逆向工程在曲面零件设计与检测的应用研究-.doc

目 录 第一章 绪论 1 1.1 本课题研究的学术背景 1 1.2 逆向工程与检测技术 2 1.3 国内外研究现状 3 1.4 本课题主要研究内容 3 第二章 逆向工程及其测量方法研究 4 2.1 逆向工程概述 4 2.2 逆向工程测量方法 7 2.3 逆向工程测量设备 11 2.4 逆向工程测量数据格式转换 12 第三章 逆向工程三维模型重构技术 13 3.1 点云数据的预处理 13 3.2 三维曲面重构技术 15 3.3 模型质量评价 17 第四章 逆向工程在曲面零件检测与设计的应用研究 20 4.1 测量与检测技术概述 20 4.2 面轮廓度误差的检测 21 4.4 Imageware软件介绍 24 4.3 高尔夫球头数据采集及预处理 25 4.5 高尔夫球头的曲面重构 28 4.6 曲面零件误差检测 31 4.7 高尔夫球头测量过程中的精度分析 33 结 论 34 参考文献 35 致 谢 37 第一章 绪论 1.1 本课题研究的学术背景 随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程和检测，已经成为CAD/CAM领域的一个研究热点，并且成为逆向工程技术应用的主要领域【1】。 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程(或顺向工程)，而产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样，再制造产品。逆向工程是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合。 目前，逆向工程技术在我国曲面零件产品的生产过程的应用主要是从实物模型到基于三坐标测量的空间数据点云，再利用逆向工程软件得到其CAD模型【2】，最后通过CAD软件进行参数化设计，形成优化及系列化的CAD模型。 数字化检测技术是一项具有广泛应用前景的高新技术，对于检测手段的柔性化、自动化具有重要的意义。随着科学技术的发展和制造水平的提高，人们对于曲面零件的精度要求也越来越高，而曲面零件形状复杂，用传统的检具检验时难度大，且检测精度不高，如何采用有效的方法取代传统的检具，提高曲面零件的检测精度是实际生产中急待解决的问题。本课题正是在这一背景下设立的。 本课题以复杂曲面零件高尔夫球头为研究对象，采用逆向工程软件Imageware，运用基于NURBS曲面重构方法进行了高尔夫球头的曲面构造，得到了高质量的NURBS曲面。同时在逆向工程软件Imageware的曲面重构和曲面比较的功能相结合的基础上，研究了数字化检测的技术，并给出了几种典型的零件误差数字化检测的具体方法和实现步骤，该方法成功地解决了传统检具精度低、检测成本高的问题，对于实现检测的自动化、柔性化和数字化有重要的应用前景。 1.2 逆向工程与检测技术 1.2.1逆向工程的重要意义 逆向工程是先用一定的测量手段对实物或模型进行测量，而后把测量数据通过三维几何建模方法重构实物CAD模型，并在此基础上进行改进设计及生产的全过程，它在产品设计中的应用具有非常重要的意义。 首先，它能够拓展设计师的设计思维。 其次，它缩短了设计周期，降低了设计成本。 最后，它对消化和吸收国外先进技术有着重要的意义。 1.2.2检测技术 检测是检验和测量的统称，测量能获得具体的数值，而检验不能获得具体的数值，只能判断合格与否。由此可见，检测是组织互换性生产中必不可少的重要措施。检测是保证机械工程质量的基本方法和手段。机械制造业的发展要求开发新的测量与检测方法，实现高精度、高效率的测量和检测。 检测技术的发展经历了从人力检测、人工检测、电检测到计算机辅助检测阶段。几何量检测在我国具有悠久的历史，几何量检测技术的发展是和机械加工发展分不开的，加工精度的提高，一方面对测量器具的精度要求也随之提高，另一方面，加工精度本身也要通过精确的检测来体现和验证。 计算机辅助检测计划(CAIP)系统已成为CAQ系统的重要组成部分，它的核心问题是解决如何检测零件。在柔性制造中三坐标测量机(CMM)是重要的检测手段，在制造企业中得到广泛的应用。 从某种意义上讲，我们可以这样说：“没有检测，就没有产品的质量”。先进的检测技术和工艺技术的结合，将有力地促进和提高生产过程的机械化、自动化水平，有效地减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率，降低原辅材料的消耗，从而为企业带来丰厚的经济效益。 1.3 国内外研究现状 日本、美国等工业强国在逆向工程方面的研究依然走在世界的前列，他们对逆向工程技术的研究有许多值得我们借鉴的地方。在国内，上海交通大学、西安交通大学、华中理工大学、广东省机械研究所、天津大学等科研机构都对逆向工程技术进行了研究。 目前，在我国基于实物的逆向工程广泛地应用在产品复制和仿制，尤其是外观设计产品方面，相对容易实现。目前基于CAD/CAM系统的数字扫描技术为实物逆向工程提供了有