毕业论文--反求工程在机械设计中的应用

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1、反求工程在机械设计中的应用姓名：王林林学号：2120110431院系：机械与车辆学院2012年5月13日反求工程在机械设计中的应用1　反求工程的概念反求工程（ReverseEngineering）这一术语起源于20世纪60年代，但对它从工程的广泛性去研究，从反求的科学性进行深化还是从20世纪90年代初刚刚开始。反求工程类似于反向推理，属于逆向思维体系。它以社会方法学为指导，以现代设计理论，方法，技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验，知识和创新思维，对已有的产品进行解剖，分析，重构和再创造，在工程设计领域，它具有独特的内涵，可以说它是对设计的设计。反求工程技术是测量技术，数据处

2、理技术，图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用，因为在产品开发过程中需要以实物（样件）作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，所以在汽车，摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计，家电产品外形设计，艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。传统的产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中形成对该产品的总体构思，然后综合各方面的要素和因素，对产品的功能、性能、结构、尺寸、形状和技术参数等借助计算机建立其三维数字化信息模型，最终有可能将这个模型转入到制

3、造流程中，指导生产过程，这样的产品设计过程我们称为正向设计过程。而在整个产品的设计过程中，所建立的三维数字化信息模型在后续的设计及制造环节中几乎没发挥作用，后期模型的制作还是依靠传统的手工方法制作，造成前后工作脱节。基于反求工程的产品设计从物质形态上来讲可以认为是一个从有到无再到有的过程。简单地说，反求工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸和数字模型)的过程。从这个意义上说，反求工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是反求工程的很好实例。在工业设计的领域内，反求工程主要应用于新产品的造型设计中，以及产品的改型及更新

4、换代的设计过程中，结合快速成型技术，快速的制造出产品样品的实物模型或模具，供设计者进行性能测试、直观评估和验证分析，完成产品的设计及制造。2反求工程的关键技术2.1表面数字化技术表面数字化就是通过特定的测量设备和测量方法获得零件表面离散点的几何坐标数据。只有获得了样件的表面三维信息，才能实现复杂曲面的建模、评价、改进、制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，这是反求工程的主要研究内容之一。在反求工程中，传统的数字化方法是采用接触式测量，其典型代表是三坐标测量机。随着快速测量的需求及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术得到飞速发展。常用的非接触式测量

5、方法一般可分为被动视觉和主动视觉两大类。被动式方法中无特殊光源，只能接收物体表面的反射信息，因而设备简单、操作方便、成本低，但算法较复杂。主动式方法使用一个专门的光源装置来提供目标周围的照明，通过发光装置的控制，能使系统获得更多的有用信息，降低问题难度。2.2数据点云的预处理技术获得的数据一般不能直接用于曲面重构，因为对于接触式测量，由于测头半径的影响，必须对数据点云进行半径补偿；在测量过程中，不可避免会带进噪声、误差等，必须去除这些点；对于海量点云数据，对其进行精简也是必要的。包括：半径补偿、数据插补、数据平滑、点云数据精简、不同坐标点云的归一化等。2.3表面重建技术复杂曲反求工

6、程的目标是根据离散的数据点集构造出分段、光滑的CAD模型，因此重建技术成为反求工程的关键技术。面的CAD重构是逆向丁程研究的重点。而对于复杂曲面产品来说，其实体模型可由曲面模型经过一定的计算演变而来，因此曲面重构是复杂产品逆向工程的关键。包括：多项式插值法、双三次Bspline法Coons法、三边Bezier曲面法、BP神经网络法等。2.4曲线曲面光顺技术在基于实物数字化的逆向工程中，由于缺乏必要的特征信息，以及存在数字化误差，光顺操作在产品外形设计中尤为重要。根据每次调整的型值点的数值不同，曲线/曲面的光顺方法和手段主要分为整体修改和局部修改。光顺效果取决于所使用方法的原理准则。

7、方法有：最小二乘法、能量法回弹法、基于小波的光顺技术等。3反求工程中常用的测量方法3.1接触式测量方法3.1.1坐标测量机坐标测量机是一种大型精密的三坐标标测量仪器，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。坐标测量机一般采用触发式接触测量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三维力一位移传感的扫描测量头，该测头可以在工件上滑动测量，连续获取表面的坐标信息，扫描速度可达8米/秒，数字化速度最高可达500点/秒，