逆向工程技術(shù)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(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　逆向工程技術(shù)論文篇一

　　逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用

　　摘要：通過分析和研究逆向工程技術(shù)，提出了其關(guān)鍵技術(shù)為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)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(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其能提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

　　關(guān)鍵詞：逆向工程數(shù)據(jù)采集曲面重構(gòu)點(diǎn)云

　　0引言

　　在21世紀(jì)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(gè)公司生存發(fā)展的關(guān)鍵。但由于很多原因我們只能得到簡單的實(shí)物模型，無法得到圖紙和相關(guān)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(shù)和模具的制造。從而就急需一種能通過先進(jìn)技術(shù)對實(shí)體進(jìn)行處理進(jìn)而將樣品制造出來的技術(shù)，而逆向工程正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)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(gè)實(shí)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(biāo)，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(shè)備，從而制造相應(yīng)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(jìn)行解剖、深化和再設(shè)計(jì)，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的過程。反向工程分為下面三類：

　?、賹?shí)物反向：它是已經(jīng)有了實(shí)物，經(jīng)過測量和相關(guān)分析進(jìn)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(biāo)可以是一個(gè)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(shè)計(jì)書、產(chǎn)品的圖紙和使用手冊、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證文件等都叫做技術(shù)軟件。它分為以下三類：有實(shí)物和全套技術(shù)軟件的;只有全套技術(shù)軟件的;只有實(shí)物的。

　?、塾跋穹聪?這種逆向沒有技術(shù)軟件也沒有相關(guān)的實(shí)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(shè)計(jì)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(guān)鍵技術(shù)

　　逆向工程主要有數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、數(shù)據(jù)分割、曲面重構(gòu)和CAD模型的建立等關(guān)鍵技術(shù)。

　　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(shè)備和特殊的采集方法測得產(chǎn)品輪廓的坐標(biāo)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(biāo)掃描儀器中，從而得到掃描點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過計(jì)算機(jī)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(xué)計(jì)算得出其外形、位置公差及其它相關(guān)的幾何量數(shù)據(jù)。現(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(biāo)丈量機(jī)，測量時(shí)可通過實(shí)物的特征和測量的要求選擇測頭和方向，確定測量點(diǎn)數(shù)和它的分布，進(jìn)而確定測量的路徑，有時(shí)要進(jìn)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(jìn)行測頭補(bǔ)償，數(shù)據(jù)量很小，不可能真正的反映實(shí)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(xué)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(diǎn)，可以避免因?yàn)榻佑|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(jī)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(shí)輪廓。

　　2.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理

　　因?yàn)闇y量設(shè)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(yù)處理能夠降低甚至消除誤差對后面建模的影響。預(yù)處理包括：去除誤差的點(diǎn)、精簡數(shù)據(jù)、多視點(diǎn)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(diǎn)

　　誤差點(diǎn)又叫失真點(diǎn)，它是由于測量設(shè)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(huì)產(chǎn)生操作誤差，所以數(shù)據(jù)預(yù)處理關(guān)鍵是找出潛在的誤差點(diǎn)。在相同的一個(gè)截面掃描中，若一點(diǎn)和它鄰近的偏差較大，我們就把這個(gè)點(diǎn)認(rèn)為是一個(gè)誤差點(diǎn)。判別誤差點(diǎn)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(diǎn)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(huì)浪費(fèi)很多無效的運(yùn)算開支進(jìn)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(diǎn)云和壓縮冗余的數(shù)據(jù)。

　　2.2.3 點(diǎn)云對齊

　　在反向工程中，有時(shí)要測的產(chǎn)品尺寸會(huì)大于設(shè)備測量范圍，所以要從多個(gè)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(shí)物從不同角度裝夾測量來獲取實(shí)物的表面數(shù)據(jù)。因?yàn)槊看螠y量的點(diǎn)集是在不同的坐標(biāo)系下測得，因此必須進(jìn)行數(shù)據(jù)對齊處理使各個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)一，我們把這叫做多視點(diǎn)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(diǎn)，再用這些點(diǎn)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(gè)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(jìn)而分別擬合單個(gè)去面片最后用過曲面相交、裁剪、倒圓等方法從而把多個(gè)子曲面縫合成一個(gè)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(fù)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(chǔ)在用測量的點(diǎn)坐標(biāo)擬合出曲面的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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。基于曲線的曲面重建是應(yīng)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(diǎn)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(gè)曲面使之在某一條件下最接近測量點(diǎn)數(shù)據(jù)，而曲面插值是構(gòu)建一個(gè)順序通過測量點(diǎn)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(yīng)用

　　在設(shè)計(jì)需要通過實(shí)驗(yàn)才能定型的產(chǎn)品模型時(shí)，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(lǐng)域，經(jīng)常要通過風(fēng)洞等實(shí)驗(yàn)來建立符合空氣動(dòng)力學(xué)等的要求產(chǎn)品模型。然而這類產(chǎn)品大多是由復(fù)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(fù)的修改原始的設(shè)計(jì)模具型面。把實(shí)物產(chǎn)品經(jīng)過數(shù)據(jù)測量和處理使之產(chǎn)生和實(shí)際相符合的產(chǎn)品數(shù)字化模型，把模型進(jìn)行修改后再進(jìn)行加工這會(huì)大大的提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。所以逆向工程對于改型設(shè)計(jì)方面可發(fā)揮著正向設(shè)計(jì)不可替代的作用。逆向工程在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，可以對人體外形測量，進(jìn)行人體關(guān)節(jié)復(fù)制和制造假肢等功能。也可用于修復(fù)或者復(fù)制壞損的藝術(shù)品、文物、或者缺乏供應(yīng)的損壞零部件等。

　　4 結(jié)論

　　逆向工程是一種整合實(shí)用性、開拓性以及綜合性于一體的技術(shù)，通過逆向工程對產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅能大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shù)一定將發(fā)揮著廣泛和不可替代的作用。

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