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(jī)械零件，它大量存在于運(yùn)載、能源、國(guó)防等工程領(lǐng)域，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋、汽輪機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜或特殊的功能，復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)往往投入大、周期長(zhǎng)，需要多學(xué)科知識(shí)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(jì)資源的情況下，直接用正向設(shè)計(jì)的方式試圖快速地完成復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)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(shí)物原型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型的有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱，是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。運(yùn)用逆向工程技術(shù)對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以充分利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資源，實(shí)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(duì)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(yùn)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(jī)交互，需要逆向設(shè)計(jì)者具備很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)；(2)復(fù)雜零件形貌數(shù)據(jù)量大，且一般為多傳感器測(cè)量的組合數(shù)據(jù)，造型過程中需要耗費(fèi)大量的內(nèi)存資源，需要配備高性能、高價(jià)位的計(jì)算機(jī)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(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)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(jì)，對(duì)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(gè)逆向工程流程的90-95%，嚴(yán)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(duì)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(cè)量過程中的“隱式信息”簡(jiǎn)化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)流程為首先對(duì)零件的形貌進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)獲取，然后進(jìn)行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成新產(chǎn)品原型，然后對(duì)該新產(chǎn)品原型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原型進(jìn)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(jìn)行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進(jìn)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(cè)量傳感器對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)記錄測(cè)量過程中的建模隱式信息；
2)利用語義信息模型，將測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與對(duì)應(yīng)的隱式信息表達(dá)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(duì)語義信息進(jìn)行解析，獲得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)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(shí)別、基于語義信息的設(shè)計(jì)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(cè)量傳感器為接觸式測(cè)量傳感器或非接觸式測(cè)量傳感器。所述的對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，使用一種測(cè)量傳感器完成測(cè)量或使用多種測(cè)量傳感器完成測(cè)量。所述的隱式信息包括測(cè)量規(guī)劃策略信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量設(shè)備信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量傳感器信息、被測(cè)量復(fù)雜零件的功能信息、被測(cè)復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測(cè)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(biāo)系，邊界輪廓信息，測(cè)量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測(cè)量數(shù)據(jù)精度信息，測(cè)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(biāo)志的坐標(biāo)信息，復(fù)雜零件的空間對(duì)稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測(cè)量人員信息或測(cè)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(diǎn)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(bǔ)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(cè)量文件的文件名；全局段用于記錄測(cè)量文件所對(duì)應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測(cè)量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與測(cè)點(diǎn)對(duì)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(cè)點(diǎn)的總數(shù)量。所述的語義碼由ー組符號(hào)和數(shù)字組成，其中符號(hào)根據(jù)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的具體的測(cè)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(hào)組成，姆ー個(gè)符號(hào)代表一種測(cè)量過程信息。本發(fā)明具有的有益效果是
I)利用測(cè)量過程中的“隱式信息”簡(jiǎn)化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性與可靠性。2)降低對(duì)逆向設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)的要求，降低對(duì)工作計(jì)算機(jī)性能的要求。3)避免設(shè)計(jì)復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)處理算法，軟件系統(tǒng)容易實(shí)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。如圖2所示，該方法的實(shí)現(xiàn)流程為首先對(duì)零件的形貌進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)獲取，然后進(jìn)行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成新產(chǎn)品原型，然后對(duì)該新產(chǎn)品原型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原型進(jìn)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(jìn)行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進(jìn)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(cè)量傳感器對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)記錄測(cè)量過程中的建模隱式信息；
2)利用語義信息模型，將測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與對(duì)應(yīng)的隱式信息表達(dá)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(duì)語義信息進(jìn)行解析，獲得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)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(shí)別、基于語義信息的設(shè)計(jì)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(cè)量傳感器為接觸式測(cè)量傳感器，如觸發(fā)式接觸式測(cè)頭、掃描式接觸式測(cè)頭，或非接觸式測(cè)量傳感器，如線激光測(cè)頭、結(jié)構(gòu)光測(cè)量傳感器。所述的對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，使用一種測(cè)量傳感器完成測(cè)量或使用多種測(cè)量傳感器完成測(cè)量。所述的隱式信息包括測(cè)量規(guī)劃策略信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量設(shè)備信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量傳感器信息、被測(cè)量復(fù)雜零件的功能信息、被測(cè)復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測(cè)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(biāo)系，邊界輪廓信息，測(cè)量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測(cè)量數(shù)據(jù)精度信息，測(cè)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(biāo)志的坐標(biāo)信息，復(fù)雜零件的空間對(duì)稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測(cè)量人員信息或測(cè)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(diǎn)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(bǔ)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(cè)量文件的文件名；全局段用于記錄測(cè)量文件所對(duì)應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測(cè)量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與測(cè)點(diǎn)對(duì)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(cè)點(diǎn)的總數(shù)量。所述的語義碼由ー組符號(hào)和數(shù)字組成，其中符號(hào)根據(jù)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的具體的測(cè)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(hào)組成，姆ー個(gè)符號(hào)代表一種測(cè)量過程信息。本發(fā)明針對(duì)復(fù)雜零件逆向工程CAD模型重建問題，該方法的具體實(shí)施過程包括四個(gè)步驟
I)用數(shù)字化測(cè)量傳感器對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，系統(tǒng)記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)記錄測(cè)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(cè)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(jì)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(jī)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(jì)意圖，對(duì)復(fù)雜零件作整體測(cè)量
規(guī)劃，包括測(cè)量設(shè)備的選擇，復(fù)雜零件上測(cè)量區(qū)域的劃分，各個(gè)測(cè)量區(qū)域上測(cè)量傳感器的選擇，需單獨(dú)測(cè)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(cè)量，則還需要為復(fù)雜零件設(shè)置重定位標(biāo)志以實(shí)現(xiàn)多次重定位測(cè)量。測(cè)量規(guī)劃完成后將按照測(cè)量規(guī)劃方案對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)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(jī)中的裝配關(guān)系，零件的關(guān)鍵尺寸分布，零件上測(cè)量區(qū)域的劃分，所選擇的測(cè)量設(shè)備與測(cè)量傳感器，零件上的重定位標(biāo)志及測(cè)量時(shí)的環(huán)境等信息視為有利于CAD模型重建的隱式信息?，F(xiàn)有的逆向工程CAD模型重建以測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)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(jiǎn)化CAD模型重建過程。本發(fā)明采用的方法是
測(cè)量過程中，測(cè)量系統(tǒng)不但記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)記錄測(cè)量過程中的隱式信息，包括測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的測(cè)量設(shè)備參數(shù)信息、測(cè)量傳感器參數(shù)信息、對(duì)應(yīng)的測(cè)量區(qū)域、測(cè)量區(qū)域?qū)?yīng)的零件功能、對(duì)應(yīng)的幾何特征信息。對(duì)于整體呈對(duì)稱分布的復(fù)雜零件，只測(cè)量對(duì)稱軸ー側(cè)的形貌，同時(shí)記錄對(duì)稱軸信息。對(duì)于局部呈一定空間規(guī)律分布的特征，只測(cè)量其中一個(gè)特征的形貌，同時(shí)記錄該特征的空間分布規(guī)律信息。此外還記錄測(cè)量系統(tǒng)的軟件環(huán)境信息和測(cè)量的實(shí)際環(huán)境信息，軟件環(huán)境信息包括測(cè)量軟件版本號(hào)、軟件中數(shù)值所使用的物理単位、文件生成的日期和時(shí)間等，實(shí)際環(huán)境信息包括測(cè)量時(shí)的溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)情況及測(cè)量人員
坐寸ο隱式信息的記錄通過以下兩個(gè)方面完成①測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)量過程中以人機(jī)交互方式完成記錄。在測(cè)量過程中隱式信息中的某些信息保持不變，如測(cè)量設(shè)備和測(cè)量傳感器的參數(shù)信息，測(cè)量系統(tǒng)的軟件環(huán)境信息和測(cè)量時(shí)的實(shí)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(cè)量對(duì)象和測(cè)量步驟而不同，這些信息稱為動(dòng)態(tài)隱式信息。在測(cè)量系統(tǒng)中，靜態(tài)隱式信息被事先輸入，或在測(cè)量開始前進(jìn)行確定，測(cè)量過程中其值將不再改變。動(dòng)態(tài)隱式信息由測(cè)量人員在測(cè)量過程中根據(jù)具體的測(cè)量情況動(dòng)態(tài)輸入，或在可選框、備選菜單中選擇相應(yīng)的項(xiàng)。2)系統(tǒng)利用語義信息模型，將測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與對(duì)應(yīng)的隱式信息表達(dá)成語義信息，然后將語義信息傳遞到CAD模型重建模塊。 實(shí)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(hào)組成，其中每ー種符號(hào)定義測(cè)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(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和測(cè)點(diǎn)對(duì)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(cè)量文件的文件名，格式為“ S//”+ “文件名”+ “//E”，其中“ S//”為開始段標(biāo)識(shí)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(gè)字符，否則自動(dòng)換行，全局段、參數(shù)段和結(jié)束段都遵行這一原則。若某測(cè)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(cè)量文件所對(duì)應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測(cè)量環(huán)境信息，格式為“ G//”+ “全局量”+ “//E”，其中“G//”為全局段標(biāo)識(shí)符。全局段包括10個(gè)參數(shù)，各參數(shù)之間用分號(hào)(；)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(cè)量軟件版本號(hào)、數(shù)值所使用的測(cè)量単位、文件生成日期和時(shí)間、被測(cè)量零件名稱、被測(cè)量エ件材質(zhì)、測(cè)量時(shí)的溫度、測(cè)量時(shí)的濕度、測(cè)量時(shí)的氣壓、測(cè)量時(shí)的振動(dòng)情況、測(cè)量人員的姓名。設(shè)某測(cè)量文件所使用的測(cè)量軟件版本號(hào)為Semantic measuring system (SMS) VL 0 ;數(shù)值所使用的測(cè)量單位為mm ;文件生成日期和時(shí)間為2011年12月8日，16時(shí)58分26秒；被測(cè)零件名稱為Engine cylinder(發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸)；被測(cè)量零件材質(zhì)為Iron (鋼)；測(cè)量時(shí)的溫度為20土 1°C ;測(cè)量時(shí)的濕度為45%-50% ;測(cè)量時(shí)的氣壓為0. IMpa ;測(cè)量時(shí)的振動(dòng)情況為彡IOHz ;測(cè)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(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息和測(cè)點(diǎn)對(duì)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(biāo)識(shí)符，“；”是小節(jié)結(jié)束符，“Pc”為參數(shù)段坐標(biāo)信息小節(jié)標(biāo)識(shí)符，“んJ1, V、“ろ，ァ2，Z2”、...へ，八，V’為隸屬干“語義碼I”的測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。語義碼根據(jù)測(cè)點(diǎn)集所攜帯的隱式信息在譯碼表中抽取相應(yīng)的語義符號(hào)形成，所以語義碼是ー組語義符號(hào)的集合，每ー種語義符號(hào)表示一種隱式信息，語義碼表示了其后隸屬于它的點(diǎn)集所包含的隱式信息集。語義碼的編碼方法為#語義符號(hào)I &語義符號(hào)2 &…&語義符號(hào)η #
語義碼以“#”開始，以“#，，結(jié)尾，語義符號(hào)之間用隔開，語義碼的長(zhǎng)短由所描述測(cè)
點(diǎn)數(shù)據(jù)的“隱式信息”量決定。
設(shè)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和觸發(fā)式接觸式測(cè)頭對(duì)零件上ー呈自由曲面狀的功能區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過程中接觸式測(cè)頭沿Y軸進(jìn)行逐行掃描，測(cè)量數(shù)據(jù)的存貯在圖層3上，圖層顏色代號(hào)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(cè)點(diǎn)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(biāo)識(shí)符，“S-*/**”中“ S-”表示開始段，“*”表示開始段起始位置所在行的行號(hào)，“ ** ”表示開始段所占的行數(shù)?！?G-*/** ”中各符號(hào)的含義與“ S-*/** ”相似，“ P-*/**/*** ”中“ Ρ-*/**”中個(gè)符號(hào)的含義與“相似，“***”表示測(cè)點(diǎn)的總數(shù)量。設(shè)某測(cè)量文件
開始段起始位置所在行號(hào)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(cè)點(diǎn)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(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)信息與對(duì)應(yīng)的隱式信息表達(dá)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(cè)零件的CAD模型重建。3) CAD模型重建模塊首先對(duì)語義信息進(jìn)行解析，獲得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)將隱式信息解析成輔助建模信息。當(dāng)CAD模型重建模塊接收到語義信息后，將對(duì)語義信息進(jìn)行解析，語義信息解析通過聚類模塊和解析模塊實(shí)現(xiàn)。首先由聚類模塊對(duì)測(cè)量文件進(jìn)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(shí)，先根據(jù)語義碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類，將同類型的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)歸為一類并將各類測(cè)點(diǎn)數(shù)
據(jù)存入暫存容器中，同時(shí)將各類點(diǎn)集對(duì)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(duì)語義碼中的語義符號(hào)逐個(gè)進(jìn)行翻譯獲得測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的隱式信息，然后根據(jù)隱式信息對(duì)相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)量人員，測(cè)量過程中的氣溫、氣壓、濕度、振動(dòng)情況等信息進(jìn)行保存，以便于測(cè)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(biāo)系；利用測(cè)量設(shè)備、傳感器信息解析出對(duì)應(yīng)測(cè)量設(shè)備和測(cè)量傳感器的具體參數(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)的精度、獲取對(duì)應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)的局部有序信息；根據(jù)數(shù)據(jù)拼合標(biāo)志信息計(jì)算出匹配點(diǎn)坐標(biāo)與匹配規(guī)律；獲取被測(cè)零件上局部幾何特征的類型；根據(jù)被測(cè)零件幾何特征的空間分布規(guī)律信息對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)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。基于語義信息的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程如圖5所示。測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括異常點(diǎn)處理、數(shù)據(jù)平滑、半徑補(bǔ)償、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)拼合五個(gè)子模塊。如圖5所示，當(dāng)數(shù)據(jù)預(yù)處理中的子模塊，如異常點(diǎn)處理模塊，接收到已完成解析的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)后，首先異常點(diǎn)處理子模塊根據(jù)自身功能實(shí)現(xiàn)需要向測(cè)點(diǎn)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(duì)應(yīng)測(cè)量設(shè)備和測(cè)量傳感器的參數(shù)信息，測(cè)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(diǎn)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(diǎn)處理。數(shù)據(jù)平滑、半徑補(bǔ)償、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)拼合子模塊功能的實(shí)現(xiàn)過程與異常點(diǎn)處理子模塊的實(shí)現(xiàn)過程相似。經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)被整理成合理的測(cè)量數(shù)據(jù)，合理的測(cè)量數(shù)據(jù)將傳遞給后續(xù)的模塊進(jìn)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(shí)現(xiàn)過程與測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中各個(gè)子模塊功能實(shí)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(cè)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(jìn)行進(jìn)ー步的分割?；谡Z義信息的CAD模型形成過程如圖6所示，包括特征識(shí)別、設(shè)計(jì)參數(shù)還原、數(shù)字化建模三個(gè)模塊。如圖6所示當(dāng)特征識(shí)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(shí)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(shí)別出數(shù)據(jù)塊所表示的特征類型。以同樣的方式，設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)信息。最后特征信息與設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)流程為首先對(duì)零件的形貌進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)獲取，然后進(jìn)行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成新產(chǎn)品原型，然后對(duì)該新產(chǎn)品原型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原型進(jìn)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(jìn)行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進(jìn)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(cè)量傳感器對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)記錄測(cè)量過程中的建模隱式信息； 2)利用語義信息模型，將測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與對(duì)應(yīng)的隱式信息表達(dá)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(duì)語義信息進(jìn)行解析，獲得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，同時(shí)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(shí)別、基于語義信息的設(shè)計(jì)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(cè)量傳感器為接觸式測(cè)量傳感器或非接觸式測(cè)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(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行測(cè)量，使用一種測(cè)量傳感器完成測(cè)量或使用多種測(cè)量傳感器完成測(cè)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(cè)量規(guī)劃策略信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量設(shè)備信息、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量傳感器信息、被測(cè)量復(fù)雜零件的功能信息、被測(cè)復(fù)雜零件的整體、局部幾何特征信息或測(cè)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(biāo)系，邊界輪廓信息，測(cè)量數(shù)據(jù)類型及其分布域信息，測(cè)量數(shù)據(jù)精度信息，測(cè)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(biāo)志的坐標(biāo)信息，復(fù)雜零件的空間對(duì)稱性信息，復(fù)雜零件中局部特征的空間分布信息，測(cè)量人員信息或測(cè)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(diǎn)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(bǔ)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(cè)量文件的文件名；全局段用于記錄測(cè)量文件所對(duì)應(yīng)的軟件環(huán)境信息與測(cè)量環(huán)境信息；參數(shù)段用于記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息與測(cè)點(diǎn)對(duì)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(cè)點(diǎn)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(hào)和數(shù)字組成，其中符號(hào)根據(jù)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 具體的測(cè)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(hào)組成，每一個(gè)符號(hào)代表一種測(cè)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(shí)現(xiàn)流程為先對(duì)零件的形貌進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)獲取，然后進(jìn)行逆向工程CAD模型重建為獲取語義信息數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行逆向工程CAD模型重建，接著以獲得的CAD模型為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成新產(chǎn)品原型，然后對(duì)該新產(chǎn)品原型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原型進(jìn)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(cè)量過程中的隱式信息簡(jiǎn)化CAD模型重建過程，提高復(fù)雜零件CAD模型重建的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性與可靠性；降低對(duì)逆向設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)要求，降低對(duì)工作計(jì)算機(jī)性能的要求；避免設(shè)計(jì)復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)處理算法，軟件系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102622478SQ20121005283
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)