先进制造技术结课论文.doc

先进设计技术—反求工程 胡立 1201011127 概述 概念 以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行创新改进，使之成为新产品的，这一种开发模式被称为反求工程（Reverse Engineering，RE），又叫做逆向工程。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型设计 ??(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图 (3)损坏或磨损零件的还原 ??(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 ?逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 1．2 起源 反求工程这一术语起源于20世纪60年代，但对它从工程的广泛性去研究，从反求的科学性进行深化还是从20世纪90年代初刚刚开始。世界各国在其经济技术发展过程中，都非常重视应用反求工程对国外的先进技术进行引进和研究工作。 1．3 特点 传统的产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中形成对该产品的总体构思，然后综合各方面的要素和因素，对产品的功能、性能、结构、尺寸、形状和技术参数等借助计算机建立其三维数字化信息模型，最终有可能将这个模型转入到制造流程中，指导生产过程，这样的产品设计过程我们称为正向设计过程。而在整个产品的设计过程中，所建立的三维数字化信息模型在后续的设计及制造环节中几乎没发挥作用，后期模型的制作还是依靠传统的手工方法制作，造成前后工作脱节。基于反求工程的产品设计从物质形态上来讲可以认为是一个从有到无再到有的过程。简单地说，反求工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸和数字模型)的过程。 基本原理 它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，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。其主要任务是将原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型：一方面为提高工程设计、加工分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面为充分利用CAD／CAE／CAM以及CIMS 关键技术 3．1表面数字化技术 表面数字化就是通过特定的测量设备和测量方法获得零件表面离散点的几何坐标数据。只有获得了样件的表面三维信息，才能实现复杂曲面的建模、评价、改进、制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是反求工程的主要研究内容之一在反求工程中，传统的数字化方法是采用接触式测量，其典型代表是三坐标测量机。随着快速测量的需求及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术得到飞速发展。常用的非接触式测量方法一般可分为被动视觉和主动视觉两大类。被动式方法中无特殊光源，只能接收物体表面的反射信息，因而设备简单、操作方便、成本低，但算法较复杂。主动式方法使用一个专门的光源装置来提供目标周围的照明，通过发光装置的控制，能使系统获得更多的有用信息，降低问题难度。 坐标测量机是一种大型精密的三坐标测量仪器，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。坐标测量机一般采用触发式接触测量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三维力—位移传感的扫描测量头，该测头可以在工件上滑动测量，连续获取表面的坐标信息，扫描速度可达8米/秒，数字化速度最高可达500点/秒，精度约为0.03mm。这种测头价格昂贵，目前尚未在坐标测量机上广泛采用。坐标测量机主要优点是测量精度高，适应性强，但一般接触式测头测量效率低，而且对一些软质表面无法进行逆向工程测量。 4．1.2层析法 层析法是近年来发展的一种反求工程逆向工程技术，将研究的零件原形填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据，并将其组合起来获得零件的三维数据。层析法的优点在于任意形状，任意结构零件的内外轮廓进行测量，但测量方式是破坏性的。 4．2非接触式逆向工程测量方法 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。以下仅将在反求工程中最为常用与较为成熟的光学测量方法（含数字图像处理方法）作简要说明。 4．2.1基于光学三角型原理的逆向工程扫描法 这种测量方法根据光学三角型测量原理，以光作为光源，其结构模式可以分为光点、单线条、多光条等，将其投射到被测物体表面，并采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，根据光点或光条在物体上成像的偏移，通过被测物体基平面、像点、像距等之间的关系计算物体的深度信息。 4．2.2基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法 这种测量方法将光栅条纹投射到被测物体表面，光栅条纹