SolidWorks截面草圖曲線約束優(yōu)化技術(一)

2013-07-18 by:廣州SolidworksUGCatia培訓中心來源:仿真在線

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逆向工程計算機輔助設計(CAD)建模是指通過激光掃描儀等設備對實物原型進行數(shù)字化測量,得到反映實物表面的離散點云數(shù)據(jù),即實物表面的三維坐標,進而采用基于特征和約束的參數(shù)化建模方法來完成CAD模型重建的過程。重建后的CAD模型應當反映實物表面的形狀特征。

通常,產(chǎn)品設計一般遵循從二維到三維的原則,而且大多數(shù)零件的草圖輪廓是由直線、圓弧和樣條曲線組成的平面復合曲線,然后經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃描等操作生成相應的曲面。因此,針對離散點云的逆向工程CAD建模采用以下方法來實現(xiàn):

1)利用一組平面對離散點云切片處理,得到一系列的截面輪廓點列;

2)采用約束優(yōu)化擬合得到截面草圖曲線集;

3)通過這些截面草圖曲線重建拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃描等自由曲面特征。

結合正向造型系統(tǒng)中二維草圖的參數(shù)化設計可知,草圖曲線間不是孤立存在的,它們之間包含了各種幾何約束關系,如線線平行、線圓相切等。同樣,在逆向工程中,截面草圖的處理不僅要滿足與數(shù)據(jù)點之間的逼近誤差,還要滿足相互問的約束要求。

Werghi等人在多張平面和二次曲面同步約束擬合點云數(shù)據(jù)方面做了深入的研究,建立了將幾何約束合并到逆向工程中的總體框架。將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題,使用L-M方法優(yōu)化迭代求解。Benkǒ等人也對逆向工程中的約束擬合問題做了相關的研究,將每個約束獨立表達,采用拉格朗日乘子法求解優(yōu)化問題。考慮到逆向工程建模中可能含有的冗余約束和矛盾約束,進一步給出了能夠解決約束之間沖突的數(shù)值算法。龔友平等人提出一種新的約束求解方法,首次使用同倫法求解逆向工程中約束條件下的曲面擬合問題,并且通過約束歸并處理,縮小待解方程的規(guī)模,加快計算速度。

目前,許多正向設計的CAD軟件都提供了二次開發(fā)的工具和API接口。通過VB、C/C++等編程語言對這些軟件進行二次開發(fā),使得在CAD軟件已有的造型功能基礎上,添加融合逆向設計模塊,從而實現(xiàn)正逆向結合的逆向工程CAD模型重建。而SolidWorks軟件作為一種功能強大的三維造型軟件,具有豐富的二維草圖曲線設計、分析與編輯功能,尤其是能夠方便地完成曲線的曲率計算和樣條曲線的修改、調(diào)整等操作。同時,該軟件本身也可以在曲線間快速地添加各種約束條件,并進行約束管理,從而避免過約束、欠約束和矛盾約束等情況發(fā)生。因此,將SolidWorks軟件作為逆向工程中截面草圖曲線的約束優(yōu)化技術的開發(fā)和實現(xiàn)平臺,可以利用該軟件的約束管理功能和草圖設計功能,實現(xiàn)基于點云切片數(shù)據(jù)的截面草圖曲線重建。應用該方法有利于提高模型的重建效率,增強逆向工程對產(chǎn)品改型創(chuàng)新的支持能力。

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