开题报告基于PROE的复杂曲面模型的逆向工程与制造

毕业论文﹙设计﹚开题报告题目基于PROE的复杂曲面模型的逆向工程与制造学生姓名学号所在院(系)专业班级指导教师200年月日1题目基于PROE的复杂曲面模型的逆向工程与制造一、选题的目的及研究意义逆向工程始于20世纪80年代初期，美国3M公司、UVP公司以及日本名古屋工业研究所等开始的对逆向工程技术和设备的研究开发。到目前美国在国内已经建立了集测量、设计、快速成型、数控加工于一体的逆向工程中心，在英国、德国、法国、日本、韩国、台湾等许多国家和地区已有商品化的逆向工程设备和系统软件相机投入使用。而我国对逆向工程技术的研究起步较晚，主要局限于一些大学和科研院所，并严重滞后生产实际，与国外如火如荼的研究热相比明显相形见绌。在生产制造业中，传统的从设计到制造、产品从无到有的生产工程已不再是必由之路。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。逆向工程技术为产品的改进设计提供了方便、快捷的工具，它借助于先进的技术开发手段，在已有产品基础上设计新产品，缩短开发周期，可以使企业适应小批量、多品种的生产要求，从而使企业在激烈的市场竞争中处于有利的地位。随着科学技术的高速发展，科技成果的应用已成为推动生产力发展和社会进步的重要手段，而市场全球化使国家、企业面临的竞争日趋激烈，如何更快、更好的发展科技和经济，世界各国都在研究对策：充分利用别国的科技成就加以消化吸收与创新，进而发展自己的技术，已成为世界各国普遍运用的方法和手段。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。快速成型技术(简称RP)是20世纪末发展起来的一项先进制造技术,是在现代CAD/CAM、激光、CNC、精密伺服驱动以及新材料等技术的基础上集成发展起来的。快速成型根据计算机上构造的三维模型,能在很短时间内直接制造出产品样品,是制造业企业新产品开发服务的一项重要技术。逆向工程与快速成型制造技术相结合将从根本上改变传统产品的开发设计和制造模式。解决了一些复杂形体的三维建模和难以加工出实物模型等问题,实现了产品的快速复制。在目前制造策略以市场响应速度为第一方针的状况下,极大缩短了市场开发周期,降低了开发成本,明显提高企业的竞争力。2二、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逆向工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合，其目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济发展中，应用逆向工程吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。逆向工程的研究正受到各国工业和学术界的高度重视，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讨论作为一个重要的会议专题。从文献和会议的情况来看，国内外已形成了一批长期从事逆向工程研究的单位和个人，发表的文章也逐年递增，其研究方向已成为CAGD（计算机几何设计）、CAD、CAM等的一个相对独立和活跃的研究分支。逆向工程技术时新产品开发和消化吸收先进技术的重要手段之一。采用逆向工程有利于设计人员快速消化、吸收原产品的优点，在原产品的基础上进行各种创新设计，设计出适合市场的产品，从而增强企业竞争力。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。测量设备方面：日本、英国、德国等国家的三坐标测量机和三维扫描仪应用广泛。数据处理软件方面：逆向工程软件主要作用是接受测量设备的数据。通过一系列操作得到品质优秀的曲线、曲面。并通过标准数据格式将曲线、曲面数据传输给CAD/CAM软件，再完成最终的造型。逆向工程技术在国内研究现状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。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；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。逆向工程主要是为了改善技术水平、提高生产率和增强经济竞争力，已经被世界各国应用于各个行业中来消化吸收先进技术和经验，随着计算机、数控和测量技术的飞速发展，逆向工程技术在许多领域中得到广泛应用，具体表现在以下几个方面。31)在飞机、汽车、家用电器等产品开发中，产品的空气动力性能和美学设计显得特别重要，由于设计师习惯于依赖实物模型，而不是依赖于高分辨率2D屏幕上的缩比模型阴影图像对产品设计进行评估，产品几何外形通常不是应用CAD软件直接设计的，而是首先制造木质或黏土全尺寸模型或比例模型，然后再利用逆向工程技术重建CAD模型。因此，逆向工程技术在此类产品的快速开发中显得举足轻重。2)由于工艺、美观、使用效果等反面的原因，人们经常要对已有的构件做局部修改。在原始设计没有三维CAD模型的情况下，若能将实物零件通过数据测量与处理，产生于实际符合的CAD模型，对CAD模型进行修改后在进行加工，将显著提高生产效率。因此，逆向工程在改型设计方面可以发挥正向设计不可替代的作用。3)在缺乏二维设计图样或者原始设计参数情况下，需要将实物零件转化为计算机表达的CAD模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析、计算机辅助制造等先进技术，并进行产品的创新设计。4)某些大型设备，如航空发动机、汽轮机组等，经常因为某一零部件的损坏而停止运行，通过逆向工程手段，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率和使用寿命。5)一些特殊领域，如艺术品、考古文物的复制，医学领域中人体骨骼、关节等的复制和假肢制造，特种服装、头盔的制造，需要首先建立人体的几何模型，在这些情况下都必须从实物模型出发得到CAD模型。借助工业CT技术，逆向工程不仅可以产生物体的外部形状，而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷，从而成为工业产品无损检测的重要手段。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回顾国内外在逆向工程方面的研究现状，存在的问题还很多。有关“点云”数据造型问题的理论研究还不系统全面，针对“点云”数据处理和曲面造型的方法需要改进或提高其可操作性；已有商业CAD系统不能接受这类“点云”或本身功能不全面，难以顺利解决复杂曲面重构问题。以下是本课题将要解决的主要问题：1)零件原形的数字化：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)提取零件的几何特征，按测量数据的几何属性对其进行划分。3)零件CAD模型的重建，将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型拟合，并通过各表面片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。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。技术路线：模型曲面分析——确定扫描方案——进行实体点云扫描——进行点云数据处理——建立需要的曲线——建立曲面——进行实体建模-快速成型4写作提纲：引言一、概述1．1逆向工程原理1．2逆向工程特点1．3逆向建模的一般流程图1．4逆向工程的应用领域1．5Pro/E、Imageware等软件介绍二、逆向工程一般步骤2．1实体三维数据的获得——扫描2．2点云处理2．3曲面重构2．4实体建模2．5快速制造三、逆向工程软硬件设备3．1扫描设备3．2点云曲面处理软件3．3实体建模软件3．4快速成型设备四、建立曲面模型具体步骤4．1复杂曲面模型外形逆向开发的流程4．2模型分析4．3扫描4．4点云数据清理4．5曲面造型4.5.1．建立表面4.5.2．曲面裁剪4.5.3．曲面连续性处理4.5.4．误差分析4.5.5．数据精简4.5.6．数据转化导出通用格式4．6实体造型1．数据导入2．曲面缝合及模型实体化五、快速成型制造六、结论5四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明[1]王霄，刘会霞，梁佳洪.逆向工程技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2004.[2]李永青.基于散乱点的B样条曲面重构和技术研究[D].杭州：浙江大学，2002.[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]柯映林等.反求工程CAD建模理论、方法和系统[M].北京：机械工业出版社，2005.[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]邹建军，赖朝安，王卫平.基于逆向工程与快速成型的简体设计和制造[J].制造业自动化，2008（11）：76-78.[12]李志国，祁文君，孙文磊等.逆向工程与快速成型一体化在现代产品设计中的应用[J].机床与液压，2007（12):52-55.[13]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.[14]田晓东，史桂蓉，阮雪榆.复杂曲面实物的逆向工程及其关键技术[J].机械设计与制造工程，2000,29（4）：1