基于点云的数控刀轨数据生成方法的分析

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1、第1章绪论1.1引言随着人民生活水平的不断提高，人们对产品的要求也在不断提高：希望能很快在市场上买到自己中意的产品；希望产品能体现自己的个性；希望产品的价格合理等等，这些要求促使产品制造企业不断采用大量的先进制造技术高效率、低成本的生产出适销对路的产品，以期在竞争日益激烈的市场上站稳脚跟。需求是技术发展的强大推动力。以我们常见的轿车为例，人们稍加留意就会发现现在的轿车外形更加漂亮，性能更加出色，开发、制造周期更短，所有这些现象的发生都是由于计算机技术的飞速发展带来的。专业人士都知道，一款轿车的外形不但要满足空气动力学的要求，还要兼顾人们的审美要求，在计算机技术广泛使用的今天，人们自然想到利用计

2、算机来处理轿车的外形，但轿车的外形是一个自由曲面，而且基于计算机软硬件水平在处理此类曲面的限制，汽车设计师还不能直接在计算机上构建自己想要的自由曲面。于是，人们想出了一个变通的方法，先利用油泥构造出轿车的外形，然后利用扫描设备扫描油泥模型，获取模型外形上的大量的点的三坐标数据（即所谓的“点云数据”）利用这些点云数据再去构建所需的自由曲面。这里所使用的技术，就是上世纪八、九十年代兴起的逆向工程技术。当今世界各国在经济技术发展中都非常重视应用逆向工程对国外先进技术进行引进、吸收工作，并且取得了显著的效果。在这方面，日本是一个成功的范例。战后日本制订了“吸收性战略”的基本国策，应用逆向工程技术消化、

3、吸收其引进技术，并在此基础上创新，给二战后的日本国民经济注入了强大活力，推动了日本经济的高速发展，逆向工程的应用是日本从战后的一片废墟迅速成为世界第二号经济强国的重要因素之一。本课题“基于点云的数控加工刀轨数据生成方法的研究”以逆向工程与数控加工这一先进制造技术的集成为研究目的，通过学习和分析现有基于点云生成NC代码的方法，吸取前人的经验和不足，实现了一套基于点云生成数控刀轨数据的技术路线。1.2逆向工程简介1.2.1逆向工程的定义逆向工程（ReverseEngineering，RE）也称反求工程，是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的

4、工程设计经验、知识和创造思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计。从广义讲，逆向工程可分为以下三类：(1)实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分析，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整1机、零部件或组件。(2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。(3)影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等

5、，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在实物逆向。在本文中如无特殊说明的地方均指的是实物反求。1.2.2逆向工程技术的应用逆向工程技术的发展离不开计算机技术和数字化测量技术的发展和成熟。20世纪90年代，随着计算机技术和三维测量技术的飞速发展，逆向工程成为研究的热点，它除了应用到几何测量、产品复制、新产品开发、几何造型等制造领域，还广泛应用于医学、地理、[1]考古等新领域的图像处理和模型恢复。逆向工程技术在工业领域中的应用主要体现在：(1)在仿型设计中，需要克隆某个产品，然而通常却没有该产品的原始设计草案或文档。(2)在零件的修

6、改与改良设计中，需要从现存的产品出发，构造出它的几何模型，从而可以利用现有的CAD系统进行进一步的分析与优化，从而开发出新的产品。(3)在汽车工业等领域，车体外壳的美学设计显得尤其重要，对于众多设计师而言，他们更喜欢的是在真实的雕刻或油泥模型上进行设计，实物模型相对于计算机二维屏幕而言更能真实的反映物体的形状，更有利于设计师阐释他的设计思想。(4)在特制的服装，鞋帽等产品定制领域，由于每个人的面部，身体结构不同，统一的尺码并不一定适合客户的要求，又由于批量小，甚至可能就只生产一件产品，用传统的设计方法，冗长费时，在经济上来说也是不合适的。(5)在快速原型制造技术（RPM）的应用中，逆向工程技术

7、的最主要表现在：通过逆向工程，可以方便地对快速原型制造的产品进行快速、准确的测量，找出产品设计的不足之处，通过多次迭代使产品更加完善。1.2.3逆向工程技术的流程利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现产品和实物的逆向工程的出现，改变了传统的产品设计制造模式，为改进、修改原有产品，并开发新产品提供了一条新的途径。在机械制造领域，RE主要是利用数字化的测量手段获取原有实物模型的数字化模型，再利用数