逆向工程在生物医学工程的应用研究毕业论文

毕业论文1目录摘要…………………………………………………………（1）第一部分概述……………………………………………（2）第二部分逆向工程应用技术……………………………（2）2.1逆向工程概述…………………………………（3）2.2快速成型技术…………………………………（5）2.3RE与RP的集成………………………………（6）2.4逆向工程在生物医学领域的……………………………数据采集和预处理（6）2.5逆向工程的条件…………………………………（7）第三部分RE在生物医学领域的工程应用…………………（7）3.1设计和制作可植入体……………………………（7）3.2外科手术规划……………………………………（8）3.3生物医学工程……………………………………（8）第四部分逆向工程在医学领域的应用实例——在口腔修复中的应用………………………（10）第五部分结论………………………………………………（11）致谢毕业论文2RE在生物医学工程的应用研究摘要：逆向工程技术是一种在工业制造中广泛应用的一种新技术，在工程和医学领域中都具有重要作用。首先本文对逆向工程和快速成型进行了概述，其次介绍了基于逆向工程体系的工程实际应用，以及基于逆向工程技术的快速成型技术。详细介绍了逆向工程在生物医学领域的应用。并以口腔义齿修复为例，介绍了逆向工程在口腔修复体的实际应用。AStudyandApplicationaboutReverseEngineeringinBiomedicinefieldAbstract:Asanewdevelopingtechnologyusedwidelyinindustrymanufacturing,reverseengineeringhasplayedanimportantroleinindustryandmedicinefield.Firstthispassageintroducesreverseengineeringandrapidprototypinginbrief.Secondintroducesthepracticalapplicationofengineeringwhichbasedonreverseengineeringsystem.andrapidprototypingtechnologywhichbasedonreverseengineeringtechnology.Inthispaperexplaintheapplicationofreverseengineeringindetailinthebiomedicinefiled.Andtakedentalprosthesisforexample,describeapplicationofreverseengineeringtodentalprosthesis.第一部分概述工业中的许多领域，都需要创建以存在物体的计算机几何模型，但往往又得不到现成的这类几何模型，因此，就需要由实际形体来生成计算机几何模型，这项工程就是逆向工程，也称反求工程。逆向工程与快速成型技术（ReverseEngineeringandRapidPrototypingtechnology）,简称RE与RP。目前RE与RP技术已经逐渐得到越来越广泛的应用。国内外针对此方面的研究工作，一方面是继续在已经成熟的自由曲线和曲面重构理论上继续有所突破，另一方面就是在实际的测量、数据处理和重构CAD模型上逐渐集成和完善，包括逆向工程中的数据测量、数据处理、曲面重构以及快速成型的原理、分类、特点等，以及RE与RP的集成。本文中就详细介绍了逆向工程在生物医学领域的应用。以及基于逆向工程技术的快速成型制造技术技术。并以义齿修复为例介绍RE的实际应用。毕业论文3第二部分逆向工程应用技术2.1逆向工程概述在汽车、航空等工业领域中，复杂外形的设计，目前CAD软件还很难满足形状设计的要求，仍然需要根据由粘土、木头或纤维玻璃制成的手工模型，采用逆向工程的手段将实物模型转化成CAD模型，实现数字化，从而建立起产品的数字化模型。这就是逆向工程的引出。（a）正向工程流程图(b)逆向工程流程图图1正向工程与逆向工程流程比较图逆向工程可以这样简单的定义为这么一个过程：在没有工程图纸的情况下，对实际物体模型进行测量，通过对测量信息的分析和处理来构造其CAD模型的过程，由实际模型反求出设计模型来。逆向工程的由来是什么呢？简而言之，传统的正向设计与制造是从图纸到零件产品，而反求工程的设计是丛零件或原型到二维图纸或三维模型，再经过程制造到零件。这就是所谓“逆向”或“反求”的由来。两者之间的比较入图1所示。所谓逆向，指是相对传统的从设计图纸或模型加工出实际产品来的正向过程而言的。逆向工程与传统的正向设计的根本区别在于：正向设计是由抽象的较高层次概念或独立实现的设计过渡到设计的物理实现，从设计概念到CAD模型有一个明确的过程；而反向工程是基于一个可以获得的实际模型来构造出它的设计概念，并且可以通过对重构模型特征参数的调整和修改来达到对实物模型的逼近或修改的目的，以满足生产的要求。从数字化的点生成到CAD模型的创建是一个推理的过程逆向工程通常从测量一个已存在的实际物体开始，这样就能生成一个曲面或实体模型，以便能充分利用CAD/CAM技术的各种优点。一旦重构出自由曲面产品需求概念设计CAD设计评估CAE工艺评估CAMCAD实物模型数字化点CAD设计评估CAE工艺评估CAMCAD毕业论文4和建立CAD模型后，就可以进行一系列后续操作，如零件设计、有限元分析、模型修改、误差分析以及数控加工指令生成。逆向工程的三大组成---逆向工程可分为三大模块：坐标点测量、数据处理和曲面模型重建。（如图2、3、4所示。）图2逆向工程的基本阶段图3逆向工程的过程图4逆向工程的关键①几何测量：通过合适的测量方法来获得产品的三维形状；②数据处理：处理所获得的三维数据，从而符合后续操作的要求；③CAD建模：必须建立一个完整的CAD模型，从而能够借以描述产品的全部相关数据。逆向工程的最关键之处是数据处理。数据处理其实是整个过程的关键。逆向工程的难点在于：对于数据处理过程中最能反映曲面特征特征点线面的智能提取，以及基于散乱数据点的曲面重构和曲面光顺。这也是目前各种商品软件所力求解决的问题所在。数据处理逆向工程的整个过程如图5所示。物理模型数字模型点云数据应用逆向工程软件基于计算机的设计模型数据采集预处理分析和曲面拟合创建CAD模型数据处理特征识别三维实体重构滤波去噪滤波去噪构造实体构造特征体三维实体重构CAD造型软件CMM三坐标测量仪{接触式}光学扫描{非接触式}激光扫描{非接触式}点云数据数据处理与曲面建模毕业论文5图5数据处理逆向工程的流程一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷形设计。(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。(3)损坏或磨损零件的还原。(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之2.2快速成型技术快速成型制造技术，又叫快速原型制造技术，简称RP或RPM技术（RapidPrototypingManufacturing），是20世纪90年代发展起来的一项多学科交叉的现代制造技术。它是指在计算机控制与管理下，根据零件CAD模型，采用材料精确堆积的方法制造原型或零件的技术，是一种基于离散堆积成型的方法。它集计算机技术、信息技术、物理化学技术、材料科学、逆向工程技术、数控技术与一体，快速制作成原型或零件，可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上发展起来的。不同种类的RP系统虽然成型的具体原理和成型材料不尽一样，但总的来说其原基本理都是一致的，即“分层制造，逐层叠加”。其基本工作过程如图6所示。格式转换切片处理程序处理加工成型程序加载图6快速成型的基本工作过程从经济角度来说，RP技术可以大大地促进新产品的研究和开发过程，缩短CAD模型实体模型STL文件SLI文件设备加工设备代码毕业论文6新产品的开发周期，从而确使新产品上市时间提前，迅速占领市场，从而赢得激烈的市场竞争，获得尽可能多的经济利益和效益。从生产角度讲，RP技术可以及时发现产品设计过程中的一些错误，及时修改和完善，避免大量损失，提高新产品投产的一次成功率。另外还可支持CE(CurrentEngineering)并行工程的实施，从而可使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备等各项工作的同步进行得以有可能实现。2.3RE与RPM的集成RE&RP的整个过程描述如下:首先，运用测量系统将样件转化为点云文件(PointsCloudFile)，它能直接用于仿形切削，生成粗加工或精加工数控编程。也可通过曲面重构技术，转化为CAD模型，若有必要再做适当修改，可以通过RPM快速成型制出成型样品，或者直接通过CAM模块制造出产品，推向市场。将快速成型与逆向工程相结合，通过Internet传递数据，还可以实现“三维传真、三维传物”的功能。更有甚者，通过Internet网，还可实现当地或近地快速制造（LocalRapidManufacturing），即当地的成型中心经授权利用从网上所获得的产品数据，购买相应或兼容的成型材料，通过成型系统制造出最新零件或样件来。利用RE与RP相结合的技术，还可以实现快速模具制造技术（RY）。间接利用快速原型制造技术的样件应用与模具制造，还可降低模具制造成本，缩短制造周期，从而显著提高生产效率。2.4逆向工程在生物医学领域的数据采集与预处理1．基于逆向工程的数据采集在医学领域具有十分巨大的作用。通过测量工具对骨结构的扫描测量，可以获得病人最原始的病症，可以有针对性的对具体的病人采取各不相同的治疗方案。通过对扫描所得的数据，经过修复还原软件的修改，可以使设计后的结构与病人原来的结构达到比较满意的吻合，减少病人手术后的不适症状，并增加病人对治疗的了解，与医生达到比较好的配合治疗，并且帮助医生尽快了解病人的病变状况，然后通过RP技术，制造出病人需替换下的结构，减少了手术时间，降低了病人的痛苦。目前，逆向工程中最常用的三维数据获取方法，是基于光学三决测量原理的光切三维轮廓测量方法和断层扫描测量方法。其中，断层扫描技术如工业CT去层图象法能完整的获得物体外表面和内腔的三维数据，是近年来逆向工程测量技术领域的研究热点技术之一。由于其造价的低、测量精度高，因此在工程实际中具有较广泛的应用前景。2．数据预处理过程。由于在生物医学领域，所需测量的物体大多是具有较复杂的外形结构，测量仪所输出的测量数据很可能数据量很大，并带有一些测量噪声数据，因此需要对所测量的数据进行预狐狸。数据预处理就是要对原始数据进行过滤、筛选、去噪、平滑、编辑等操作，使数据满足后续模型重建的要求。要剔除不相关的数据和异常数据，要对由于阴影或屏蔽作用而导致的没有扫描到样品—测量系统—逆向工程—CAD—快速成型—CAM—模具或成品毕业论文7的部分进行数据补充。2.5逆向工程的条件1.逆向工程技术实施的硬件条件在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。2.逆向工程技术实施的软件条件目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer、Delcam、Cimatron、Catia以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个：Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统；Dvorak开发的仿制旧零件的逆向工程系统；H.H.DanzdeCNCCMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。