汽车模具表面缺陷的逆向建模及特征识别理论与算法

Reverse modeling and feature recognition of surface defects orienting automobile mould is a typical application of reverse engineering. It is also an difficult problem during usage and maintainence of auto mould, especially those key imported moulds. Based on already achieved research findings, breakthroughs in some key technologies is to be made: 1) A triangular surface fitting theory based on V-system is presented so that point-cloud fitting rate and accuracy can be greatly imporved; 2) Based on anisotropic error standard, principal curvature sampling method is used to speed transformation of triangular mesh into quadrangular mesh while not losing its precision; 3) Theory and algorithm of NURBS surface sampling and reconstruction satisfying compatibility condition are provided, so that precision of surface fitting can be improved; 4) Condition of G1 continuity sewing of multi-NURBS surfaces at edge and point based on Deboor reasoning algorithm is to be studied; 5) Fine feature recognition based on curvature field is to be explored for locating and measuring of product surface defects. Finally, an auto mould defect detection system owning independent intellectual property is formed initially through function integration and practical application of product scaning, reverse modeling and defects recognition.

汽车模具表面缺陷的逆向建模与识别是反求工程的一个典型应用，也是汽车模具尤其是一些关键进口模具使用和维护过程中的难题。拟在已有研究成果的基础上重点突破以下关键技术：1）提出基于V-系统的点云数据三角形面拟合理论，提高点云数据的拟合速度和精度；2）基于各向异性误差标准的主曲率场采样，在降低三角形网格向四边形网格的转化误差的同时提高转化速度；3）提出满足相容性条件的NURBS曲面采样和重构理论及其算法，提高模具表面的曲面拟合精度；4）探索研究基于Deboor递推算法的多片NURBS曲面边界和点G1连续拼接条件；5）研究基于曲率场的微小特征识别方法，实现产品表面缺陷的定位和测量。最终实现产品扫描、逆向建模和缺陷识别的功能集成和项目应用，初步形成具有自主知识产权的汽车模具缺陷检测系统。

针对汽车模具在使用和维护过程中的逆向建模、修复和再制作问题，展开了工装及设备零件的三维数模重建、表面缺陷分析、产品修复和再制造理论研究和技术开发。探索研究并通过自主开发、模型实验验证了点云预处理、网格化建模、曲线面建模、特征及缺陷识别理论和部分算法，初步形成了逆向设计软件框架；进一步地通过对简单及复杂汽车模具相关产品的反求实例研究，证实了该理论体系和技术路线。.研究双目结构光扫描原理，提出基于差分进化粒子群混合优化的相机自标定方法；构建完备正交V系统框架，研究空间模型的频谱域与三角域的参数映射关系。开发点云逆向重构软件平台，初步实现了点云精简、去噪、曲率和法矢求解、特征线面提取、曲面重构和缺陷识别等功能，重点研究或开发实现了高斯球自适应均值漂移聚类精简、最优邻域内双边滤波去噪、最小成本路径传播法矢方向调整、基于Delaunay准则和径向基函数的点云三角化、基于最优基段选择的四边形网格转化、基于热扩散方程测地线求解的点云表面最短路径计算、基于Laplace方程求解的等参数化四边形网格再划分、满足相容性条件的NURBS曲线面拟合、基于曲率突变点连通区域分析的特征线面分割、改进粒子群优化模糊聚类点云区域分割、基于最小二乘法的标准点云型面识别和参数计算、闭合特征边界下的特征面裁剪、改进ICP算法的点云配准和缺陷特征识别等算法和功能。.与江铃汽车模具厂展开了密切合作，对全顺系列车型部分工装模具进行软件功能测试、反求设计和生产。基于标准模型以及后门立柱T095系列模具和镶块测试了软件基本功能，完成或部分完成了底架镶块模具TP043-22、数控机床拨叉等小面块模具和关键零件，以及压料芯TVX085-14、压料板TAL215-14等大型复杂模具的扫描、建模和再加工。