三维逆向工程论文

题目：三维逆向工程技术在机械创新设计 中的应用 班级 11 机械制造 姓名 学号 三维逆向工程 2013-3014 第二学期论文 基于逆向工程的机械设计问题探讨 1.逆向工程的概念 逆向工程也叫反求工程、反向工程，是相对于传统的从概念、图样到制造出产品的设计制 造顺序来说的。它主要是指以实物原型为研究对象，通过现代测量设备对实物原型进行测量， 得到其“ 点云” 数据，再以“ 点云 ”数据为依据进行逆向 CAD 图形设计 3D 模型重建，利用 CAM 技 术加工制造，对实物原型进行仿制、改进、创新的全过程总称，是一个系统工程。它用途广泛， 涉及的技术主要有现代精密测量技术、数据处理技术、数字化技术、CAD 技术、CAM 技术等。 利用逆向工程技术仿制机械零件的几何结构形状的基本操作步骤是：几何信息的采集逆向 CAD 图形设计 3D 实体模型重建 CAM 数控编程自动加工制造。 2.基于逆向工程技术的机械设计方案 2.1 反求产品设计思想。了解产品设计的指导思想是分析产品设计的重要前提，是明确二 次设计要求的关键。某些机械产品以扩展功能、降低成本提高市切竞争能力；另一些则以携带 方便、使用灵活为追求目标；现代设计理念侧重体现可持续发展、节能、环保、绿色设计、人 性化设计。 2.2 原理方案分析。机械产品的原理方案是功能的保证。探索原设计的工作原理和机构组成 特点，同时进一步研究实现同样功能的新的原理、解法是实现反求设计技术创新的重要步骤。 2.3 结构分析。零部件是功能的载体。结构方式不同，对功能的保证措施也不同，随之带 来的是产品特点也不同。例如冷冲压模具设计中的弹性装置就可以采用弹簧与橡胶两种不同的 弹性元件。另外，满足同一执行动作，可以有不同的传动结构形式，如齿轮传动、液压传动等。 2.4 材料分析。同一零件，采用不同的材料及材料处理力式，对零件的功能、加工工艺、 使用性有重要影响。物理试验可以测定材料的各种物理性能和主要的力学性能，确定材料牌号 及热处理方式。立足本国资源，必要时选择适用的国产材料替代。 2.5 形体尺寸分析。在能够获得原产品实体或图纸的情况下，可以直接测量分析零部件形 体尺寸，并用图纸表达(常称之为测绘设计)。对于只能获得原产品图像的情况，则可通过透视 法求得尺寸之间的比例，再按参照物反求原物尺寸。 2.6 外观造型分析。产品的外观造型是产品的视觉语言，最能突出产品的个性。在商品竞 争中起着重要的作用。造型设计和分析的基本原则是实用、经济、美观和人性化，但首先要保 证功能要求。 2.7 工艺和精度分析。许多设备之所以先进的关键是工艺先进，分析产品的加工过程和关 键工艺十分重要。在此基础上选择合理工艺参数，确定新设计产品的制造工艺方法。 2.8 工作性能分析。对产品的主要工作性能如强度、刚度、精度、寿命、安全等要进行试 验测定，掌握其设计要求和设计规范。 3.应用逆向工程技术实现机械数据采集 数据的采集是指通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的三维几何坐标数据。 高效、准确地采集到产品表面的三维几何坐标数据，是实现逆向工程的基础和关键技术之一。 根据测量的方式不同，可以将三维测量设备分为接触式和非接触式两大类型。 3.1 接触式测量系统。接触式三坐标测量机可谓接触式测量的代表。接触式三坐标测量机 通常是基于受力变形的原理，通过探头测取三维几何坐标数据。操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数据。 3.2 非接触式测量系统。非接触式测量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。在逆向工程中最为常用是较为成熟的光学测量方法。其可分为：基于 光学三角形原理的激光扫描法；基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法；基于工业 CT 断层 扫描图像法；立体视觉测量方法。 4.应用逆向工程技术实现机械设计的过程 4.1 设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析， 划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软 件模块的确定。 4.2 零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用 3D 扫描测 量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。 4.3 提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法一般可分为两 类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同 一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。 4.4 零件 CAD 模型的重建。将分割后的三维数据在 CAD 系统中分别做表面模型的拟合， 并通过各表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD 模型。 4.5 重建 CAD 模型的检验与修正。由于测量得到的数