逆向工程技術論文
逆向工程技術論文
逆向工程又叫反求工程或反向工程，下面是小編為大家精心推薦的逆向工程技術論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
逆向工程技術論文篇一
逆向工程技術及其應用
摘要：通過分析和研究逆向工程技術，提出了其關鍵技術為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)分割、曲面重構(gòu)和CAD模型建模，分析了逆向工程技術在產(chǎn)品設計中的應用，其能提高產(chǎn)品設計的準確性，大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。
關鍵詞：逆向工程數(shù)據(jù)采集曲面重構(gòu)點云
0引言
在21世紀的今天，市場的產(chǎn)品變化很快，能不能很快制造出符合市場需要的商品是一個公司生存發(fā)展的關鍵。但由于很多原因我們只能得到簡單的實物模型，無法得到圖紙和相關的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此就沒有辦法得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)尺寸，從而把極大地困難帶給后續(xù)的制造技術和模具的制造。從而就急需一種能通過先進技術對實體進行處理進而將樣品制造出來的技術，而逆向工程正是在這種背景下應運而生。
1逆向工程概述
逆向工程又叫反求工程或反向工程，它是根據(jù)一個實物產(chǎn)品，通過三維數(shù)字化掃描儀精確快速的測量事物的輪廓坐標，再通過三維CAD曲面重建并修改后傳遞給一般地CAD/CAM系統(tǒng)，再通過CAM編出刀具的程序傳給CNC加工設備，從而制造相應的模具。單地說，逆向工程就是根據(jù)已存在的產(chǎn)品樣件模型，進行解剖、深化和再設計，反向推出產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)的過程。反向工程分為下面三類：
?、賹嵨锓聪颍核且呀?jīng)有了實物，經(jīng)過測量和相關分析進而再生產(chǎn)。它有性能逆向、功能逆向、結(jié)構(gòu)、材料等各方面的反向。而且這種反向的目標可以是一個整體可以是一部件也可以是一組件。
?、谲浖聪颍何覀儼旬a(chǎn)品的樣本和設計書、產(chǎn)品的圖紙和使用手冊、相關的標準和質(zhì)量保證文件等都叫做技術軟件。它分為以下三類：有實物和全套技術軟件的;只有全套技術軟件的;只有實物的。
?、塾跋穹聪?這種逆向沒有技術軟件也沒有相關的實物，我們只能獲得產(chǎn)品的一些廣告圖片和一些參觀視頻等，產(chǎn)品的研發(fā)人員只能根據(jù)這些資料去設計和構(gòu)思產(chǎn)品，我們把這種反向叫做影像反向。
2逆向工程中的關鍵技術
逆向工程主要有數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的預處理、數(shù)據(jù)分割、曲面重構(gòu)和CAD模型的建立等關鍵技術。
2.1 數(shù)據(jù)的采集
數(shù)據(jù)的采集首先是采用特殊的采集設備和特殊的采集方法測得產(chǎn)品輪廓的坐標數(shù)據(jù)，再把產(chǎn)品幾何外形數(shù)字化。它的基本原理是:把要測量的產(chǎn)品放在三維坐標掃描儀器中，從而得到掃描點的坐標數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些坐標數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)的處理，擬合形成采集元素，如圓、圓柱、圓錐、球、曲面等，經(jīng)過數(shù)學計算得出其外形、位置公差及其它相關的幾何量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)的采集方法主要有兩種:
2.1.1 接觸式數(shù)據(jù)采集：它包括觸發(fā)式的數(shù)據(jù)采集、連續(xù)掃描式的數(shù)據(jù)采集、超聲波法、磁場法等。接觸式的數(shù)據(jù)采集經(jīng)常三坐通過三坐標丈量機，測量時可通過實物的特征和測量的要求選擇測頭和方向，確定測量點數(shù)和它的分布，進而確定測量的路徑，有時要進行碰撞的檢查。接觸式測量的測頭與零件表面接觸，測量速度很慢，測量后還要進行測頭補償，數(shù)據(jù)量很小，不可能真正的反映實體外形。
2.1.2 非接觸式數(shù)據(jù)采集：這種采集方法主要依據(jù)光學原理，它包括結(jié)構(gòu)光法、激光三角形法、圖像分析法等。非接觸式數(shù)據(jù)的采集具有精度高和速度快的優(yōu)點，可以避免因為接觸壓力以及測量摩擦力而產(chǎn)生的誤差。而且測頭產(chǎn)生的光斑也可以做得很小，可以探測到一般機械測頭很難測量的部位，最大限度地體現(xiàn)被測量表面的真實輪廓。
2.2 數(shù)據(jù)的預處理
因為測量設備的缺陷、測量的方法和零件的表面質(zhì)量的影響，使得測量結(jié)果含有誤差，特別對于邊界和尖銳邊的數(shù)據(jù)測量。對原始數(shù)據(jù)預處理能夠降低甚至消除誤差對后面建模的影響。預處理包括：去除誤差的點、精簡數(shù)據(jù)、多視點云對齊、提取特征以及數(shù)據(jù)的分塊等。
2.2.1 去除誤差點
誤差點又叫失真點，它是由于測量設備的參數(shù)改變或者環(huán)境變化而造成的。若是人工測量會產(chǎn)生操作誤差，所以數(shù)據(jù)預處理關鍵是找出潛在的誤差點。在相同的一個截面掃描中，若一點和它鄰近的偏差較大，我們就把這個點認為是一個誤差點。判別誤差點方法有：直觀檢查法、角度判斷法、曲線檢測法等。
2.2.2 數(shù)據(jù)的精簡
通過測量儀器獲得的數(shù)據(jù)點云非常密集，含有很多的冗余數(shù)據(jù)，不可能直接用來構(gòu)造曲面。而且冗余的數(shù)據(jù)會浪費很多無效的運算開支進而大大降低幾何建模速度。精簡數(shù)據(jù)就是刪減原始的點云和壓縮冗余的數(shù)據(jù)。
2.2.3 點云對齊
在反向工程中，有時要測的產(chǎn)品尺寸會大于設備測量范圍，所以要從多個視角測量來獲取產(chǎn)品表面的全部數(shù)據(jù)。多視角測量就是把實物從不同角度裝夾測量來獲取實物的表面數(shù)據(jù)。因為每次測量的點集是在不同的坐標系下測得，因此必須進行數(shù)據(jù)對齊處理使各個坐標系統(tǒng)一，我們把這叫做多視點云對齊。
2.2.4 特征提取與數(shù)據(jù)的分塊
特征的提取最重要的是在測量數(shù)據(jù)中篩選出便于生成特征曲線和特征曲面的點，再用這些點去生成特征線和面。而數(shù)據(jù)的分塊是根據(jù)構(gòu)成產(chǎn)品外形曲面的子曲面類型，再把屬于同一個子曲面類型的數(shù)據(jù)分成一組。再把全部的數(shù)據(jù)分成不同曲面類型的數(shù)據(jù)區(qū)域，進而分別擬合單個去面片最后用過曲面相交、裁剪、倒圓等方法從而把多個子曲面縫合成一個整體。
2.3 曲面的重構(gòu)
曲面重構(gòu)是根據(jù)數(shù)據(jù)采集的信息來恢復原始曲面幾何模型，它是反向工程的重要階段。根據(jù)曲面重構(gòu)的不同方法，它可分為：
2.3.1 基于曲線的曲面重建
這種方法的原理是以數(shù)據(jù)分割為基礎在用測量的點坐標擬合出曲面的網(wǎng)絡樣條曲線，繼而通過CAD/CAM系統(tǒng)提供的混合、放樣、掃掠等功能進行重建曲面模型，在使用求交、過渡、剪裁等方法把各光滑子曲面拼接成一整體曲面?；谇€的曲面重建是應用網(wǎng)格曲線來構(gòu)造曲面，是規(guī)則形狀產(chǎn)品的一種有效模型重構(gòu)方法。
2.3.2 基于測量點的直接擬合
這種方法的原理是直接重構(gòu)符合測量的擬合或插值曲面。它分為曲面逼近和曲面插值，其中曲面逼近是構(gòu)建一個曲面使之在某一條件下最接近測量點數(shù)據(jù)，而曲面插值是構(gòu)建一個順序通過測量點集的曲面。這種方法可分為基于三邊域的曲面重建和基于四邊域的參數(shù)曲面重建。
3 逆向工程應用
在設計需要通過實驗才能定型的產(chǎn)品模型時，我們就經(jīng)常使用逆向工程的手段。比如在汽車、航空、航天等領域，經(jīng)常要通過風洞等實驗來建立符合空氣動力學等的要求產(chǎn)品模型。然而這類產(chǎn)品大多是由復雜的曲面拼接而成。我們借助反向工程可把產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成三維CAD模型和模具。而往往在模具行業(yè)中，通常需要反復的修改原始的設計模具型面。把實物產(chǎn)品經(jīng)過數(shù)據(jù)測量和處理使之產(chǎn)生和實際相符合的產(chǎn)品數(shù)字化模型，把模型進行修改后再進行加工這會大大的提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。所以逆向工程對于改型設計方面可發(fā)揮著正向設計不可替代的作用。逆向工程在醫(yī)學領域中，可以對人體外形測量，進行人體關節(jié)復制和制造假肢等功能。也可用于修復或者復制壞損的藝術品、文物、或者缺乏供應的損壞零部件等。
4 結(jié)論
逆向工程是一種整合實用性、開拓性以及綜合性于一體的技術，通過逆向工程對產(chǎn)品設計不僅能大大提高產(chǎn)品設計精確性而且能大大縮小產(chǎn)品開發(fā)的周期。伴隨著各種行業(yè)對快速創(chuàng)新產(chǎn)品的急需，逆向工程技術一定將發(fā)揮著廣泛和不可替代的作用。
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