逆向工程及智能制造技术 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书围绕逆向工程及智能制造技术,重点介绍以数据点云语义特征理解和几何特征生成为手段还原产品设计意图,基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术及其在智能制造领域的应用。首先综述了逆向工程的概念、CAD建模方法、建模技术及在智能制造中的应用;其次阐述了逆向工程的工作流程、软硬件平台;再次介绍了基于变量化设计的逆向工程CAD建模框架及关键技术:数据点云测量及预处理、基于多尺度分析的截面特征提取、曲面特征提取、约束驱动的特征模型优化重建;*后给出了逆向工程在创新设计、数控加工、3D打印及再制造等智能制造领域的应用。

本书可供从事计算机辅助几何设计、计算机视觉、机器视觉、数字化设计与制造等领域研究的科研人员以及从事计算机集成制造行业的企业界科技工作者阅读,也可作为高等院校机械工程、自动化及计算机应用等专业高年级本科生和研究生的参考用书。

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

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编辑推荐

1.逆向工程 智能制造：理论、软硬件平台、CAD建模、应用；

2.逆向工程在创新设计、数控加工、3D打印及再制造中的应用。

前言

复杂产品三维重建是计算机辅助设计、计算机视觉、机器视觉、模式识别等研究领域中极其重要的科学问题。以理解测量数据点云蕴含的设计意图为核心技术的产品三维重建，在产品开发和自主创新方面凸显了重要的理论价值。以测量数据点云机器理解与推理为技术核心的产品三维重建，在拓宽计算机视觉和机器视觉的检测应用功能方面，具有重要的理论价值。

本书围绕逆向工程及智能制造技术，重点介绍以数据点云语义特征理解和几何特征生成为手段还原产品设计意图，实现基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术及在智能制造领域的应用。研究数据点云去噪、拼合、精简等预处理技术，获得完整、无噪声、无冗余的数据点云。受人类视觉识别系统“定位， 定向，带通”认识事物的规律的启发，提出基于多尺度、多方向几何分析的数据点云分割方法，解决数据点云曲线、曲面分割的基础问题。通过研究数据点云中点、线、面几何特征信息和拓扑信息的识别，表达产品模型的整体几何属性和局部几何属性，研究满足语义特征结构的几何形体参数属性还原，提高三维重建精度。研究成果为产品开发和自主创新、以三维模型为基础的视觉检测与控制应用提供理论依据和实现技术。

全书共分8 章。第1 章综述了逆向工程的概念、CAD 建模方法、逆向工程CAD 建模方法、逆向工程CAD 建模技术及逆向工程在智能制造中的应用；第2章阐述了逆向工程技术的工作流程、逆向工程的硬件平台、逆向工程的软件平台；第3 章论述了基于变量化设计的逆向工程CAD 建模理论方法，给出了基于变量化设计的逆向工程CAD 建模系统框架， 分析了基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术；第4 章阐述了脉冲噪声的自适应检测和滤除、基于3D 邻域的随机噪声滤波、基于 SIFT 特征的低区分度点云数据匹配、基于局部统计特性分析的数据精简；第5 章论述了多尺度分析、研究了基于多尺度分析的截面特征分割、基于多尺度分析的区域分割法、截面曲线特征类型识别、截面曲线特征拟合；第6 章阐述了基于截面特征相似性度量的曲面特征分割、基于Curvelet 变换的曲面特征提取、曲面特征识别、曲面特征拟合；第7 章阐述了基于图的几何约束分解、特征模型优化的数值求解、CAD 模型重建；第8 章论述了逆向工程在创新设计、数控加工、3D 打印、再制造等领域中的应用。

本书由杨红娟、陈继文著，山东大学周以齐教授，山东建筑大学张运楚、董明晓、曹建荣等多位教授给出了宝贵的建议，在此向各位专家表示衷心的感谢。同时，感谢山东省智能建筑重点实验室的大力支持。

鉴于笔者学术水平有限， 一些学术观点与书中文字的欠妥之处， 恳请读者指正。

本书承蒙国家自然科学基金项目（No.61303087）、山东省重点研发计划项目（2019GGX104095）、山东省研究生导师能力提升计划项目（SDYY18130）的资助。

著者