逆向工程技术在水泵叶轮测量中的应用

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逆向工程技术在水泵叶轮测量中的应用程新平李力张科鞠俭（新疆科力先进制造技术有限责任公司　新疆工业设计与快速成型生产力促进中心，乌鲁木齐）摘　要：本文通过水泵叶轮扫描测量及三维模型构建这一实例，介绍了逆向工程的概念和基本原理；讨论光学扫描仪在逆向工程中扫描测量的优势；讨论了利用逆向工程软件Imageware对水泵叶轮点云数据处理及UGNX进行曲面创建和三维造型的过程，以及利用逆向工程技术检测数控加工的水泵叶轮加工精度的方法。关键词：逆向工程光学扫描仪点云ImagewareUGNX随着市场竞争的日趋激烈，以及计算机、微电子、信息和自动化技术等高新技术的迅速发展，并在制造业中越来越广泛的应用，先后出现了数控加工、柔性制造系统、计算机辅助设计/制造、制造资源规划、精益生产、敏捷制造、可重组技术、逆向工程技术、快速原型制造等多项先进制造技术与制造模式。制造业正经历一场新的技术革命。目前制造技术已发展成为一个蕴涵整个生产过程，跨学科高度复杂的集成技术，逆向工程技术正是其中重要的一项。1、逆向工程简介逆向工程（ReverseEngineering）也称反求工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型，从而实现产品设计或制造的过程。与传统的设计制造方法不同，逆向工程是在没有设计图纸或图纸不完整，而有样品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确、快速地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据处理、曲面创建、三维实体模型重构，然后通过CAM系统进行数控编程，直至CNC加工机床或快速成型机来制作产品。逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：（1）新零件的设计，主要用于产品的改型或仿形设计。（2）现成零件测量及复制，再现原产品的设计意图及重构三维数字化模型。（3）损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制。 （4）产品的检测，例如检测产品的变形分析、焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差分析。逆向工程技术为快速制造提供了很好的技术支持，它已经成为消化吸收和二次开发的重要、快捷的途径之一。逆向工程主要包括两方面内容：数字化技术和曲面重构技术。数字化技术是利用三维扫描测量仪采集实物或模型表面数据；曲面重建是根据测量所得到的几何表面的一系列点数据，构造出形体曲线、曲面，最终重构三维模型。逆向工程作为对已有产品进行数据测量拟合、分析、改进设计和实现新产品开发的一种重要手段，有效地支持了新产品响应市场的速度。可以输出快速原型制作及模具加工的多种数据格式，支持不同用途。2、水泵叶轮的三维数据测量2.1数据采集实施条件　　随着传感技术、控制技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展，出现了各种各样的物体表面几何数据获取方法，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，使用较多的有德国、英国、意大利、美国等国家生产的三维扫描仪和三坐标测量机。从测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测量可分为硬测头和软测头，这种测头与被测物体直接接触，获取数据信息，比较常用的是三座标测量机（CMM）。非接触式测量可分为光学法、工业CT、超声波法和磁共振(MRI)等。在逆向工程中,光学测量法应用最为广泛。典型的光测头则是应用光学及激光的原理进行的，有激光扫描、光学扫描。2.2光学扫描仪在曲面扫描中的优势实物的三维离散采样速度及数据质量是影响逆向工程技术应用的重要因素之一。三坐标测量机(CMM)是一种发展较为成熟的接触式测量设备,它具有噪声低、精度高(可达±0.5μｍ)、重复性好等优点.但测量速度慢、效率低，对软体对象难以做精密测量，需要对测头表面损伤和测头半径进行补偿，测量数据的特点是高精度低密度。　　由于近年在分区域测量技术上的突破，使得投影光栅法的测量精度得到进一步地提高，如德国GOM公司的ATOS流动光学三维扫描仪，测量速度大于43000点/ｓ，单幅照片可扫描点数最大可达400,000个点，单幅照片精度为± 0.03ｍｍ，整体测量精度小于0.1ｍｍ/ｍ。光学扫描仪尤其便于复杂曲面的扫描，而CMM只能测量复杂曲面上有限的点，不能完整反映出曲面的形状，虽然其测量单点精度较高，但用有限的点去描述复杂曲面来说反而整体精度大大降低，而光学扫描仪恰恰相反。另外，光学扫描仪还具有测量范围大、携带方便等优点。ATOS光学扫描仪配合高分辨率数码照相系统扫描范围可达8m×8m甚至更大。并且可以很方便地移动到实物现场工作，不仅适于复杂轮廓的扫描，而且常用于汽车、摩托车内外饰件的逆向造型工作。在此采用德国GOM公司的ATOS光学扫描仪（ATOSI600EU）进行数据采集，测量精度0.1mm/0.5m，扫描方式：光栅原理及GPS定位原理。ATOS扫描仪在测量时，可随意围绕被测物体移动，利用十一幅不同宽度的光栅反射信息，再经数据影像处理系统计算处理得到实物表面点数据。2.3水泵叶轮扫描的前期准备工作为了方便叶轮扫描和扫描的准确，需对叶轮作必要的前期准备，如贴参考点、物体表面喷涂显像剂和仪器和软件校准等。2.4水泵叶轮扫描过程叶轮整个外形都需要扫描，因此叶轮无法一次性扫描完成。根据叶轮的形状（如图一所示），把零件分成上、下两部分，分别进行扫描，然后在ATOS软件中通过公共参考点把分别扫描的两个文件合并为一个整体。图一水泵叶轮实物照片叶轮外形大致尺寸为φ 370X85，在对ATOS扫描系统进行校准后，对水泵叶轮上下部分多个角度不同方位进行扫描，扫描软件依据参考点，把每幅扫描照片自动进行拼合，最终完成整个叶轮外形的扫描。图二为扫描完成后，经过点云对齐、三角化、光顺和稀化，得到叶轮外形点云文件，并输出*.STL文件，以便Imageware软件对点云进行后序处理。图二ATOS扫描仪扫描的水泵叶轮原始点云3、用Imageware和UGNX对点云进行处理及三维重构首先要确定叶轮基本构成形状的曲面类型，然后，采用Imageware软件来做逆向处理，处理数据的流程遵循点——曲线——曲面的原则。3.1用Imageware软件对点云数据进行处理Imageware软件调入扫描所得点云文件，并依据点云的特征，作出一些辅助的基准，以便把叶轮点云进行方位对齐，为提取截面线做准备。叶轮的点云数据中含有许多杂点，因此需把杂点过滤掉。并对点云数据进行优化，删除不必要的数据点。适当降低点云的密度，加快计算机处理的速度。3.1.1特征线的提取特征线的提取是整个曲面重构的关键。根据叶轮外形特点，划分出二次曲面的区域，如：平面、圆柱面、球面等，并对叶轮点云进行分割，并且把这些二次曲面拟合构造平面、圆柱面和球面；或直接作出特征，平面可以用三点或两相交直线来确定，圆柱面以截面线和矢量来确定等。对于自由曲面，需构造出曲面的特征线，先对叶轮点云的作必要截面线，然后剔除截面点云的杂点和进行必要的光顺，最后把截面点云上拟合成曲线，以便构造自由曲面。 叶轮与轴连接部位是内螺旋槽，测量十分困难。在此关键是做出螺旋线，然后，测量出螺距，最后，在UGNX软件中构造标准的螺旋线。在此首先以孔的中心为原点作一个圆并投影在螺旋面点云上，产生螺旋截面线点云，拟合产生螺旋线，通过裁剪螺旋线得到半圈的螺旋线，通过查询两头端点的端点计算出螺旋线的螺距为29.86mm。为了求得的螺距更加精确，我们可多做几个大小不同的圆，计算求其平均值。3.1.2特征线分析为了保证重构特征线的精度，在任何一条特征线的构建过程中，随时检测点云和曲线之间的偏差，调整特征线在偏差允许范围内，确保与原型的一致性，螺旋线偏差分析结果如图三所示。图三特征线的偏差检测3.2　用UGNX软件构建曲面模型 图四UGNX软件中完成三维模型在UGNX软件中直接读取Imageware软件的*.IMW格式的文件，把在Imageware中构建好的特征曲线导入到UGNX中，并且保证坐标系的一致。对调入的曲线进行分析，并对曲线光顺处理，或对曲线进行重构和编辑，使用UGNX的特征造型和曲面造型功能，最终完成水泵叶轮三维造型(如图四所示)。图五三维模型和实测点云的检测图完成水泵叶轮三维造型后，反过来可以把UGNX软件重构三维模型读入Imageware软件中，比较分析最终的重构三维模型和扫描的点云之间的偏差，通过用彩色云图将差异显示出来，很直观了解到曲面与点云之间的差异值。并且可以指定一个可接受的公差带，求出在公差带内点的数量。从而检测逆向扫描测量的精确性（分析结果如图五所示）。4、利用逆向工程进行产品检验不论用何种方法加工，都需要对其加工精度进行检验。利用传统的检测手段很难准确检测，因此同样可利用逆向工程技术对零件进行准确、高效率的检测。 如同上述方法对加工的零件进行扫描，然后把扫描所得的点云和原始设计的三维数字模型一起调入逆向工程软件Imageware中，分析比较二个模型间的偏差，用彩色云图将差异显示出来，从而检测零件的加工精度。逆向工程技术不但在单件加工上可以很方便对复杂零件进行检测，而且在批量生产和流水化生产中对产品的抽检也显得十分方便，如手机的外壳就利用逆向工程技术很快的完成检测工作。5、结束语利用逆向工程技术在产品研究开发中，是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术。利用光学扫描仪作为获取空间三维数据的手段，用逆向工程软件Imageware对获取的点云数据进行处理，其难点为曲线的构建、检测和修改，而只有满足曲线光顺，曲面才能光顺，曲面与点云的吻合精度又主要靠关键特征线的提取和构建精度来保证。采用逆向工程技术，不仅能够得到实物的精确数字模型和复制品，而且可以进一步修改并生成新的数学模型和产品工程图，从而使产品的消化吸收和二次开发工作准确快捷，提高了产品创新的成功率、质量和缩短了开发周期。参　考　文　献[1]姜元庆，刘佩军《UG/Imageware逆向工程培训教程》[2]洪如瑾《UGNXCAD快速入门指导》 --------欢迎下载资料，下面是附带送个人简历资料用不了的话可以自己编辑删除，谢谢！下面黄颜色背景资料下载后可以编辑删除XXX个人简历个人资料姓名：xxxx婚姻状况：未婚照片出生：1987-06-24政治面貌:团员性别：男民族：汉学位：本科移动电话：专业：英语电子邮件：地址：教育背景2006.9-2010.6吉林工程技术师范学院-----外国语言文学系主修课程本科阶段主修大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，日语，中外名胜。特长及兴趣爱好除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年,在系宣传部和秘书处各工作一年。为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系《心韵》杂志的创刊和编辑工作。在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在我以后的工作中一定会有很大的帮助。计算机能力 能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。获国家计算机二级等级资格证书。外语水平通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。奖励情况：2007-2008优秀学生会干部2008／07师生合唱比赛一等奖普通话水平测试等级证书英语专业四级证书自我评价XXX个人简历个人资料姓名：婚姻状况：未婚出生：政治面貌：团员性别：民族：汉学位：移动电话：专业：电子邮件：地址：教育背景2006.9-2010.6吉林工程技术师范学院-----外国语言文学系主修课程大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，日语，中外名胜。能力及特长这要写你明你有什么样的能力及经验，最重要就是告诉用人单位，你会做什么？计算机能力 能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。获国家计算机二级等级资格证书。外语水平通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。奖励情况2007-2008优秀学生会干部2008／07师生合唱比赛一等奖普通话水平测试等级证书英语专业四级证书实习经验（或实践经验或兼职经验）这里写上你的实习经验或实践经验或兼职经验等信息吧，标题自己起一个贴切的。自我评价本人性格开朗、稳重、有活力，待人热情、真诚。工作认真负责，积极主动，能吃苦耐劳。有较强的组织能力、实际动手能力和团体协作精神，能迅速的适应各种环境，并融入其中。我不是最优秀的，但我是最用功的；我不是太显眼，但我很踏实；希望我的努力可以让您满意。这里不要照抄哦，不会写自我评价的朋友，你可以访问http这里有很多自我评价范文可以参考。（按住键盘的CTRL键，再用鼠标点链接就可以直接打开网站，不用复制到浏览器的。）本人性格热情开朗、待人真诚，善于沟通，应变能力较强。懂得珍惜拥有的一切。B内张型鼓式制动器C湿式多片制动器D浮钳盘式制动器289.零配件市场上的主要价格形式（ABC）A厂家指导价B市场零售价C配件厂价格290.油漆出险桔皮皱，即表面不光滑，可能的原因（D）A涂装间通风国强B稀释剂干燥速度过快 C稀释剂干燥速度过快慢D一次喷涂过厚291.汽车的动力性能包括（ACD）A最高车速B平均车速C加速时间D能爬上的最大坡度292.《车险定损核价运作规范》规定事故车辆修复费用包括（ABCD）A事故损失部分维修工时B事故损失部分需更换的配件费C残值D税费293.车辆全损或推定全损案件，在确定损失前，应该了解（ABD）汽车信息A了解车辆购置时间、价格B取得车辆的购置发票或其他证明C了解车辆的购置渠道D了解车辆的所有人294.机动车电器故障引起火灾的主要原因有（BC）A电瓶故障B线路故障C电器元件故障D日光聚集295.《车险定损核价运作规范》规定对残值处理的原则（AB）BA所有残值归被保险人所有，保险人在维修费中扣除B事故车辆更换的配件由保险人收回后不计入残值之内C所有配件必须折旧卖给被保险人D所有配件必须折旧卖给维修厂或废品收购站296.从火灾原因调查的角度，汽车火灾的原因分（ABCD）A机械故障类（如发动机过热）B电器类（线路老化短路）C人为类（纵火）D交通事故类（碰撞、倾覆、货物引起）297.对汽车整车进行测量非常重要的平面（D）?A基本面B中心面C零平面D下平面 298.机械配件的基本维修原则（ABCD）A超过配合尺寸，通过加工也无法得到装配技术要求B变形通过矫正无法保证使用性能和安全技术要求C断裂无法焊接或焊接后无法保证使用性能和安全技术要求D转向等涉及到安全的所有发生变形的配件299.被保险人可依据哪些有效证明作为领取赔款的凭证（A）ACA居民身份证B有效驾驶本C户口薄300..驾驶员未取得驾驶资格包括哪些情况（ABCD）ABCA无驾驶证B驾驶车辆与准驾车型不符C公安交关部门规定的其他属于非有效驾驶的情况D驾驶证丢失301.车险网上理赔系统录入的要求有哪些（ABCDE）A查勘时间照片最佳大小为60-80kB扫描仪设置方档最佳大小100-150kC索赔申请书应当由当事驾驶员在第一时间亲笔填写D车损照片的拍摄必须符合《车险定损核价运作规范》的相关规定E驾驶证，行驶证应尽量在查勘环节第一时间采取原件拍摄判断题1.185/65R14，其中R代表Radial：表达轮胎纹络为放射状的又称“子午线”(√)2.检查安全气囊系统故障时，必须先拆下蓄电池负极，再使用仪器读出故障代码。(×)3.路面附着性能越好，汽车抗热衰退性能越好。()4.废气再循环的作用是减少HC、CO和NOX的排放量(×)5.机动车辆保险条款（2005版）中,保险车辆发生事故,应当由第三者负责赔偿但确实无法找到第三者的,赔偿处理时实行30%绝对免赔率（×）6.受害人无固定收入的，按照其最近二年的平均收入计算；(×)7.营运机动车在规定检验期限内经安全技术检验合格的，不再重复进行安全技术检验(√)8.本公司与被保险人就赔款金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求的，本公司可二次追加赔付（×）9.维修车辆竣工结帐后,驾驶员驾驶车辆从修理厂开出时与一辆车辆相撞,因碰撞地点还在修理厂内,我司不负赔偿责任.（×）10.机动车辆保险条款（2005版）基本险有四个独立险种（×）11．用于支付公安交管部门逃逸案件处理费用的特殊案件可视金额参照本机构核赔权限进行审核（）12.四冲程发动机的做工冲程中，曲轴带动活塞从上支点向下至点运动，此时进气门关闭（√）13. 当汽车在一般条件下行使时，应选用双速主减速器中的高速档，而在行使条件较差时，则采用低速档（√）14.评价汽车制动性的指标制动效能、制动效能的恒定值、制动时的方向稳定性（×）15.热塑性材料件损伤以修复为主，热固性塑性件损伤需更换（√）16.投保人对投保标的具有保险利益，不具有保险利益的，保险合同无效（√）17.《道路交通安全法实施条例》有关高速公路应当标明车道行使速度，最高120公里小时，最低70公里小时（×）18.暴风指风速28.5米/以上的大风（√）19.刚性万向节是靠零件的铰链式联结来传递动力的，而挠性万向节则是靠弹性零件来传递动力的（√）20.查勘案件查勘完毕后，只能点击发送按钮发送案件，不能通过点击申请核价或申请核损按钮直接到达目的平台（×）21.双片离合器中间压盘的前后，都需设有限位装置（√）22.各种车身的修复，都不要使用测量工具测量车身尺度（×）23附加险条款与基本险条款相抵触之处，以附加险为准，未尽之处，以基本险为准（√）24.保险车辆因路面不平导致两个以上车辆轮胎磨损严重后破裂，轮胎的损失我司不负责赔偿（√）25.李某于2006年4月1日向我司投保一辆奥迪A6汽车，于同年10月30日于一摩托车发生双方事故，经交警裁定李某为主要责任，对于该事故作为核赔人在审核时首先核对三者方的承保情况。（√）26.汽车转弯时，转弯半径越大车速越小，附着系数越小，中心位置越高，其操作稳定性越好。（×）27.应当有交强险赔偿的损失和费用，如交强险未赔付，商业三者险也可赔付（×）28.一张照片已能反映出多个部件、部位受损真实情况的不需要单个或重复拍摄，重大配件或价格较贵的配件同样如此，不必单独牌照（×）29.书面委托代理的授权委托书应当载明代理人的姓名或者名称、代理事项、权限和期间，并由委托人签字或盖章。（√）30.气缸盖衬垫俗称汽缸床（√）31.轿车一般采用边梁式车架（×）32.汽车实际价指投保车辆在保险合同签订地的市场价格（×）33.四冲程发动机的作功冲程中曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进排气门关闭（√）34.公民下落不明满三年的，利害关系人可以向人民法院申请宣告他为失踪（×）35.在道路上发生交通事故，车辆驾驶人应立即停车，保户现场，因抢救应标明位置（√）36.保险车辆发生多次事故，累计赔付金额时，保单合同自动终止（×）37.本公司与被保险人就赔偿金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求，本公司可以追加赔付（×）38.车辆停放过程中突然遭受洪水侵袭，紧会造成电器部分及线路损坏，可给予一定的清洁费用（×）39.本车上的财产损失属于标的商业三者险的理赔范围（×）40.承保年度单均赔款＝（统计期间该承保年度所有保单项下已决赔款＋未决赔款）/统计期间该承保年度承保数量