給解析模塊，解析模塊以譯碼表為支持對語義碼中的語義符號逐個進行翻譯獲得測點所對應(yīng)的隱式信息，然后根據(jù)隱式信息對相應(yīng)的測點數(shù)據(jù)進行處理，將隱式信息解析成輔助建模信息。解析過程為首先將測量人員，測量過程中的氣溫、氣壓、濕度、振動情況等信息進行保存，以便于測量信息的全面管理。然后根據(jù)邊界輪廓線和零件上功能區(qū)域的分布建立模型重建工作坐標系；利用測量設(shè)備、傳感器信息解析出對應(yīng)測量設(shè)備和測量傳感器的具體參數(shù)、測量數(shù)據(jù)的精度、獲取對應(yīng)測量數(shù)據(jù)的局部有序信息；根據(jù)數(shù)據(jù)拼合標志信息計算出匹配點坐標與匹配規(guī)律；獲取被測零件上局部幾何特征的類型；根據(jù)被測零件幾何特征的空間分布規(guī)律信息對測量數(shù)據(jù)進行修正。4)系統(tǒng)以輔助建模信息為引導(dǎo)完成基于語義信息的測量數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)分割和基于語義信息的CAD模型形成?；谡Z義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程如圖5所示。測量數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括異常點處理、數(shù)據(jù)平滑、半徑補償、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)拼合五個子模塊。如圖5所示，當數(shù)據(jù)預(yù)處理中的子模塊，如異常點處理模塊，接收到已完成解析的測點數(shù)據(jù)后，首先異常點處理子模塊根據(jù)自身功能實現(xiàn)需要向測點數(shù)據(jù)所匹配的輔助建模信息發(fā)出信息需求指令，并獲得相關(guān)聯(lián)的輔助建模信息，包括對應(yīng)測量設(shè)備和測量傳感器的參數(shù)信息，測量數(shù)據(jù)的精度信息、局部有序性信息。然后在輔助建模信息的指導(dǎo)下設(shè)定異常點處理算法所需要的預(yù)定值與參數(shù)值，根據(jù)數(shù)據(jù)的局部有序性，按順序處理，最終完成異常點處理。數(shù)據(jù)平滑、半徑補償、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)拼合子模塊功能的實現(xiàn)過程與異常點處理子模塊的實現(xiàn)過程相似。經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理，測量數(shù)據(jù)被整理成合理的測量數(shù)據(jù)，合理的測量數(shù)據(jù)將傳遞給后續(xù)的模塊進行數(shù)據(jù)分割和CAD模型重建基于語義信息的數(shù)據(jù)分割的實現(xiàn)過程與測量數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中各個子模塊功能實現(xiàn)過程相似。數(shù)據(jù)分割模塊首先向輔助建模信息發(fā)出信息需求指令，獲得被測零件的邊界輪廓線和零件上功能區(qū)域的分布信息，然后數(shù)據(jù)分割模塊先根據(jù)輔助建模信息完成粗分害IJ，接著再根據(jù)需要利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分割算法在粗分割區(qū)域塊上進行進ー步的分割。基于語義信息的CAD模型形成過程如圖6所示，包括特征識別、設(shè)計參數(shù)還原、數(shù)字化建模三個模塊。如圖6所示當特征識別模塊接收到完成分割的數(shù)據(jù)塊后，根據(jù)自身模塊功能實現(xiàn)需要向輔助建模信息發(fā)出信息需求指令，并獲得數(shù)據(jù)塊的部分幾何特征的類型、局部特征的空間分布規(guī)律等相關(guān)聯(lián)的輔助建模信息，然后在輔助建模信息的指導(dǎo)下完整地識別出數(shù)據(jù)塊所表示的特征類型。以同樣的方式，設(shè)計參數(shù)還原模塊在輔助建模信息的指導(dǎo)下還原出特征的設(shè)計參數(shù)信息。最后特征信息與設(shè)計參數(shù)信息相結(jié)合完成數(shù)字化模型重建。
權(quán)利要求
1.一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，該方法的實現(xiàn)流程為首先對零件的形貌進行測量，數(shù)據(jù)獲取，然后進行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新設(shè)計，形成新產(chǎn)品原型，然后對該新產(chǎn)品原型進行計算機輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對原型進行修改，然后循環(huán)上述流程直至獲得新產(chǎn)品原型，最后通過生產(chǎn)制造獲得新產(chǎn)品；其特征在于所述的獲取數(shù)據(jù)，然后進行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進行基于語義信息的逆向工程CAD模型重建，該方法的步驟如下 1)用數(shù)字化測量傳感器對復(fù)雜零件進行測量，記錄測點的坐標信息，同時記錄測量過程中的建模隱式信息； 2)利用語義信息模型，將測點的坐標信息與對應(yīng)的隱式信息表達成語義信息，然后將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊； 3)CAD模型重建模塊首先對語義信息進行解析，獲得測點的坐標信息，同時將隱式信息解析成輔助建模信息； 4)以輔助建模信息為引導(dǎo)完成基于語義信息的復(fù)雜零件CAD模型重建，包括基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)分割、基于語義信息的特征識別、基于語義信息的設(shè)計參數(shù)還原和基于語義信息的數(shù)字化建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，其特征在于所述的數(shù)字化測量傳感器為接觸式測量傳感器或非接觸式測量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，其特征在于所述的對復(fù)雜零件進行測量，使用一種測量傳感器完成測量或使用多種測量傳感器完成測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，其特征在于所述的隱式信息包括測量規(guī)劃策略信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量設(shè)備信息、測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測量傳感器信息、被測量復(fù)雜零件的功能信息、被測復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測量環(huán)境信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，其特征在于所述的輔助建模信息包括模型重建工作坐標系，邊界輪廓信息，測量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測量數(shù)據(jù)精度信息，測量數(shù)據(jù)的局部有序信息和空間規(guī)律信息，數(shù)據(jù)拼合標志的坐標信息，復(fù)雜零件的空間對稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測量人員信息或測量過程中的氣溫和氣壓信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模 方法，其特征在于所述的基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括基于語義信息的異常點處理、基于語義信息的數(shù)據(jù)平滑、基于語義信息的半徑補償、基于語義信息的數(shù)據(jù)壓縮或基于語義信息的數(shù)據(jù)拼合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模 方法，其特征在于所述的語義信息模型包括四段，分別為開始段、全局段、參數(shù)段和結(jié)束段；其中開始段用于記錄測量文件的文件名；全局段用于記錄測量文件所對應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測點的坐標信息與測點對應(yīng)的語義碼；結(jié)束段用于記錄開始段、全局段、參數(shù)段在文件中所在位置、所占行數(shù)及參數(shù)段中測點的總數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法，其特征在于所述的語義碼由一組符號和數(shù)字組成，其中符號根據(jù)測點對應(yīng)的 具體的測量過程信息在語義碼表中抽取，數(shù)字表示過程信息的量值；語義碼表由一系列預(yù)先定義的符號組成，每一個符號代表一種測量過程信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于語義信息的復(fù)雜零件逆向工程CAD建模方法。該方法的實現(xiàn)流程為先對零件的形貌進行測量，數(shù)據(jù)獲取，然后進行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新設(shè)計，形成新產(chǎn)品原型，然后對該新產(chǎn)品原型進行計算機輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對原型進行修改，然后循環(huán)上述流程直至獲得新產(chǎn)品原型，最后通過生產(chǎn)制造獲得新產(chǎn)品。利用測量過程中的隱式信息簡化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準確性、穩(wěn)定性與可靠性；降低對逆向設(shè)計人員專業(yè)知識要求，降低對工作計算機性能的要求；避免設(shè)計復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)處理算法，軟件系統(tǒng)容易實現(xiàn)。
文檔編號G06F17/50GK102622478SQ20121005283
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者盧科青, 吳堯鋒, 王文, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)