SolidWorks截面草圖曲線約束優化技術(一)

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

0 引言

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字化測量,得到反映實物表面的離散點云數據,即實物表面的三維坐標,進而采用基于特征和約束的參數化建模方法來完成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,產品設計一般遵循從二維到三維的原則,而且大多數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,然后經過拉伸、旋轉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:

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、旋轉和掃描等自由曲面特征。

結合正向造型系統中二維草圖的參數化設計可知,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據點之間的逼近誤差,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據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。將約束優化問題轉化為無約束優化問題,使用L-M方法優化迭代求解。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化問題?？紤]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,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生。因此,將SolidWorks軟件作為逆向工程中截面草圖曲線的約束優化技術的開發和實現平臺,可以利用該軟件的約束管理功能和草圖設計功能,實現基于點云切片數據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,增強逆向工程對產品改型創新的支持能力。

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