逆向工程与快速成型技术1

2020级机械电子专业逆向工程与快速成型技术期末大作业系部：班级：学号：姓名：二零二三年六月二十日课程名称逆向工程与快速成型技术分组情况组长组员教师评阅成绩任务一任务二任务三任务四任务五总分成绩综合评定：优秀□；良好□；中□；及格□；不及格□教师签字：日期：年月日任务一（20分）任务要求：请利用知网工具检索近3年国内有关逆向工程与快速成型的新技术、新方法、新工艺或者新装备，分析其背景、解决的问题、采用的方法、应用效果、应用领域等内容，填写（1）~（8）项内容背景：目前，逆向工程技术在整个工业领域有很大的应用价值，它能够帮助工业设计人员快速满足用户的需求，工业产品也因为逆向工程技术变得更加集成化、小型化和数字化。逆向工程技术结合自动化和信息化技术，为我国工业制造领域带来了全新的发展机遇，不但促进了机械制造业的发展，而且使得机械产品的制造变得更加智能，今后也必将更好地为工业产品设计服务。（2）解决的问题：逆向工程存在的问题:(l)测量方法中的实际问题;(2)数据处理部分特别是转换为STL数据模型存在的问题;(3)曲面重构的问题。技术发展现状:逆向工程技术的目前发展很快,前景很好。关键是由于硬件和软件的成本较高,带来其应用范围受到一定限制。但毕竟它具有强大的发展势头,其发展趋势不可限量。RE在国内外的应用状况:在许多航空业、汽车业、家用电器制造业、以及某些玩具制造行业都得到不同程度的应用和推广。逆向工程可用应于新零件的设计,已有零件的复制,还可用于损坏或磨损零件的还原以及数字化模型检测。（3）采用的方法：高质量建模，对实物进行扫描，进行利用CAD/CAM/CAE建模技术对产品进行改型设计和各种工程分析。（4）实施过程：逆向工程的高质量建模,生成曲面非常接近点云数据,然又有良好的切向和位置连续性。很多时候,对于二阶曲率连续或最终曲面的表面光顺反射性考虑的不是很多。与此相反,高质量的曲面建模,是通过最终曲面模型的总质量及其捕获原设计的风格或意图来判断的。因此高质量的建模过程中,在低质区域可以偏离参考点云数据,以保证所需需要特别予以关注以保证捕获到特征。很典型的一种情况是使用一些有助于评估质量的诊断工具,这些诊断工具能够以各种方式显示光线在曲面上怎样反射以及曲面的实际曲率是如何在零件面上变化的。（5）应用效果：在汽车、航空等工业领域中,复杂外形的设计,目前CDA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为CDA模型,实现对象数字化,从而建立起产品的数字化模型。这就是逆向工程的引出。逆向工程可以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。（6）应用领域：逆向快速成型技术主要应用范围为:新产品的设计和试制;与铸造技术相结合,快速生产金属模具和零件;结合塑料加工工艺,小批量快速生产塑料件。快速型技术可用于模具制造,或者诸如叶轮等复杂型体;也可用于医学领域外科手术中人体牙齿、骨骼等器官的快速制作,例如用于假肢制造牙齿镶复等;还可用于制鞋业、家电业对照本课程的知识点，总结该技术/方法/工艺/装备与课程的联系，展望该技术/方法/工艺/装备在行业的应用场景。逆向工程技术和快速成型技术的一体化结合是多领域的、复杂的、多学科的系统工程,快速成型的出现把传统的加工带入全新的数字化领域,要让该系统工程得到越来越广泛、深入的应用,应从各个方面着手完善和发展该系统,进一步拓宽该技术的应用范围。逆向工程及快速成型技术做了一些分析和探讨。利用RE、即、RT相结合的技术,进行模具制造,可有效地降低模具制造成本,缩短制造周期,从而显著提高生产效率,赢得用户市场。对于国内的企业来说,由于资金、技术、人员等各种条件的限制,必须考虑到国内和企业内部的现实情况,正确地进行设备和软件选型,合理地考虑各种因素,合理地考虑和选择进口设备和国产设备,以最大限度地发挥企业的动力,赢得激烈的市场竞争。通过研究在国内企业实施RE&RP技术中所遇到的一些具体问题,为解决这些问题提供思路,从而有可能加速国内企业的现代化进程。。参考文章出处：刘志刚,方勇,陈康宁,林志航.线结构光三维视觉曲面测量的自适应采样与建模方法.西安交通大学学报.1999,33(10):48-51顾文郁．现代光电测试技术.上海科学技术文献出版社，406P任务五（20分）任务要求：请检索相关文献或者查阅网络资源，进一步学习逆向工程与快速成型的案例，请列举一项案例，该案例应包括三维数据获取、创新设计、快速成型制造等过程，需写明该案例使用的设备，要求叙述过程清晰，思路完成，内容详细。案例叙述：逆向工程逆向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模型的过程。而逆向工程则是从产品原型出发,进而获取产品的三维数字模型,使得能够进一步利用CAD/CAE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。随着计算机技术的发展,CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具。尤其是三维造型技术已经被制造业广泛应用于产品及模具设计、自动化加工制造等方面。在实际开发制造过程中,设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型,但很多时候,从上游厂家得到的却是产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径,将这些实物模型信息转化为CAD模型,这就应用到了逆向工程技术。快速成型快速成型技术,是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术,是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。快速成型制造(RapidPrototypingManufacturing,RPM)技术是使用快速成型技术、由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。快速成型技术基本原理和成形过程是:将计算机产生的CAD实体模型,根据工艺要求,按一定厚度进行分层,把原来的三维电子模型经分层切片软件处理,形成一系列薄截面层形状的二维平面信息,再将分层后的二维信息生成数控代码,以平面加工方式有顺序地连续加工出每层模型,并使它应用领域逆向工程技术和快速成型技术结合使得快速成型技术在制造领域的应用更加广泛,逆向工程在快速成型技术中的应用有以下几方面。1)用逆向技术直接生成STL文件,供快速成型系统的数据处理软件直接使用,产生数控代码。2)用逆向技术生成层片CLI文件,这种输出比较适用于对各种CT图像的逆向,由于快速成型本身就是分层制造法,用断层图像或矢量化的层片轮廓信息直接驱动快速成型设备逐层叠加而成三维实体。3)用逆向技术来重构出实体模型,借助于CAD系统来转化成STL文件。数据采集1)接触式测量:接触式测量是传统的测量方式,测量过程中测头与模型表面接触进行扫描测量,其测量精度高,缺点是测量速度慢,不适于软质材料或薄型物件进行扫描。其最典型的代表是常见的三坐标测量仪,又称探针扫描器,是利用三坐标测量仪的接触探头(有各种不同的直径和形状)逐点地获取被测型面上一点的X,Y,Z坐标值。2)非接触式测量:非接触式测量法主要是利用光学、声学和磁学等领域的基本原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。光学测量仪按其工作原理又可分为:投影光栅法、激光三角形法、轮廓投影法和图像分析法等。非接触式测量逐渐成为主流方法。3)逐层扫描测量:此方法提供了被测物体的截面轮廓及其内部结构的完整信息,并由数据重建物体的三维几何模型。4)逐层去除测量:此方法是一种破坏性的,与逐层累加相反的测量方法,该方法虽然破坏零件,但取得的数据精度高,在很多情况下也有应用。数据处理数字化测量得到的点云数据不可避免地存在一些问题,需进行数据的处理。点云数据的处理包括噪声去除、多视对齐、数据精简和数据分割等。1)噪声去除后续重构的影响,有必要对测量点云进行滤波,去除噪音点。2)多视对齐由于被测物体的尺寸过大或实物几何形状复杂,测量往往不能一次测出所有数据,需要从不同位置和多视角进行多次测量,再将这些点云进行对齐、拼接。多视对齐实质为寻求采自不同坐标系下点云的空间变换,以进行空间匹配。3)数据精简自动测量所得到的数据点云十分密集,数据存在大量冗余,无法直接用于曲面构造。由于数据的冗余,导致很多无效运算开支,如果不进行数据精简,会极大地降低几何建模的速度。不同类型的点云可采用不同的精简方式,散乱点云可通过随机采样的方法来精减;对于扫描线点云和多边形点云可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减和弦偏差等方法;网格化点云可采用等分布密度法和最小包围区域法进行数据缩减。4)数据分割数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面的类型,将属于同一子曲面类型的数据成组,这样全部数据将划分成代表不同曲面类型的数据域,为后续的曲面模型重建提供方便。利用ATOS光学三