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基于机器视觉的反求加工技术是近十几年来在快速成型加工领域涌现出来的一项新兴技术。它在现代化制造、模具加工、自动化装配等领域有着广泛的应用需求，是自动化制造设备中的一项关键技术。本文从数据采集、点云处理、曲面重构以及数控加工四个方面分析和讨论了反求工程在各个阶段的关键性技术。构建了完整的采集处理加工系统。鉴于数控系统可以加工三维打印机无法处理的金属对象，在实际工程场合应用更加广泛，因此本文着重讨论了数控系统刀具规划技术，并基于数控系统对算法可行性进行了实验和分析。本文的具体内容如下： 1、分析了基于条纹编码光的非接触式三维数据采集系统，主要工作包括:1）研究了基于时空域的编码光结构特征，设计了具有条纹边界特征编码组合。2）讨论了基于射影——放射——度量三个层次的分层重构技术，更好地适应了摄像机参数标定不精确或无标定的测量环境，更加便于引入最优化算法。另一方面，相对于三维重构的目标欧式坐标系而言，仿射坐标系和射影坐标系有着更加广泛的应用。3）构建了主动式双目测量系统，对三维目标的空间信息进行采集，并以点云形式进行存储。 2、对于散乱点云的处理技术进行了研究，主要工作包括:1）逆向运用最远点采样技术，提出了基于最远点采样快速行进点云精简算法。利用快速行进算法来不断扩展采样区域，同时利用最远点采样条件来筛选出符合条件的采样点。2）根据点云噪声特点，基于k-d树模型和均值漂流技术设计了复合KMS点云去噪算法。首先基于k-d树的拓扑结构，根据点的法向量与相近点的法向量夹角选取初始邻域，计算出邻域内所有点的平均点距，当某点到其余点的距离平均值大于平均点距的4倍时，将其作为奇异点噪声剔除。然后利用概率密度函数作为聚类点，用均值漂移迭代算法将每一个采样点“漂移”到核密度估计函数的局部最大值点。这样通过多次迭代，使点云逼近原始曲面的真实值，从而实现点云数据的快速高效去噪。3)对经典径向基算法进行改进，完成了点云模型孔洞修补。首先提取出孔洞边界特征点，随后根据孔洞周边点的信息利用径向基函数拟合出孔洞上的曲面，随后根据一定的步长，在曲面上进行采样，所得的点进行移动最小二乘法的对所得到的点进行调整，使得修补后的曲面能够与周围曲面光滑衔接。 3、提出了基于三角网格模型建立NURBS曲面的思路，主要工作包括:1）在经典BPA三角剖分算法的基础上增加了夹角约束，对滚球过程中生成的新三角形进行判别，以避免大量长条三角形的产生，在这种约束的作用下，生成的三角形会进一步向优化过的Delaunay三角形靠拢，能够更好的表现出三维物体的实际形态，优化了三角剖分结果。同时，对BPA算法的半径选择展开了进一步研究，阐述了半径ρ大小对重构表面的重要性，并针对实际的点云数据给出了较好的ρ的经验值，对采样密度不均匀的点云数据用BPA算法处理时遇到的问题进行了讨论。2）分析了边折叠网格简化技术，设计了球形约束，减小了简化造成的变形。3）基于Laplacian光顺算法提出了变尺度约束，将尺度因子作为参变量引入光顺中，用变尺度曲面光顺算法对模型进行处理，以改善单尺度光顺下的不足，减少了算法迭代次数，减轻了过光顺现象。4）采用有向权切片方法，首先对相邻的三角面片建立有向加权排序，然后对于每个三角形面片记录三条边的权值，每条边的权值定义为共用此条边的三角形面片中与当前三角形相邻的两个角的编号之和。按照此方式记录每个三角面片的每条边，将三角面片信息存放在链表结构中，对建立的三角网格模型进行切片分层，构造了有序数据点集，并基于此点集进行了NURBS曲线和曲面的插值。 4、研究了NURBS曲线插补的实现方法，主要工作包括:1）基于数控加工设备设计了刀具切削路径。根据NURBS曲线特征，首先采用行切进行粗加工，然后采用有向权切片所得环形路径进行精加工。2）针对不同应用需求，设计了基于分数次幂和Sigmoid函数的两种速度控制策略。基于分数次幂的模型将加速-匀速-减速过程分为15段，在保证加加速度、加速度以及速度连续的同时有效提高了速度变化率，适用于速度、精度要求高且计算能力强的加工场合。基于Sigmoid函数的模型在基本保证加加速度、加速度以及速度连续的基础上将加速-匀速-减速过程简化为三段，适用于对精度要求不高且计算能力有限的加工场合。3）基于路径曲率变化，设计了刀具加减速起始点前瞻算法。随着加工路径曲率的变化，实时预测刀具的加减速阶段以及开始减速的位置点。4）将用于求解常微分方程的Admas算法和Runge-Kutta算法引入到数控加工领域，并且采用差商替代微商，对原算法进行了修正，设计了适用于NURBS曲线插补的位置参数计算方法，解决了Taylor展开算法需要计算高阶导数的问题。5）分析各阶B样条基函数的关系，针对一组n次非零基函数中，首末非零基函数仅与一个低次非零基函数相关的特征，提出了修正型De Boor-Cox递推算法，减少了低次非零基函数的计算次数，降低了运算的复杂程度。 5、从计算机仿真和真实机床加工两个层面对讨论的算法进行了分析和验证，证明了上述算法的有效性和可行性。