逆向工程毕业设计开题报告

毕业论文开题报告题目某典型零件的逆向工程与注塑模设计学生姓名学号所在院(系)专业班级指导教师2013年3月5日题目某典型零件的逆向工程与注塑模设计一、选题的目的及研究意义：逆向工程(reverseengineering,RE),又称为反求工程或反求设计，与传统工程的设计过程完全不同。他是从实物样本的获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM系统中一个研究应用热点，并发展成为一个相对独立的技术领域。早在1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果，直到20世纪90年代中期，逆向工程才在我国得到了迅速的发展与推广。1、选题目的：随着国民经济的飞速发展，传统的产品开发模式以不能满足经济社会的市场的需求。传统的产品开发过程遵循正向工程（或正向设计）的思维，从市场需求信息着手，按照“产品功能描述（产品规格及预期目标）-产品概念设计-产品总体设计及详细的零部件设计-制定生产工艺流程-设计、制造工夹具、模具等工装-零部件加工及装配-产品检验及性能测试”这样的步骤开展工作，是从未知到已知、从抽象到具体的过程。我国是一个制造大国但不是一个制造强国，沿海很多中小型企业都是为外国大企业进行贴牌生产，没有自己的产品。这样很难适应如今的国际经济形势。所以国家提出技术创新，要有自己的设计、创新的产品，并且要不断地推陈出新。采用逆向工程技术，可以直接在国内外已有的先进产品基础上进行性能分析、设计模型反求、在设计优化制造。这次注塑模具设计不是通过常规的方法设计，而是基于先进的制造技术逆向工程，一个“从有到无”的过程，为模具技术的迅速发展起着至关重要的作用。这样，不仅可以更好地消化和吸收国外先进技术，赶超发达国家，扩大在世界经济市场的占有份额，而且可以打破西方国家对我国进行的技术封锁，从而研制出更先进的产品，以提高我国的综合国力。2、研究意义：逆向工程是制造业实现快速产品创新设计的重要途径，实物原型的再现仅仅是逆向工程的初步阶段，在此基础上进行的基于原型的再设计、再分析、再提高，从而实现重大改型的创新设计，才是逆向工程的真正价值和意义所在。逆向工程技术在模具行业中的应用从逆向工程的概念和技术特点可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具和家电等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具并反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是以生产各种汽车、玩具配套件的地区、企业有着十分广阔的应用前景。因此,逆向工程技术的应用对我国企业缩短与发达国家的差距具有特别重要的意义。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等1.逆向工程技术研究现状早在20世纪80年代，日本名古屋工业研究所和美国UVP公司、美国3M公司提出了逆向工程技术(RE)并开始研制开发。一些重要的国际和国内学术会议都将逆向工程及相关技术作为一个重要学术议题。逆向工程技术是新产品开发和消化吸收先进技术的重要手段之一。因此，各国成立逆向工程技术系统研究中心，同时相应的设备制造公司也在各国建成，政府还发展和支持大规模的材料供应商和相应的专业软件公司，再加上从事这些项目众多的教育、科研机构和提供赞助的基金会以及大量快速成型设备的制造者。这就形成一个强大的集体。这对逆向工程技术发展、应用创造了很好的发展空间。在英国，测量设备CYCLON2高速扫描仪的精准度达0.02mm并可进行精细扫描；而德国的ATOS扫描仪则可随意绕零件移动，非常灵活；日本的PIX-30网点式扫描仪更具高速、功能复合化的特点。在数据软件的处理方面，各国的软件应用水平在不断提高，处理手段也在不断丰富，软件操作趋于简单化，可以根据测量数据快速构造出多张连续曲面模型，并具有较精准的误差检测功能。另外，在CAD／CAM软件开发上，开始集成逆向工程模块。如：UGNX5中的PointCloud、Pr-e软件中的Pro／SCAN功能。我国对逆向工程的研究和国外比起来起步较晚，经费投入也较少，创新性的研究也很少。直到20世纪90年代中期。逆向工程才在我国得到了迅速的发展与推广。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。国内在逆向工程软件方面的研究主要集中在高校，产品主要是高华CAD、Re-sofe和QuickForm等。其中QuickForm是国内开发的较好的逆向工程软件。随着逆向工程快速发展，我国在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上也有很大进步。我国在数据测量方面发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；在数据的预处理方面，针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法；能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；在测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等集成技术也日渐突破。2.逆向工程技术的发展趋势逆向工程的研究已经日益引人注目，在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。但是在实际应用当中，整个过程仍需要大量的人机交互工作，操纵者的经验和素质直接影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证，下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面：1)数据测量方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何外形的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；2)数据的预处理方面：针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法；3)曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；4)集成技术：发展包括丈量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术3.逆向工程技术研究方法逆向工程由3大模块组成：数据测量、数据处理和曲面建模，3大模块构成逆向工程的整个过程。1)数据测量的方法分为接触测量方法和非接触测量方法，其中，接触式测量方法又分为触发式和连续式。非接触式测量方法分为光学式测量和非光学式测量方法。其中，光学式测量方法包括三角形法，结构光法，计算机视觉法和激光干涉法。2)数据处理：处理所获得三维数据，使其符合后续操作的要求。其中数据处理的工作主要分为：数据预处理、数据分块、数据光顺和数据优化等4个方面。3)曲面建模是整个逆向工程过程中最复杂的处理环节，目前比较常用的重建建模方法有曲线拟合造型方法，曲面片直接拟合造型方法和点数据网络化实体模型造型方法。4逆向工程技术的应用领域随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。逆向技术已经成为新产品开发设计过程中各种先进技术不可缺的一部分，在新产品开发设计中居于核心的地位。广泛用于玩具、汽车、通信电器、模具等产品的开发设计与创新设计中，成为消化、吸收先进技术，实现新产品新产品开发生产不可缺少的手段。同时结合CAD/CAM/CAPP/RP(快速成型)是当前产品设计研发的全新技术之一。涵盖的产业有：汽车摩托业、电子通讯业、玩具业、模具业、家电业、运动器材业、五金业等。制造的产品有汽车模具外覆盖件、手机外壳、耳机、玩具、文化用品等。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲逆向工程技术以其独有的特点已广泛应用于新产品的开发、模具的设计、旧零件的还原等许多方面。但目前来说还存在着较大的局限性。在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低；点云数据的处理方面功能弱；建模过程主要依靠人工干预，设计精度不够高；集成化程度低等。以下是本课题将要解决的主要问题：1）实物或产品的三维数据测量。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用3D扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。2）测量数据的预处理。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法一般可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。3）曲面造型修饰及实体造型的重构。将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的CAD模型。4）重建CAD模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往存在一些数字误差，所以需要对曲面或曲线进行光顺处理，提高曲面质量。另外还要检验重建的CAD模型是否满足精度或其他实验性能指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件的设计要求5）完成该塑料零件的注塑模的设计。利用塑料模具设计模块软件进行注塑模具设计。本课题采用的研究方法：PRO/Engineer逆向设计主要着重于航空航天，机械制造和汽车工业。用PRO/E来进行逆向工程，主要的原理和过程：1)物体数据化：普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。2)分析物体的几何特征：依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。3)构建物体三维模型：利用PRO/E软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。4)检验修正三维模型。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明[1]祖文明.逆向工程技术的应用及国内外研究的现状及发展趋势[J].价值工程.2011.[2]尚广庆等.基于逆向工程的注塑模具快速设计[J].机械设计与制造.2011.10[3]陈雪芳等主编.逆向工程与快速成型技术应用[M]北京：机械工业出版社.2009.[4]刘晓宇编著.Pro/ENGINEER逆向工程设计完全解析[M].北京：中国铁道出版社.2010.[5]叶久新等.塑料成型工艺及模具设计[M].机械工业出版社.2007.1.[6]刘德平，陈建军.逆向工程关键技术研究[M].机械制造，2005，（6）.[7]刘志军.基于三坐标测量机的点云数据测量规划研究[J].黑龙江科技信息，2008，（20）.[8]袁平.逆向工程技术研究与工程应用[J].昆明理工大学，2002.[9]刘伟军，孙玉文.逆向工程（原理方法及应用）[M].北京：机械工业出版社，2009.[10]赵萍，李景阳.逆向工程中数字化测量方法及其应用[J].机械设计与制造，2009，（02）.[11]李江熊，柯映林，程耀东.基于实物的发展曲面产品反求工程中的CAD建模技术[J].中国机械工程，1999,10（4）：390-393.[12]李中海.反求工程中拟合曲面连续性的研究.沈阳工业大学硕士学位论文，2005.[13]林峰，巫少龙，周建强.逆向工程及其关键技术[J].CAD/CAM与工业信息化，2003（9）：32-34.[14]叶久新等.塑料成型工艺及模具设计[M].机械工业出版社.2007.1.[15]H.-C.Kim,S.-M.HurandS.-H.Lee,SegmentationoftheMeasuredPointDatainReverseEngineering[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2002,20:571–580.五、毕业论文进程安排1.开题报告撰写（2013.1.8-3013.3.15）2.实物