反求工程论文

反求工程在快速成型技术中的应用姓名：孔敏班级：材硕1407班学号：M201470922摘要摘要:阐述了反求工程与快速成型技术的基本概念,分析了反求工程中数据处理的主要内容,总结了反求工程和快速成型技术的关键技术及一体化的特点,并通过实例说明了逆向工程在快速成型中应用,证实了该方法的有用性和可靠性。最后展望了其应用前景。关键词:反求工程;快速成型;数据处理;应用AbstractAbstract:Thebasicconceptofreverseengineeringandrapidprototypingiselaborated.Thedataprocessinginreverseengineeringisanalyzed.Thekeytechnologyandtheintegrationcharacteristicsissummarized.Anexampleofapplicationofreverseengineeringinrapidprototypingisintroduced.Themethodisusefulandreliable.Intheend,itsprospectofapplicationisillustrated.Keywords:reverseengineering;rapidprototyping;dataprocessing;application目录1RE的基本概念及测量原理......................................................................................11.1RE的基本概念.......................................................................................................11.2激光三角法测量原理............................................................................................12反求工程技术...........................................................................................................23反求工程数据处理的主要内容...............................................................................33.1数据处理................................................................................................................33.2反求工程与快速成型的数据交换........................................................................34反求工程与快速成型一体化...................................................................................44.1三维数据采集........................................................................................................44.2三维模型重构和关键技术....................................................................................44.2.1三维模型重构.............................................................................................44.2.2关键技术.....................................................................................................44.3一体化应具备的特点............................................................................................55国内外反求工程技术的研究应用现状...................................................................66反求工程应用实例.................................................................................................77RE技术研究的发展趋势..........................................................................................8结束语............................................................................................................................9参考文献......................................................................................................................1011RE的基本概念及测量原理1.1RE的基本概念RE是指根据现有的样本，利用三维数字化测量设备准确、快速地获取其轮廓坐标，经CAD的三维曲面编辑和重构后，输入到CAD/CAM系统，再由CAM产生刀具的NC加工程序代码送至数控加工设备（CNC）加工设备制作所需的模具，或者送到快速成型机将样品制作出来的过程。1.2激光三角法测量原理RE测量方法主要有接触式测量法、非接触式测量法和逐层扫描法。非接触式测量法又分为极线约束法、投影光栅法和激光三角形法等，本文以当前比较流行的三角测量法为例进行介绍。应用三角原理进行测量的硬件系统主要由图像采集卡、连接线（电缆）、线激光发生器电源、CCD摄像头和微型计算机等组成。为了提高测量精度，减少测量时产生的盲区，应将两个参数相同的CCD摄像机对称放置。三角测量法通过基准平面、物距、像距及像点等之间的对应关系，计算目标的Z坐标值，如图1所示。激光器图1激光三角测量原理图22反求工程技术反求工程技术(ReverseEngineering,RE)又称逆向工程技术,是以产品及设备的实物、软件(图样、程序及技术文件)或影像(图片、照片)等作为研究对象,反求出初始的设计意图。简单说,反求就是对存在的实物模型或零件进行测量并根据测量数据重构出实物的CAD模型,进而对实物进行分析、修改、检验和制造的过程[1]。这里所指的反求是实物反求。反求工程是快速成型制造的重要数据来源之一,将反求工程与快速成型技术相结合,能够在已有样件或原型的基础上进行复仿制,进行迅速评价、修改和产品的创新再设计,并自动快速地将设计转化为具有相应结构和功能的原型产品或直接制造出零部件,缩短新产品的设计和研制周期,降低新产品的研制成本和风险,从而快速响应市场需求,提高企业竞争力[2]。作为一种处理难以用CAD设计的零件模型以及表面形状极不规则的产品模型的最有利的土具,可以实现零件的快速三维复制、CAD建模和快速制造。它与快速成型的结合形成了一个设计、制造、检测的快速设计制造闭合系统。本文主要讨论反求工程和快速成型的一些技术,并举出实例。33反求工程数据处理的主要内容3.1数据处理构造CAD几何模型前,反求工程大致分三个阶段:首先对已有三维实体模型进行数据采集(又称零件数字化),生成数据“点云”;然后对数据“点云”进行滤波去噪处理,去除点云数据中的“坏点”;最后通过曲面构造技术对数据点云进行曲面拟合,生成三维曲面模型。3.2反求工程与快速成型的数据交换数据交换主要包括以下方面:①用反求技术直接生成STL文件,供RP系统的数据处理软件直接使用,产生代码;②利用反求技术生成层片文件-CLI(CommonLayerInterface)文件,这种输出比较适用于对各种CT图像的反求,并且由于RP本身就是分层制造法,用断层图像或矢量化的层片轮廓信息直接驱动RP设备逐层叠加而成三维实体;③利用反求技术来重构出实体模型,借助于CAD系统来转化成STL文件。对于快速成型技术来说,反求工程目的之一在于获得产品的几何造型与结构数据,通过各种三维数字化仪得到零件造型和结构数据后,可以借助三维重构技术在CAD软件中重新编辑(修改和缩放),再转换成G-Code或STL文件,供快速原型制造设备使用,从而可直接加工制作出相应的模具、模型或零件。44反求工程与快速成型一体化4.1三维数据采集目前先进的快速成型技术进行的前提就是有成型对象的三维模型数据。所以物体三维表面测量及重建技术是以上技术实现的第一个步骤,有着重要的理论意义和实际意义。测量物体表面的数据点并再现物体形状,将其应用于制造等领域一直是人们所追求的。三维数据的获取方法分为两大类,接触式与非接触式测量方法:①接触式测量方法通过传感测量头与样件的接触而记录样件表面的坐标位置,可以细分为点触发式和连续式数据采集方法;②非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。根据测量原理的不同,大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式,这种方法的一个应用是三维扫描技术,它是一种立体测量技术。与传统的技术相比,能够完成复杂形体的点、面、形的三维测量,能进行高精度的快速无接触测量。4.2三维模型重构和关键技术4.2.1三维模型重构在重建过程中存在许多干扰和不确定性因素,如表格误差、测量精度和方式、数据处理方式、表面重构方式等。反求工程是基于已有实物模型或零件的测量数据的情况下,进行物体CAD模型重建的过程。通常,需要进行人工干预来调整重构模型的表面参数。因此,整个反求工程过程是一个推理和判断的过程。从曲面的三维采样点集恢复出曲面的几何模型称之为曲面重建。目前,在反求工程中,主要有3种曲面构造方案:①以B-Spine或NURBS曲面为基础的曲面构造方案;②以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方案;③以多面体方式来描述曲面物体。曲面重构的关键技术,包括数据采集、数据筛选、曲线拟合、曲面拟合等。在曲面重构过程中,既要保证曲面质量,又要保证设计精度。4.2.2关键技术曲面分层是曲面成形的关键技术之一。曲面分层是以一系列的曲面与CAD模型求交。分层曲面如何确定是分层技术中的关键之一。曲面成形是为了解决小倾斜度表面的台阶误差问题,所以分层曲面需根据零件表面来确定。第二是要根据关键曲面,构造更多的中间分层面,以保证层与层之间不会出现超出系统成5型能力的厚度。成形控制技术是曲面成形的另一个关键技术。目前在曲面成形方面有以下几个问题需要解决:①构造分层曲面,包括确定曲面和构造过渡曲面;②分层算法。现有分层算法用平面和CAD模型求交,而曲面和CAD模型的求交算法则很复杂;③喷头运动轨迹控制。由于制造层片增加时增加了厚度层,需使用三轴联动的运动控制系统,同时喷头的运动还要避免已成原形,防止破坏;④材料输送匹配。需要根据喷头速度和成形高度实时控制材料的挤出量,消除过堆和欠堆。4.3一体化应具备的特点一个与快速成型技术完全匹配的反求系统应具备关键的