一种用于工业图纸逆向重建的数字建模方法和系统与流程

本发明涉及数字逆向建模，具体是涉及一种用于工业图纸逆向重建的数字建模方法和系统。

背景技术：

1、逆向建模(reverse modeling)，是基于现实中存在的工件等进行逆向建模的一种方式。逆向建模的技术发展日新月异，目前逆向建模技术逐渐的成熟。逆向建模技术中包括：点云逆向建模、照片逆向建模、三维扫描逆向建模等技术。逆向建模是一种不同的建模思路，无论采用哪种逆向建模的技术，最终都将转化为多边形或者三角面的数字模型。生成的模型可用于数字可视化、影视、游戏及其他科研使用。

2、在三维扫描逆向建模中，对于逆向建模精度的取决于扫描层数，然而受制于扫描设备的扫描硬件限制和建模计算机的算力限制，工件的扫描层数往往存在的一上限值，然而，现有技术中，缺乏基于工件面型复杂程度的扫描层数智能化分析计算方法，难以在硬件设备的限制之下进行最大化提高建模精度。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种用于工业图纸逆向重建的数字建模方法和系统，本技术方案解决了上述的现有技术中，缺乏基于工件面型复杂程度的扫描层数智能化分析计算方法，难以在硬件设备的限制之下进行最大化提高建模精度的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于工业图纸逆向重建的数字建模方法，包括：

4、采用激光扫描设备纵向扫描工件，获取工件的若干纵向投影线；

5、基于工件的若干纵向投影线计算工件在纵向上的面型复杂度；

6、基于工件在纵向上的面型复杂度，确定工件逆向重建时的在纵向上的切片扫描厚度，记为切片密度数据；

7、基于切片密度数据，对工件进行横向扫描，获取工件的若干个闭合横向投影曲线；

8、建立闭合横向投影曲线与工件的纵向高度的一一对应关系；

9、基于工件的闭合横向投影曲线与工件的纵向高度的一一对应关系，将工件的闭合横向投影曲线按照从低到高依次进行排序；

10、对所有工件的闭合横向投影曲线进行平滑过渡放样，获取工件的封闭外表曲面；

11、对工件的封闭外表曲面进行实体化，获取工件的实体化模型。

12、优选的，所述采用激光扫描设备纵向扫描工件，获取工件的若干纵向投影线具体包括：

13、按照1°的间隔，分别对工件表面进行360°全方位纵向测距，获取若干条工件表面的纵向投影线的测距数据；

14、基于若干条工件表面的纵向投影线的测距数据，计算纵向投影线上每一点距离工件回转轴线的距离，记为工件面型距离数据；

15、以工件纵向高度为x轴坐标，以工件面型距离数据为y轴坐标，基于工件面型距离数据进行拟合出工件面型数据－工件纵向高度变化曲线；

16、基于工件面型数据－工件纵向高度变化曲线，确定工件面型数据－工件纵向高度变化曲线表达式；

17、其中，所述工件面型距离数据的计算公式为：

18、l0(h)＝r(h)-r0；

19、式中，l0(h)为纵向投影线上高度为h处的工件面型距离数据，r(h)为激光扫描设备测得的高度为h处的工件表面距离探测头的距离，r0为工件回转轴线距离探测头的距离。

20、优选的，所述基于工件的若干纵向投影线计算工件在纵向上的面型复杂度具体包括：

21、对工件面型数据－工件纵向高度变化曲线表达式进行求导，获取工件面型数据－工件纵向高度变化度；

22、基于所有工件面型数据－工件纵向高度变化度，通过复杂指标计算公式计算工件在纵向上的面型复杂度；

23、其中，所述复杂指标计算公式为：

24、

25、式中，f(h)为工件在纵向高度为h处的面型复杂度，l0(h)i为第i条工件面型数据－工件纵向高度变化曲线表达式在纵向高度为h处的导数。

26、优选的，所述基于工件在纵向上的面型复杂度，确定工件逆向重建时的在纵向上的切片扫描厚度，记为切片密度数据具体包括：

27、确定工件逆向重建的精度，基于工件逆向重建的精度确定工件横向扫描的总层数；

28、设定基准厚度；

29、按照基准厚度，将工件纵向分隔成若干个扫描基准切片；

30、基于工件在纵向上的面型复杂度和工件横向扫描的总层数，确定每一个扫描基准切片内的横向扫描层数；

31、基于每一个扫描基准切片内的横向扫描层数，计算每一个扫描基准切片内的切片扫描厚度；

32、其中，所述扫描基准切片内的切片扫描厚度的计算公式为：

33、

34、式中。dj为第j个扫描基准切片内的切片扫描厚度，d0为基准厚度，nj为第j个扫描基准切片内的横向扫描层数。

35、优选的，所述基于工件在纵向上的面型复杂度和工件横向扫描的总层数，确定每一个扫描基准切片内的横向扫描层数的计算公式为：

36、

37、式中，h为工件总高度，hj为第j个扫描基准切片下边缘纵向高度，n0为工件横向扫描的总层数，为对x1-x2范围内的所有f(h)进行求和。

38、优选的，所述基于切片密度数据，对工件进行横向扫描，获取工件的若干个闭合横向投影曲线具体包括：

39、基于切片密度数据，确定工件上每一条横向扫描线的纵向高度；

40、依次调整横向扫描探测头的高度至每一条横向扫描线的纵向高度处，分别从正面和反面对工件表面进行横向测距，获取正向投影半曲线和反向投影半曲线；

41、将正向投影半曲线和反向投影半曲线进行结合，生成工件在对应纵向高度处的闭合横向投影曲线。

42、进一步的，提出一种用于工业图纸逆向重建的数字建模系统，用于实现如上述的用于工业图纸逆向重建的数字建模方法，包括：

43、激光扫描设备，所述激光扫描设备用于对工件进行纵向扫描和横向扫描；

44、面型复杂度模块，所述面型复杂度模块与所述激光扫描设备电性连接，所述面型复杂度模块用于基于工件的若干纵向投影线计算工件在纵向上的面型复杂度和基于工件在纵向上的面型复杂度，确定工件逆向重建时的在纵向上的切片扫描厚度，记为切片密度数据；

45、建模模块，所述建模模块与所述激光扫描设备电性连接，所述建模模块用于建立闭合横向投影曲线与工件的纵向高度的一一对应关系、基于工件的闭合横向投影曲线与工件的纵向高度的一一对应关系，将工件的闭合横向投影曲线按照从低到高依次进行排序、对所有工件的闭合横向投影曲线进行平滑过渡放样，获取工件的封闭外表曲面和对工件的封闭外表曲面进行实体化，获取工件的实体化模型。

46、可选的，所述激光扫描设备包括：

47、纵向测距单元，所述纵向测距单元用于对工件表面进行纵向测距；

48、横向测距单元，所述横向测距单元用于对工件表面进行横向测距。

49、可选的，所述面型复杂度模块内部集成有：

50、第一计算单元，所述第一计算单元用于基于工件的若干纵向投影线计算工件在纵向上的面型复杂度；

51、第二计算单元，所述第二计算单元用于基于工件在纵向上的面型复杂度，确定工件逆向重建时的在纵向上的切片扫描厚度，记为切片密度数据。

52、可选的，所述建模模块内部集成有：

53、曲线结合单元，所述曲线结合单元用于将正向投影半曲线和反向投影半曲线进行结合，生成工件在对应纵向高度处的闭合横向投影曲线；

54、曲线排序单元，所述曲线排序单元用于基于工件的闭合横向投影曲线与工件的纵向高度的一一对应关系，将工件的闭合横向投影曲线按照从低到高依次进行排序；

55、曲面缝合单元，所述曲面缝合单元用于对所有工件的闭合横向投影曲线进行平滑过渡放样，获取工件的封闭外表曲面；

56、实体建模单元，所述实体建模单元用于对工件的封闭外表曲面进行实体化，获取工件的实体化模型。

57、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

58、本发明提出一种用于工业图纸逆向重建的数字建模方案，通过采集工件表面的纵向投影线，并基于工件表面的若干条纵向投影线的变化急缓度来反映工件表面噶出的复杂度，对于复杂度高的区域提高其扫描层数，对于复杂度低的区域降低其扫描层数，通过此方式可在硬件设备的限制之下合理的分配逆向重建扫描时的扫描精度，进而有效的保证在硬件设备的精度限制下，进行最大化的提高逆向建模时的精度。