实物反求技术的研究

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1、实物反求技术的研究摘要：本文介绍了反求工程技术的含义，并通过基于反求工程技术的CAD建模技术，介绍了反求工程的基木步骤。反求工程与RP技术的结合，使得反求工程在产殆的逆向开发屮更具冇优势。最后简单介绍了反求工程的一些应用领域。关键词：反求工程CAD建模RP技术5)(til股或工用杭畀4产話创箔谀H计貝r机幡助分产R(CAEI,g改羽设计图1止向工程和反求工程0引言随着科学技术的发展和生活水平的提高，以往大批量生产模式在逐渐衰落，而今，人们对产品的要求趋向于个性化、单一化。这就对产品的设计提出了更高的要求，产品多样化、外形美观、更新换代周期短

2、，成了产品开发人员追求的目标。一系列新的产品快速开发技术应运而生，如CAD/CAM/CAE技术、反求工程技术、快速成型技术、快速模具技术、虚拟设计技术以及并行工程等⑴。其屮反求工程作为支持产品再创造工程的重要技术之一，已经成为先进制造技术的研究热点。1反求工程技术反求工程亦称反向工程或逆向工程，是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带冇数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制，修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计

3、方法的构件形状进行三维重构和再设计。反求工程是综合性很强的术语，作为一种逆向思维的工作方式，反求工程技术与传统的产品正向设计方法不同。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,运用齐种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已冇新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计。图1是正向工程与反求工程过程的对比框图⑵。由图1(b)可以看出，反求设计是从已知实物的有关信息出发对这些信息充分消化和吸收，在此基础上通过改进挖潜进行再创造，在一系列反求分析的基础之上，对实物原型进行数据采集，经过数据处理、三维重构等过程，构造具有形状

4、结构的原型的三维模型;然后，在对原型进行复制或在原型的基础上进行再设计，实现创新。其屮最重要的是根据原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型，而反求工程CAD建模，一方而为捉高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息，一方面充分利用先进的CAD/CAE/CAM技术对已有的产品进行再创新设计。另外，在产品设计出来Z后，如何完成产品的快速生产，快速原型技术的应用，加速了新产品的上市。2基于反求工程技术CAD建模基于实物原型进行产品创新设计需要经过数据获取、数据预处理、特征抽取、曲面重构、CAD实体建模等过程⑶、⑷:（1）数据采集数据

5、获取是指采用某种测量方法或测量设备测岀实物各表面的若干组点的空间三维坐标，是反求工程CAD建模的首要环节，根据测量方式不同，数拯采集可分为接触式测量和非接触式测量两大类。其屮，在数据获取中经常用到一种关键技术一一原型数字化⑸、⑹，它通过测量实物表而特征点，记录下反映实物外形的特征数据，实现实物模型的数字化离散，并经过特殊设计的测量装置和测头系统还可以获取表面点处原型表面的法矢方向。常用的数字化装置有坐标测量机、机械臂、数控机床、加工中心与并联机构虚轴机床。（2）数据预处理测量数据预处理是反求工程CAD建模的关键环节，它的结果将直接影响后期重

6、建模型的质量。数据采集的数据点之间，通常没有相应的显示拓扑关系，只是一大群空间散乱点，无法直接进行CAD建模，需先对这些点进行处理。故在此过程中经常会用多视拼合、噪声处理、精减数据点云等技术。多视拼合的任务就是将多次测量获得的数据融合到统一坐标系屮，即坐标归一处理。目前，多视拼合主要有点位法、固定球法以及平面法。在实际测量过程屮受到各种人为和随机因索的影响，使得测量结果包含噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，冇必耍对测量点云进行平滑滤波，通常采用高斯、平均或屮值滤波。对于测量的高密度点云，其中常存在大量的兀余数据，会影响后期建模的

7、光滑度，并影响加工质量，针对不同类型的点云采用不同的精减方法，主要有随机采样法、等间距缩减、倍率缩减、等量缩减、弦偏差等方法。最后，通过采用等分布密度和最小包围区域法进行数据缩减，使点云形成网格化。（3）特征抽取对分块后的点云数据，构造出能刻划曲面形状的空间曲线，根据曲率变化，寻找点云中的边界、尖角、棱边、孔等突变特征，再投影到点云,求出给定空间范围内的数据点，选取一定方式（插值或者拟合）建立边界线、特征线、截面线，根据这些已建立的大量曲线建立曲面的特征网格模型，形成模型框架。（4）曲面重构在反求工程屮，产品表面往往是由多张曲面经过延伸、过

8、渡、裁剪等混合而成的，而不是由一张曲面构成，且而型而数据散乱，曲而对彖边界和形状有时很复杂。因而必须将测量数据进行分块，然后对各数据分别构造曲面模型。产用的曲面构造方案主要有2种