反求技術的應用和發(fā)展

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1、反求技術的應用和發(fā)展院（系）材料科學與工程專業(yè)材料加工工程學生學號班級2010年5月15日反求技術的應用和發(fā)展摘要:闡述了再制造工程中反求技術的基本概念及其應用，介紹了反求技術中幾種主要測量方法的基本原理和特點，并對其精度、速度和適用范圍作了分析和比較，同時介紹了三維表面重建的幾種常用方法，提出了反求技術在再制造工程中的應用。關鍵詞：再制造，反求技術，三維測量，三維重建1.緒論首先介紹了反求工程的基本概念，進而介紹了與此相關的快速實物測量技術、快速曲面建模技術、快速加工技術的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，最后通過分析與比較，結合實際實驗條件確定本課題的研究內(nèi)容及實驗方法。1.1引言在計算機技

2、術飛速發(fā)展的今天，三維的幾何造型技術已被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及工模具的設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。我們從上游廠商接收的技術資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型。但是，由于各種原因，我們所面對的可能并非CAD的模型，而是實實在在的實物樣件，有時甚至可能連一張可以參考的圖紙也不存在，這就為我們在后續(xù)的工作中采用先進的設計手段和先進的制造技術帶來了很大的障礙。我們必須通過各種測量手段及三維幾何建模方法，將原有實物(產(chǎn)品原型或油泥模型)轉化為計算機上的三維數(shù)字模型，即所謂的反求工程(ReverseEngineering)[1]。近年來，隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，引進了

3、不少國外的先進技術和設備，隨之而來的一個問題是如何深入研究、消化、吸收這些先進技術，探索引進產(chǎn)品中的關鍵技術，然后在此基礎上改進、創(chuàng)新、開發(fā)出符合我國國情的先進產(chǎn)品，形成自己的技術體系，增加自力更生、振興經(jīng)濟的能力。反求工程技術的研究正是在這基礎上發(fā)展起來的。當前，世界各國在經(jīng)濟技術發(fā)展中，應用反求工程消化吸收先進技術經(jīng)驗，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術源于國外，反求工程作為掌握技術的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此研究反求工程技術，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，具有重大的意義。反求工程的應用領域大致可分為以下

4、幾種情況：（l）在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，在對零件原形進行測量的基礎上形成零件的設計圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼，加工復制出一個相同的零件[2]。（2）當要設計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用反求工程的方法。比如航天航空領域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學等要求，首先要求在初始設計模型的基礎上經(jīng)過各種性能測試(如風洞實驗等)建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復雜的自由曲面外型，最終的實驗模型將成為設計這類零件及反求的根據(jù)。（3）在美學設計特別重要的領域，例如汽車外型設計廣泛采用真實比例的木制或泥塑模型來評估

5、設計的美學效果。此外，如電腦仿型、禮品創(chuàng)意開發(fā)等都需用反求工程的設計方法。如果從狹義上講，反求工程主要指的是現(xiàn)代快速化的反求工程。它起源于二十世紀九十年代，主要伴隨著現(xiàn)代測量、計算機、現(xiàn)代制造等相關技術發(fā)展起來的。如果沒有與此相關技術的發(fā)展，反求工程就沒有如此長足的進步，在這里我們所指的反求工程技術主要包括快速實物測量技術、快速幾何建模、快速加工技術三方面[3]。1.2快速實物測量概述測量反求技術是利用三維數(shù)字化儀、激光三維掃描技術或自動斷層掃描技術快速、準確、自動地測取實際產(chǎn)品的形狀數(shù)據(jù)、零件表面和內(nèi)部尺寸，在計算機內(nèi)擬合成CAD模型，實現(xiàn)產(chǎn)品形體重構。目前，數(shù)字化方法主要分

6、為接觸式測量和非接觸式測量兩類，接觸式測量是指測量頭與實物表面有接觸，采用的設備主要有:三坐標測量機、數(shù)控機床(NC)加上測量裝置、專用數(shù)字化儀等。這種方式比較成熟，但測量速度和精度比較低，而且不適合柔軟實物的測量。隨著計算機和光電技術的發(fā)展，以計算機圖象處理為主要手段的非接觸式測量技術得到飛速發(fā)展，如光柵法和激光三角形測量等[4]。1.2.1三坐標測量及測頭產(chǎn)品幾何形狀測量可以在三坐標測量機上進行，根據(jù)三坐標測量機驅動系統(tǒng)的不同分為兩類測量系統(tǒng):手動三坐標測量系統(tǒng)和數(shù)控三坐標測且系統(tǒng)，測頭的分類也是多一種多樣的，早期三坐標測量機大多使用固定剛性測頭，這種測頭存在著嚴重的缺陷，

7、不能用在數(shù)控三坐標測量機上，當前常用的測頭是電感式、電容式或光柵式的三維位移接觸式測頭，這類測頭可用于自動測量，如英國著名的測頭生產(chǎn)廠家REN工SHAW公司生產(chǎn)的各種三維測頭;大連理工大學研制的三維電感測頭等.然而這些接觸測頭仍然存在一定缺陷:①盡管測童時測頭與被測物之間的接觸壓力很小，但仍然存在著一定的接觸壓力，對于某些質地柔軟的物品必然產(chǎn)生測量誤差;②由于接觸壓力對被測對象的干擾，使得三維補償問題并沒有得到徹底解決[5]。1.2.2測量方法概述三坐標測量在測量方式上可分為接觸式測量和非接