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1、4反求工程专题论文《机械设计》1999年6月№6实物反求工程的关键技术分析栗全庆王宏张英杰赵汝嘉(西安交通大学机械工程学院CAD/CAM研究所西安710049)摘要:本文阐述了反求工程的基本概念,针对反求工程的应用目标及目前反求工程研究的现状,提出了反求工程中的重构参数、实物原型参数、原始设计参数的概念,指出对某些应用而言反求工程设计阶段的工作应是还原出原始设计参数,而不是实物原型参数,并给出了反求工程系统的工作模型。关键词:反求工程;CAD;三维重构;特征识别求工程的着眼点在于对原有实物进行修改和再设1反求工程的基本概念及应用计后而制造出新的产品。这不仅避免了“侵权”的法律问
2、题,而且满足了现代社会的实际需求。正是1.1反求工程的基本概念由于应用目标的不同,从设计阶段的工作结果来反求工程(ReverseEngineering)包含有实物看,反求工程需反求出实物的CAD模型,以利修反求、软件反求和影像反求三个方面。本文所指的改和创新,而仿制则无需如此。这是反求和仿制的实物反求是指依据已经存在的零件或实物原型来最根本区别。构造产品模型的过程。根据反求工程的发展和应用,我们将反求工反求工程的设计过程与传统的设计过程是完程分为Ⅰ、Ⅱ两个阶段,其基本概念和系统工作过全不同的。传统设计过程是在市场调研的基础上,程用图2来描述:根据功能和用途来设计产品,得到图纸或C
3、AD模型,经检查满意后制造出产品来。而反求工程是从一存在的零件或原型入手,首先对其进行数字化处理(即将整个零件用一个庞大的三维点的数据集合来表示),然后是构造CAD模型。CAD模型经检查满意后,根据需要可输出图纸,最后制造产品。二者的比较如图1所示:(a)传统设计过程图2反求工程系统工作过程在两阶段的重合部分,反部工程Ⅱ亦有一些(b)反求工程设计过程特点。如它要求庞大的测量数据,三维实体重构时图1传统设计制造工程与反求工程的区别需要特殊算法以生成CAD模型,可处理形状复简单说来,传统设计和制造是从图纸到零件杂的原型等。(产品),而反求工程的设计是从零件(或原型)到图纸,再经过制造
4、过程到零件(产品)。这就是反求2实物原型重构的含义。1.2反求工程发展和应用下面,针对反求工程Ⅱ的要求,以我们研制的已在机械制造领域应用多年的仿制技术,是反求工程三维实体重构的系统为例,说明实体的反求技术的发展基础。但近年来反求技术的内涵三维重构过程。已有了很大的发展。从应用目标来看,实物仿制的2.1数据获取着眼点在于制造出和原有实物相同的产品,而反数据获取又称零件数字化,是指采用某种测1998-10-26收到稿件。《机械设计》1999年6月№6专题论文反求工程5量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何过自动或交互方式来识别实体环的特征,将其构坐标。目前用于工业的测量方法有:
5、坐标测量仪、造为特征环。系统从特征线(直线,圆弧,圆,自由激光测量仪、工业CT(ComputedTomography计曲线)、特征面(平面,圆柱面,自由曲面)和特征体算机断层摄像)和逐层切削照相测量。坐标测量仪(柱体,自由曲面体)三个层次上来识别特征。在交和激光测量仪用于对实物原型的外部形状的测互识别特征时,可采用相对识别方式,即系统对人量,工业CT和逐层切削照相测量则用于具有复工的识别结果进行最小二乘法拟合运算,以检验杂内轮廓的实物的测量。工业CT成本较高,精度识别的正确性;也可采用绝对识别方式,即直接接较低,但它不损伤实物,是测量没有备件和复制品受人工的识别结果,不再进行检验
6、。的复杂形状实物的唯一方法。逐层切削照相测量最后阶段的工作是在选定的CAD造型软件是近年来出现的一种断层测量技术。它以极小的的支持下完成三维实体重构。要实现这一步,必须厚度去逐层切削实物,并对每一断面进行照相。其解决与CAD软件的软接口。轮廓测量精度可达±0.0254mm,这是目前断层2.3基于SolidWorks的三维实体重构的实现测量精度最高的方法。但它是破坏性测量,这是该我们选择美国的SolidWorks软件作为系统方法的突出缺点。的三维造型支撑软件。SolidWorks是面向微机的从目前情况看,工业CT和逐层切削照相测CAD三维造型软件。它功能强大,价格低廉,可方量将占主
7、导地位,应用范围会越来越广泛。在我们便地实现与编程语言和其它常用CAD软件的接的研究中,我们利用本课题的合作伙伴——西安口。而且,在SolidWorks的支撑下,可对重构的实交大红外激光研究所研制的测量设备,采用逐层物三维模型进行修改,可输出零件图和装配图,这切削照相测量的方法来获取层析数据。就为反求工程系统的创新功能提供了保障。2.2基于层析数据的实物原型的重构过程图4是我们依据前述的层析数据和工作过程由图1和图2知,在得到原型的层析数据之而构造的某真实零件的三维模型。后,就要
