[發明專利]一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法

有效

• 申請號: 201710710239.1
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107644121B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 李洛克;保亮;趙成俊;張龍飛;李曉琴
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06T17/00;B29C64/386;B33Y50/00;B29K95/00
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1.一種路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，其特征在于：包括如下幾個步驟：試驗集料的三維掃描；試驗集料的3D打?。晃⑿蜔o線微慣性傳感器的安裝；含3D打印集料的混合料制備；點云坐標系的建立；點云坐標系的轉換重建；三維實體重構建模；數值模擬分析；

所述方法的具體步驟如下：

A、試驗集料的三維掃描；

應用非接觸式三維激光掃描儀對試驗用粗集料顆粒進行掃描，獲得反映集料表面特征信息的高密度點云；應用逆向工程軟件Imageware對三維點云數據進行處理，利用邊界線與點云擬合成集料的曲面模型；在UG設計軟件里通過曲面縫合與布爾運算，完成對粗集料顆粒的逆向三維實體建模；對后續試驗中制備混合料試件用的每顆粗集料進行實體建模，編號后存入數據庫；

B、試驗集料的3D打印；

根據粗集料的路用質量技術要求，采用3D打印機導入集料的數字化模型，配以3D打印原材料制備3D打印集料樣品；

C、微型無線微慣性傳感器的安裝；

首先將3D打印集料的一側切開，之后將微型無線微慣性傳感器置于其內部，然后用環氧樹脂對其進行連接處理，各個粗集料內部的微型無線微慣性傳感器都已進行編號，與粗集料的編號分別對應；

D、含3D打印集料的混合料制備；

將安裝好微型無線微慣性傳感器的3D打印集料替換原來的粗集料，將其與其它試驗材料調配制備形成混合料；

E、點云坐標系的建立；

首先在逆向工程軟件 Imageware中建立代表集料空間位置的局部坐標系（P-u,v,w），以微型無線微慣性傳感器靶心為原點P（u₀,v₀,w₀），定義P-u軸、P-v軸、P-w軸方向，將粗集料掃描獲得的表面輪廓特征點云數據導入逆向工程軟件 Imageware，對齊靶心基準點與坐標系原點，生成集料的點云模型，計算集料點云在局部坐標系中的三維坐標數據，再將每顆試驗用集料在局部坐標系下的點云數據與內置微型無線微慣性傳感器匹配，存入數據庫；其次在逆向工程軟件 Imageware中建立用戶全局坐標系（O-x,y,z），以傳感器信號檢測設備感應片中心點為原點O（x₀,y₀,z₀），定義O-x軸、O-y軸、O-z軸方向；

F、點云坐標系的轉換重建；

局部坐標系三軸與全局坐標系三軸的姿態角為（θ_i,θ_i,θ_i）；在全局坐標系中檢測混合料試件內每顆3D打印粗集料內置微型無線微慣性傳感器的6D位姿數據Pi（x_i,y_i,z_i,θ_i,θ_i,θ_i）；將數據庫中集料的局部坐標系點云數據導入逆向工程軟件 Imageware，通過空間平移旋轉，解算該集料在全局坐標系中相應的輪廓點云數據；

G、三維實體重構建模；

應用UG軟件NX功能模塊，從數據庫中提取試件內每顆3D打印粗集料在全局坐標系中的點云數據，進行三維實體重構，建立混合料粗集料骨架結構的實體模型，借助數字圖像處理技術，對混合料粗集料骨架結構的逆向三維重構精度進行校準與修正；

H、數值模擬分析；

利用UG NX定義粗集料顆粒及顆粒在混合料內的存在環境，建立反映粗集料顆粒三維輪廓特征的混合料離散元前處理模型，生成STEP格式解算文件，導入離散元分析軟件EDEM中進行求解與后處理。

2.根據權利要求1所述的路面材料骨架結構的逆向三維重構與實體建模方法，其特征在于：所述步驟 B 中所述3D打印原材料，是一種采用無機材料粉末、高硬度砂、纖維、黏結劑、增韌劑基礎材料調配形成的，壓碎值、磨耗損失、堅固性、磨光值及粘附性試驗指標均符合粗集料的路用質量技術要求的復合材料。