逆向工程论文

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他曲＜fe课程调研论文课程名称先进制造技术任课教师学生姓名学号教学单位德州学院机电工程学院二0—三年六月十FI 1.引言1.1逆向工程12逆向工程在模具修复中的关键技术22.1三维实体模型数字化22.2云数据预处理33应用实例54结束语7参考文献8 机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文逆向工程的探究摘要：基于逆向工程的模具修复研究及应用，逆向工程在模具修复中的关键技术。“逆向工程”(ReverseEngineering,简称RE),也称反求工程、反向工程等,即实体转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重构技术、模型制造技术的总称。关键词：逆向工程反求工程模型制造1引言随着现代工业的发展，模具在制造业屮的地位日益突出，在航空、汽车、轮船等行业中应用较为广泛。优质、高效、低成本一直是制造技术发展追求的永恒的目标，模具作为现代工业不可缺少的工艺装备，是捉高产品质量、捉高生产效率、节约能源和原材料、体现模具生产制品技术经济性地有效手段，已成为当代工业生产的工艺发展方向和产品参与生产竞争的主要关键…。然而，出于自然磨损及操作人员操作不当等原因，造成模具的磨损或严重磨损。并且对于进口的模具，往往因为某一个部位的磨损而报废，如果重新制造模具不仅费时费力，还额外增加制造成本，严重影响生产。因此，模具的修复工作显得尤为重要。传统的模具修复方式主要是采用普通计量器具检测、采用极限量规测量、采用直线度误差的测量、平面度误差的测量、圆度误差的测量和制造方用量具等对磨损区域进行测量，然后根据模具磨损程度制定修复方案。这些模具修复方式成木高、效率低、修复精度难以达到要求，远远不能满足现代模具的需要，并且对于结构较为复杂的模具更是束手无策。基于逆向工程技术的模具修复是一种较为先进的模具修复方式，并在模具修复领域有着良好的发展前景。1・1逆向工程“逆向工程”(ReverseEngineering,简称RE),也称反求工程、反向工程等，即实体转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重构技术、模型制造技术的总称。即针对物品或样件，利用数字化测量仪进行测量，得到点云数据，进而对点云数据进行点云预处理、模型重构，然后运用数控机床或快速原型技术 机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文对其加工制造，最终实现成品的生成，逆向工程流程如图1所示。逆向工程产品设计下游向设计上游信息反馈的回路。逆向工程通常包括几何形状反求、工艺反求和材料反求，在工程领域中，几何形状反求得到广泛的应用。逆向工程技术应用极为广泛，主要应用于：①新产品的设计；②对已有产品的仿制、复制，再现设计意图；③损坏或破损产品的述原和修复；④产品的检测等方而。逆向工程在模具行业的应用主要是模具设计制造和模具的修复，即在只有设计样件而没冇设计图纸和设计文档的情况下，利用逆向工程技术对原冇的模具在结构方面进行创新设计和对磨损的模具磨损部位修复。图1逆向工程流程2逆向工程在模具修复中的关键技术2.1三维实体模型数字化三维实休模型数字化是基于逆向工程的模具修复过程屮的首要环节，其测量的数据将直接影响到模型重构的效果。由于模具的型腔处于模具内侧，加上其结构本身比较复杂，目前较为常见的数字化测量设备如激光式、结构光式和光栅式扫描仪等不能一直接测量其轮廓，而层析法和工业CT法由于成木太高，不切合生产实际，因此采用阴阳模法对其进行修复。阴阳模法就是利用油泥或其他材料根据模具型腔结构制成模具型腔的阳模或样品零件，然后利用三坐标测量仪、光栅测量仪及激光测量仪等数字化测量方式对模具型腔阳模或样品零件轮廓进行数字化采集获取其点云数据，然后利用逆向工程软件进行点云预处理得到满意的点云数据模型，并对其进行曲面模型重构，待模型重构完成后再利用三维CAD软件反推出模具型腔的模型。模型轮廉数字化采集步骤为：机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文 (1)选定测量部位根据样品结构和用户的具体要求，分析样件需要重点测量的部位。在对模型进行三维实体模型数字化之询，应对模型轮廓以及模型的特征进行详细的分析，确定模型的磨损区域。选择测量部位时，在选择被测件的磨损区域同时，还需选择未磨损或磨损区域较轻的区域以及具有基本特征的区域。这些区域的点云将用于后续的测量点云的多视拼合、模型对齐等，以保证磨损量分析的精度。(2)选择测量设备常用的数字化采集方法分为接触式和非接触式。由于测量原理的不同，各种数字化设备各有所长，对不同类型的具所选用的测量方法也有所不同。因此在选用数字化测量方法时应注意一下因素：①对于磨损面积较大的模具，应选择测量速度较快的数字化设备，捉高测量效率；②对于结构复杂的模具，应选用课测量复杂轮廓的测量设备；③数字化设备的测量精度应该高于后续分析的精度，一般來说，进行零件的磨损规律研究，需要高精度的测量系统。(3)选择测量方案对于一些形状比较特殊的模型，由于自身所具有的因素无法通过一次测量完成对整个模型轮廓的测量，这些因素包括：①复杂型而在投影上往往存在投影编码肓点和视觉死区，无法一次完成全部型面的测量；②对于人型轮廓模型，曲于受测量系统范围限制，必须实行分区域测量。在对模型进行三维模型数字化之前，首先要分析被测对象的形状、需要扫描的区域，并结合所选测量设备的特征参数(如测量范围、测量精度等)制定出一套合理的测量方案。(4)测量模型根据已选定的数字化测量仪和制定的测量方案对拟定好的测量部位进行测量。2.2云数据预处理在三维实体模型数字化过程中，无论是接触式测量还是非接触式测量，在扫描过程中都不口J避免地引入数据误差，尤其是在尖锐边缘和产品边界附近的测量数据误差。因此，在对模具模型进行三维数字化之后，有必对离散点云数据进行预处理，获得满意的数据。数据预处理的目的是获得完整、准确的测量数据以方便后续的造型工作。数据预处理主要包括多视点云拼合、点云数据滤波及平滑、机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文 数据精简和数据分块等几个方面。(1)多视点云拼合在对模具外轮廓的测量过程中，曲于轮廓的几何特征及其他因素，往往造成无法通过一次完整的对模型轮廓的测量得到完整的数据，而是把模型表面分为多个局部相互重叠的子区域，从多个视觉角度获取各个子区域的表而信息。将这些子区域的点云通过变换或统一到同一坐标系屮，称为多视点云拼合。多视点云拼合获得的数字化模型应该满足:①磨损型面数据完整；②能保证与磨损前模型对齐的精度达到磨损分析的要求。廿前，对于多视点云的拼合的方法，有通过专用测量装置实现测量数据的直接拼合和事后数据拼合处理两种方法。通过专用测量装置实现测量数据的直接拼合是指通过专用测量装置，直接记录工件测量屮的移动量和转动角度，并通过测量软件直接对数据点进行运动补偿进而实现点云数据的拼合。事后数据拼合处理分为数据的直接拼合和基于图形的拼合两种：①数据的直接拼合就是直接对数据点集进行操作，实现点数据的拼合，以获得完整的数据信息和一致的数据结构，重构出原型；②基于图形的多视对齐，就是对各视图数据进行局部造型，最后再拼合这些儿何图形。(2)点云数据过滤及平滑由于受到不可避免的测量误差和人为因素(如测量中的异常振动、光学式测量仪的电器误差等)的影响，采样点云并非完全落在原物体上，易出现“疵点”(extraneousdata),并往往带有许多无用信息，这些噪声数据将直接影响重建曲面的品质。数据平滑可降低或消除测量过程屮人为或随机因素引起的误差，常用的方法有标准高斯法、平均滤波法或中值滤波算法。。，其屮高斯滤波法能较好地保持原数据的形貌，中值滤波法则在消除数据的毛刺方面效杲较好。在实际应用时，可以根据点云质量和建模耍求选择合理的滤波方法。对于体外较明显的噪声点，可以直接用手工删除。(3)点云数据精简在三维实体模型数字化过程屮，将会得到海量点云数据，兀余的点云会导致计算机运行、存储和操作的效率降低，生成曲面模型需要消耗更多的时间，并但还要影响重构曲而的光顺性。因此，在保证一定精度的前捉下,逆向工程中测量数据的精简是重要的研究内容Z—。不同类型的“点云”可采用不同的精简方式，散乱“点云”可通过随机采样的方法來精简;对于扫描线“点云”和多边形“点云”可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减、弦偏差等方法；网格化“点云”可采用等分布密度法和最小包围区域进行数据缩减…。另机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文外，还有基于灰色系统理论的数据滤波后产生的空穴填补办法和基于面密度概念 的数据简化方法。(1)点云数据分块对于模具样件，其外表轮廓往往由多张曲面混合组成。点云分块是根据实体外形曲面的口取面类型，将属于同一口取面类型的数据成组，将全部数据划分为代表不同类型的数据域，模型重构时，再经过曲而的过渡、相交、剪裁等方法将多个分块的曲面组成一个整体。目前，点云分块分为基于测量的分割和自动分割两类。基于测量分割的方法使用于机构特征比较明显的物体,操作者的水平和经验将直接影响结果。自动分割法分为基于边和基于面分块两种方法。基于边的块方法首先根据相同类型的边界点连接形成边界环，判断点集是否屈于环内，实现点云分块。基于而的方法是尝试推出具冇相同曲而性质的点，然后进一步决定所屈的曲面，最后定义相邻的曲面决定曲面间的边界。2.3曲面模型重构在逆向工程中，模型重构是利用数字化测量仪所获得的点云数据，通过插值或者拟合构建一个近似实体原型的模型。模型重构是整个逆向工程中最关键、最复杂的环节。常见的模型重构方法有两种：①先将数据点通过插值或逼近拟合成曲线，再利用造型工具将曲线构建成曲面；②直接对测量数据点进行曲面片拟合再经过对曲而片的过渡、拼接、裁剪等操作完成曲而模型的构建。另外述冇基丁产品几何特征及约束特征的模型重建方法，该方法可以根据模型的整体屈性，较清晰地表达模型的集合特征之间的约束关系。3应用实例如图2所示是对一汽车冲压件模具修复的过程。本实验室拥有一套北京傅维恒信科技公司生产的三维彩色数字化测量系统——3DCaMega光学扫描仪。该系统采用了光学照相式的快速摄影方式，与高精密数控旋转台配合使用，从不同方位自动对被测物件进行图像采集；经三维图像处理软件的计算，自动生成具备各像素对应点空间坐标和色彩复合数据的三维彩色数字图像。 机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文获.--::發2:<"?.」・•2汽车冲压件模具模型针对该模具实例，按照型腔结构制作作一冲压件，利用三维数字化测量系统获得冲压件外表而轮廓的模型三维点云数据，如图3所示。利用逆向T程软件GcomigicStudio对获得的点云数据进行多视点云拼合、数据滤波、平滑处理、数据精简，得到较为满意的数据,接着对点云数据进行分割，把属于同一类型的数据点划分到同一区域，对划分的区域利用曲面重构技术选取特征截面、建立特征线、特征网格，再对网格线进行光顺，最后由曲线拟合成曲而，图4为重构曲而与未磨损的标注冲压件拟合的磨损量评价的彩色浓淡图。根据图示所显示的磨损程度，制定模貝是修复方案，实现对模具的精确修复工作 机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文图4気构曲面与标准冲压件拟合的误差分布数据点云4结束语实践证明，逆向工程为模具修复技术提供了一种新的技术手段。逆向工程技术使模具修复工作和先进的计算机辅助设计技术、先进的数据测量技术、快速制造技术紧密结合，捉高模具修复精度、效率，大大降低模具的成本，延长了模具是使用寿命和工作。 机电工程学院2010级机械设计制造及其自动化专业课程论文参考文献：⑴金涛.童水光.逆向工程技术【M】。北京机械工业出版社.2003[2]许智钦.孙长库。3D逆向工程技术[M]o北京中国计量出版社.2002年⑶李江雄。复杂曲面反求工程建模技术研究。[4]赵艳萍。逆向工程在摩托车覆盖件建模上的应用【D】西南大学硕士学位论文2006.3[5]李春玲。复杂曲面激光测量与重构相关技术研究【D】山东大学硕士学位论文2005.4