使用边缘检测技术和 Delaunay 三角剖分方法形成3D 复
合表面快速原型制作的逆向工程
Gil-Sang Yoon * , 1 , Young-Moo Heo 1 , Myeong-Woo Cho 2 , and Tae-Il Seo 3
1 Precision Molds and Dies Team, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH),994 Dongchun-dong, Yeonsu-gu, Incheon 406-130, Korea 2 Division of Mechanical Engineering, Inha University, 253 Yonghyeon-dong,Nam-gu, Incheon 402-751, Korea 3 Department of Mechanical Engineering, University of Incheon, 177 Dohwa-dong, Nam-gu,Incheon 402-749, Korea
本研究的目的是开发高效的逆向工程的方法三维组合曲面的快速成型过程。作为第一步，获得使用边缘检测的激光扫描仪的扫描数据采用的图像处理技术。基于检测到的边缘，为了将表面划分成几个独立区域提取复合表面的边界信息。作为下一步，Delaunay三角剖分方法应用独立重建表面扫描的数据和边界信息的基础。最后，STL 文件创建快速成型工艺。进行所需的模拟和实验和对结果进行分析，说明所提出方法的有效性。
关键词: 逆向工程、快速成型、delaunay三角剖分、图像处理、边缘检测、STL文件
1． 引言
近年来，制造业已经迅速追求FMS（柔性制造系统）以满足不断变化的客户需求。因此，必须降低生产成本的同时缩短新产品开发时间。因此，可以毫不夸张地说，一个公司的竞争力取决于如何快速提供各种低成本产品。为了这此目的，并行工程的概念已经被普遍采用。它可以满足产品从设计到生产的全过程的竞争力。RE（逆向工程）[1-3]和RP（快速原型）技术是并行工程概念具有代表性的技术实现，在试生产和制造技术创新发挥了主导作用。
逆向工程是一种从测量数据生成CAD模型，可以为各个领域包括上市CAD/CAM/CAI（计算机辅助检测）的技术。它的实际过程一般可分为（1）测量的实际对象，（2）生成曲面，和（3）生成CAD模型。这种技术被广泛用于各个领域如汽车，航空工程，医疗仪器—，压铸模和模具，以及游戏，动画，计算机图形学等等。快速成型技术，同时，是一个可以快速原型技术有结合层；厚度小，通过从三维模型在CAD系统生成STL（立体光刻技术）文件。因此，RP技术可以将显示在计算机显示器上的三维形状转换成为实体
RE和RP工艺被制定使用如下连续的步骤：（1）测量目标工件的几何形状；（2）使用插值法进行参数化模型等；（3）生成CAD数据;（4）生成STL文件或切片通过商业版软件包文件（见图l（a））。在这种情况下，它是很难考虑到边界或尖锐的边缘产生的复合表面。因而无法完成精确的快速成型过程。为了避免这一问题，它是可能的集中测量的边界附近的点。在这种情况下，很明显，大量的三角面片必须集中区域的边界附近。然而，大量的补丁将无效的产生。
本文提出了一种改进的三维复合面快速原型重建过程。第一步，边缘检测，图像处理技术之一，应用激光扫描仪获取扫描点数据。通过这个，复合表面的边界信息（边缘形状）被提取出来用来将表面分成一些独立的区域，下一步，Delaunay三角剖分的方法应用于在测量数据的基础上结合必要的信息，重建结构表面。最后，为快速成型过程创建STL和切片文件。执行所需的仿真和实验，对结果进行分析。
阐述了该方法的有效性。所提出的方法的全局过程如图1（b）。
2.从扫描数据中提取边界信息
一般，只通过CMM（坐标测量机）或激光扫描仪上测量得到的数据来重构曲面的复合表面，是很难产生精确的几何形态数据。正如前文提所述，测量误差集中在复合表面不同定义表面之间的尖锐边界附近，如图2。
为了有效地完成这个过程，我们将化合物表面分为元素的子表面，检测到锋利的边缘的基础上。对复合的表面包括雕塑和解析曲面进行再处理的目的，我们使用测量数据提取边界的图像处理技术。基于所提取的边界，测量点被分割成若干区域，然后构建三角网格。利用三角形拓扑，生成STL文件。图1为这些方法的顺序。具体的解释建议方法，组合群面的两个典型的例子考虑到：（1）半球和（2）自由形成的表面（见图3）。扫描数据对激光扫描仪的分辨率很敏感。因此，这些数据可能影响提取的方法。
2.1。边界提取
边缘一般是指两曲面的交线。在这种情况下，边缘对应于复合面内两个不同定义曲面的边界。在图像处理中，一个边缘对应于像素的灰度值的边界被突然改变。因此，如果扫描数据可以转移到Z-map型数据，它将可能使用图像处理技术来检测复合表面的边缘（边界）。我们声明边缘检测，将边缘算子，通常称为拉普拉斯算符，将数据从扫描数据传输单元。
为了提取边界，我们把测量数据的灰度z方向坐标值，采用Laplacian算子检测过零点。拉普拉斯算子的定义如下：
拉普拉斯算符
图3显示了一个最初的扫描点的三维图，而图4显示零交叉点结合元通过采用拉普拉斯算子。图5显示了从零交叉点提取的复合表面的边界。
2.2 边界数据生成
分析所提取的边界，如图5所示，可以看出边界包含一组数据。为了获得精确的边界数据，有必要应用细化算法。图6显示了应用细化算法后的单位像素链组成的边界。分析边界数据，我们验证解析曲线是否代表边界形状（圆形，矩形等）[5]。如果他们不这样做，我们使用NURBS插补技术以获得边界形状数据[ 6 ]。
2.2.1。解析曲线插补
在一般情况下，解析曲线（圆，椭圆，线）可以由圆锥形截面曲线[ 7 ]，由给出的标准形式来表示：
Ax 2 2Bxy cy 2 2Dx 2Ey + + + + 0（2）
圆锥形截面曲线表示几个解析曲线（圆、椭圆、线）的系数，相对于旋转和平移是不变的值。提取边界数据对应坐标值在xy平面上投影。在这种情况下，如果我的坐标价值是由（x i，y i），这并不总是满足公式1；因此，我之间的圆锥曲线和（xi，yi）的坐标错误的给出：
使用边缘检测技术和 Delaunay 三角剖分方法形成3D 复
合表面快速原型制作的逆向工程
Gil-Sang Yoon * , 1 , Young-Moo Heo 1 , Myeong-Woo Cho 2 , and Tae-Il Seo 3
1 Precision Molds and Dies Team, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH),994 Dongchun-dong, Yeonsu-gu, Incheon 406-130, Korea 2 Division of Mechanical Engineering, Inha University, 253 Yonghyeon-dong,Nam-gu, Incheon 402-751, Korea 3 Department of Mechanical Engineering, University of Incheon, 177 Dohwa-dong, Nam-gu,Incheon 402-749, Korea
本研究的目的是开发高效的逆向工程的方法三维组合曲面的快速成型过程。作为第一步，获得使用边缘检测的激光扫描仪的扫描数据采用的图像处理技术。基于检测到的边缘，为了将表面划分成几个独立区域提取复合表面的边界信息。作为下一步，Delaunay三角剖分方法应用独立重建表面扫描的数据和边界信息的基础。最后，STL 文件创建快速成型工艺。进行所需的模拟和实验和对结果进行分析，说明所提出方法的有效性。
关键词: 逆向工程、快速成型、delaunay三角剖分、图像处理、边缘检测、STL文件
1． 引言
近年来，制造业已经迅速追求FMS（柔性制造系统）以满足不断变化的客户需求。因此，必须降低生产成本的同时缩短新产品开发时间。因此，可以毫不夸张地说，一个公司的竞争力取决于如何快速提供各种低成本产品。为了这此目的，并行工程的概念已经被普遍采用。它可以满足产品从设计到生产的全过程的竞争力。RE（逆向工程）[1-3]和RP（快速原型）技术是并行工程概念具有代表性的技术实现，在试生产和制造技术创新发挥了主导作用。
逆向工程是一种从测量数据生成CAD模型，可以为各个领域包括上市CAD/CAM/CAI（计算机辅助检测）的技术。它的实际过程一般可分为（1）测量的实际对象，（2）生成曲面，和（3）生成CAD模型。这种技术被广泛用于各个领域如汽车，航空工程，医疗仪器—，压铸模和模具，以及游戏，动画，计算机图形学等等。快速成型技术，同时，是一个可以快速原型技术有结合层；厚度小，通过从三维模型在CAD系统生成STL（立体光刻技术）文件。因此，RP技术可以将显示在计算机显示器上的三维形状转换成为实体
RE和RP工艺被制定使用如下连续的步骤：（1）测量目标工件的几何形状；（2）使用插值法进行参数化模型等；（3）生成CAD数据;（4）生成STL文件或切片通过商业版软件包文件（见图l（a））。在这种情况下，它是很难考虑到边界或尖锐的边缘产生的复合表面。因而无法完成精确的快速成型过程。为了避免这一问题，它是可能的集中测量的边界附近的点。在这种情况下，很明显，大量的三角面片必须集中区域的边界附近。然而，大量的补丁将无效的产生。
本文提出了一种改进的三维复合面快速原型重建过程。第一步，边缘检测，图像处理技术之一，应用激光扫描仪获取扫描点数据。通过这个，复合表面的边界信息（边缘形状）被提取出来用来将表面分成一些独立的区域，下一步，Delaunay三角剖分的方法应用于在测量数据的基础上结合必要的信息，重建结构表面。最后，为快速成型过程创建STL和切片文件。执行所需的仿真和实验，对结果进行分析。
阐述了该方法的有效性。所提出的方法的全局过程如图1（b）。
2.从扫描数据中提取边界信息
一般，只通过CMM（坐标测量机）或激光扫描仪上测量得到的数据来重构曲面的复合表面，是很难产生精确的几何形态数据。正如前文提所述，测量误差集中在复合表面不同定义表面之间的尖锐边界附近，如图2。
为了有效地完成这个过程，我们将化合物表面分为元素的子表面，检测到锋利的边缘的基础上。对复合的表面包括雕塑和解析曲面进行再处理的目的，我们使用测量数据提取边界的图像处理技术。基于所提取的边界，测量点被分割成若干区域，然后构建三角网格。利用三角形拓扑，生成STL文件。图1为这些方法的顺序。具体的解释建议方法，组合群面的两个典型的例子考虑到：（1）半球和（2）自由形成的表面（见图3）。扫描数据对激光扫描仪的分辨率很敏感。因此，这些数据可能影响提取的方法。
2.1。边界提取
边缘一般是指两曲面的交线。在这种情况下，边缘对应于复合面内两个不同定义曲面的边界。在图像处理中，一个边缘对应于像素的灰度值的边界被突然改变。因此，如果扫描数据可以转移到Z-map型数据，它将可能使用图像处理技术来检测复合表面的边缘（边界）。我们声明边缘检测，将边缘算子，通常称为拉普拉斯算符，将数据从扫描数据传输单元。
为了提取边界，我们把测量数据的灰度z方向坐标值，采用Laplacian算子检测过零点。拉普拉斯算子的定义如下：
拉普拉斯算符
图3显示了一个最初的扫描点的三维图，而图4显示零交叉点结合元通过采用拉普拉斯算子。图5显示了从零交叉点提取的复合表面的边界。
2.2 边界数据生成
分析所提取的边界，如图5所示，可以看出边界包含一组数据。为了获得精确的边界数据，有必要应用细化算法。图6显示了应用细化算法后的单位像素链组成的边界。分析边界数据，我们验证解析曲线是否代表边界形状（圆形，矩形等）[5]。如果他们不这样做，我们使用NURBS插补技术以获得边界形状数据[ 6 ]。
2.2.1。解析曲线插补
在一般情况下，解析曲线（圆，椭圆，线）可以由圆锥形截面曲线[ 7 ]，由给出的标准形式来表示：
Ax 2 2Bxy cy 2 2Dx 2Ey + + + + 0（2）
圆锥形截面曲线表示几个解析曲线（圆、椭圆、线）的系数，相对于旋转和平移是不变的值。提取边界数据对应坐标值在xy平面上投影。在这种情况下，如果我的坐标价值是由（x i，y i），这并不总是满足公式1；因此，我之间的圆锥曲线和（xi，yi）的坐标错误的给出：