逆向工程及其关键技术

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1、逆向工程及其关键技术院（系）材料科学与工程专业材料加工工程学生学号2010年5月15日逆向工程及其关键技术摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析1引言在计算机技术飞速发展的今天,三

2、维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。2逆向工程的系统及其关键技术2.1逆向工程的概念逆向工程[4](ReverseEngineering)也称反求

3、工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程。反求工程的设计流程如图1所示[5]。2.2逆向工程的数字化方法与技术逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来,然后再以取得

4、的各点数据做曲面处理及加工成型。欲建立一套完整的反求工程系统,需要有下列配备[6]:①测量探头有接触式(触发探头、扫描探头)和非接触式(激光位移探头、激光干涉仪探头、线结构光及CCD扫描探头、面结构光及CCD扫描探头)两种;②测量机有三维坐标测量机、多轴专用机、多轴关节机械臂及激光追踪站等;③点群数据处理软件,进行噪声滤除、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面修改、内插值补点等;④CAD/CAM软件,一般PC级或工作站级CAD/CAM;⑤CNC工具机,执行原型制作或模具制作。具体工作过程如图2所示实物零件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐

5、标数据[7]。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、改进和制造。因而，如何高效、高精度地实现样件表面的数据采集，一直是逆向工程的主要研究内容之一。一般来说，三维表面数据采集方法可分为接触式数据采集和非接触式数据采集两大类，接触式有基于力-变形原理的触发式和连续扫描式数据采集，基于磁场、超声波的数据采集等[8]。而非接触式主要由激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像分析法等，另外，随着工业CT技术的发展，断层扫描技术也在逆向工程中取得了应用[9]。2.2.1接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括使用基于力触发原理的触发式数据采

6、集和连续扫描数据采集、磁场法、超声波法等[10]。(1)触发式数据采集方法触发式数据采集采用触发探头，当探头的探针接触到样件的表面时，由于探针尖受力变形触发采样中的开关，这样通过数据采集系统记下探针尖(测球中心点)的当时坐标，逐点移动，就能采集到样件表面轮廓的坐标数据。在触发式数据采集过程中，由于探针必须偏移一个固定数值才会触发开关，而且一旦接触到样件的表面后，探针需要法向退出以避免过量而折断，因此数据采集速度较低。(2)连续式数据采集方法连续式数据采集采用模拟量开关采样头，由于数据采集过程是连续进行的，速度比点接触触发式采样头快许多倍，采样精度也较高。此外，由于

7、接触力较小，允许用小直径的探针去扫描具有细微部分或由较软材料制造的模型。由于采样速度快，连续式数据采集可以用来采集大规模的数据。(3)磁场法该方法将被测物体置于被磁场包围的工作台上，手持触针在物体表面上运动，通过触针上的传感器感知磁场的变化来检测触针位置，实现对样件表面的数字化，其优点是不需要像坐标测量机一类的设备，但不适宜于导磁的样件。2.2.2非接触式数据采集方法非接触式数据采集方法主要运用光学原理进行数据的采样，它有激光三角法、激光测距法(LaserTriangulationMethods)、结构光法(StructuredMethods)以及图像分析法(Im

8、ageAn