基于逆向工程的曲面产品建模及五轴数控实现设计书

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1、基于逆向工程的曲面产品建模及五轴数控实现设计书1.1.国内外现状1.1.1.逆向工程技术的研究现状逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。1.逆向工程分类从广义讲，逆向工程可分以下三类：(1)实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。(2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标

2、准、治理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。(3)影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料往构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何外形的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。逆向工程示意图如下：21图1-1逆向工程示意图2.工艺过程逆向工程系统主要由三部分组成:产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。逆

3、向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。(1)数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据,影响到重构的CAD实体模型的质量,并最终影响产品的质量。(2)数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD模型重建前,必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。(3)模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统,依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD模型。逆向工程技术过程图解：样品数据采集接触式数据采集方法（触发式数据采集、连续式扫描数据采集

4、等）数据处理（数据格式的转化、多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等）模型重建曲线拟合造型曲面片直接拟点数据网格化非接触式数据采集（激光三角形法、激光测距法等）图1-2逆向工程技术过程图3.国内外现状在国外，20世纪80年代日本名古屋工业研究所和美国UVP公司、美国3M公司提出了逆向工程技术（RE）并开始研制开发。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作为一个重要学术议题。21逆向工程技术是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，同时

5、相应的设备制造公司在各国建成，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收测量设备的数据。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。另外，在CAD/CAM软件开发上，开始集成逆向工程模块。

6、如：UGNX5中的PointCloud。Pro-E软件中的Pro/SCAN功能。在国内，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，创新性的研究也较少。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。数据处理软件方面数据的处理研究主要集中在高等学校如：清华大学、浙江大学、南京航空航天大学。现在没有开发出稳定的商业化软件。现在由国内逆向工程领域人士参与开发的逆向工程软件有QuickFrom。1.1.1.曲面建模的发展现状曲面建模是通过对物体的各个表面或曲面进行描述而构成曲面的一种建模方法。如果说线框模型是用“铁丝”

7、构造物体的话，则曲面建模就是拿一张张的表皮对这些“铁丝”进行蒙皮。建模时，先将复杂的外表面分解成若干个基本曲面元素。通过这些基本曲面元素的拼接，构成所要的曲面。图1-3所示为曲面的拼接过程。图1-3曲面的拼接过程21曲线、曲面的设计可以追溯到较远的年代，在第二次世界大战期间迫于航空产品设计和生产方面的压力，画法几何中的作图法在产品设计中得到实际应用。第二次世界大战后随着计算机的发明和应用，人们以解析曲线特别是圆锥曲线为基础，采用计算机来代替以前大量的手工绘图。对于曲面设计人们原先所采用的是一种称为“放样”的方法，即通过构造许多纵向曲线来联系一组

8、事先定义好的横断面的方法来进行。现代CAD/CAM系统一般将曲面看成是由许多曲面片组合而成，其中每一个曲面片都可以用数学形式来精确表示。最早的一种曲面