零部件3D测量与建模.docx

零部件3D测量与建模1、引言当今时代随着CADCAMCAEPD僧先进技术在各个领域的深入发展,新技术的应用对企业的设计层提出了更高的要求由计算机和NC组成的先进制造技术体系的关键是产品的信息模型，合理、完备的产品模型贯穿CADCAMCA讶口PDM勺整个过程,是实现企业敏捷、柔性制造的基础为了加快CAD莫型的建立速度，及对于有零部件实体而缺少CADffl纸的情况，为了高效快速准确的得到CADB型，逆向工程这一概念被人提出2、基本概念逆向工程（ReveresEngineering,简称REE也称反求工程或反向工程，其来源于从油泥模型到产品实物的设计的过程作为一种先进技术，从上世纪90年代起，各国的工业界开始重视逆向工程技术当今，计算机技术和测试技术迅猛发展，逆向工程技术的应用主要体现在用CAD和CA僧软件，借助高端制造技术来实现实物产品的逆向工程逆向工程技术与传统的产品正向设计方法是不同的：正向设计方法是根据要求先设计图纸，然后加工出产品；但逆向工程技术是根据已存在的产品或零件原型来构造新的产品或零件的工程设计新模式，是对已存在产品的再设计逆向工程首先要将原始产品或零件的模型转化为数字化模型：一方面是为工程设计及产品加工提供充足的数字化信息，另一方面是为充分利用CAD/CAE/CA腋术对已有的产品进行再设计。

3、逆向工程的系统组成逆向工程的系统包括3个部分：产品实体外形的数字化、CAD模型的重建和产品样本和模具制造在逆向工程系统中主要用到的设备和软件有3.1 测量机和探头测量机和探头是将原始产品或零件进行数字化的设备常用的测量机种类包括三坐标测量机、多轴专用机等探头分为接触式和非接触式3.2 数据处理用测量机测量到的数据这些数据在用CAD®C件进行产品再设计前必须进行处理，这些处理包括进行存储格式转换、噪音过滤、对齐、半径补偿等操作3.3 模型的重建软件模型重建软件包括3类：第一类软件是正向设计的一些软件，即CAD/CA瞅件，如SOLIDWORKS-DEAS、GRAD萼，但这些软件在产品外形数字化处理和产品造型方面功能稍弱第二类软件是拥有逆向功能的正向CADCAECAM^业软件，如Pro/Engineer、UG等第三类软件为专门的逆向工程软件，如Imageware及Paraform等3.4 使最终产品、零件型样件成型的快速成型机按制造工艺，快速成型机可以分为层合实体造型、立体印刷成型、及熔融沉积造型等3.5 产品制造设备使用各种CNCS备、注塑成型机、锁金成型机等生产成品4、数据采集将已存在的产品或零件进行数据采集技术工作是逆向工程过程中的首要环节,为后续进行数据处理及模型重建等工作打下坚实的基础。

能够将已存在的产品或零件外形数据高精度的采集到计算机是逆向工程的首要内容4.1 逆向工程数据采集技术中常用的测量方法在逆向工程操作中采集已有模型或零件的数据要用到测量方法在近些年有了长足的发展逆向工程的数据采集可以应用很多种测量方法，以获取样件模型的形状数据：4.1.1 接触式测量方法接触式测量方法是一种比较传统的测量方法,这种方法是通过传感测量头与样件模型的表面接触以获取样件表面的坐标位置接触式测量方法分为机械手测量法和坐标测量机测量法两种机械手测量法首先是通过机械手来接触样件模型表面,然后通过安装在手关节上的传感设备来确定样件模型上相关点的坐标位置三坐标测量机测量法是另外一种接触式测量方法,也是目前应用最广泛的将模型样件数字化的方法它是通过三坐标测量机的接触式探头逐点地捕捉模型样件表面以获取相关坐标数据接触式测量方法是技术比较成熟的一种测量方法，其突出的特点是可以达到很高的测量精度，另外接触式测量法对所测量样件的材质、色泽没有特殊要求但接触式测量法的缺点是测量范围小,不适宜测量具有有复杂内部尺寸的样件模型、另外曲面较多的样件模型也不适合用接触式测量法测量4.1.2 非接触式测量方法非接触式测量方法主要是利用光学、声学及磁学等物理学的基本原理，应用计算方法把特定的物理模拟量转换为所测模型样件表面的坐标。

磁学方法是通过分析被测试模型样件所在的空间磁场的不同强度来完成测量工作的通过人为干预创造出一个与所测模型样件空间位置相对应的磁场分布,使处于不同位置上的所测模型样本上的质子可以以不同的频率发生共振,这样就可以从测得的MRI信号中恢复出某种参数及与该参数有关的图像五种常用的光学方法分别是投影光栅法、激光三角形法、激光测距法、干涉测量法及图像分析法在这些方法中最典型的方法是投影光栅法投影光栅法的测量原理是将光栅投射到被测模型样件的表面上,光栅影线会因被测样件表面高度的不同而发生变形,然后通过变形的光栅影线来确定样件表面的高度激光三角形法是另一种常用的测量方法，其基本原理是将具有规则几何形状的激光光源投影到被测模型样件表面上,三维的模型样件对激光光束产生空间调制,改变了成像光束的角度,形成的漫反射光点(或光带)在图像传感器(CCD)上成像,按照三角形原理可以计算出被测点的空间坐标图像分析法是通过样件模型上一点在多个图像中的相对位置,通过视差计算距离,从而得到该点的空间位置坐标5、数据处理主要是对以获得的数据进行整理，删除不必要的数据例如使用可见光光栅条文图像投影到待测物体表面，由CCDffi摄到的条纹图通过计算机软件反求出物体表面的点坐标方法，由于在照相过程中，可能受到周围环境的影响，例如震动、杂光，使得光栅条文偏离物体表面，得到的点云中存在一些并非实际在物体表面的点，我们要将原理平均值的点和完全偏离事物表面的点删掉，降低噪音。

对部分地方因角度原因得到点较少的区域进行点填充6、以方向盘零件为例介绍逆向设计过程首先我们通过3D测量设备照相得到不同角度拍摄的几组点云片在扫描中小型物体的场合，配合数控转台，可实现数据自动化拼接较大物体可拍摄多片点云，在点云处理软件中实现拼接通过Pro/e、UG等软件以点云图形文件为参照进行逆向设计，完善内部结构，完成设计7、逆向工程的发展方向逆向工程技术作为一个新兴的领域,它的理论和技术还不够完善,应该在以下几个方面再作进一步的完善：(1)应与具体领域相结合在逆向工程工具中可建议设立相关领域知识库,增加人机交互已解决不同工程领域的特定问题2)解决信息量庞大的问题逆向工程在操作过程中需要处理大量的信息数据,同时还要对处理图形显示,这使得逆向工程过程所需时间过长因此提高逆向工程的效率是急需解决的问题。