反向工程与数字化扫描系统
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摘要:重点介绍了数字化扫描系统在反向工程技术中的应用,分析了在实际应用中应该注意的问题。
关键词:反向工程;数字化扫描系统;数据处理
1 引言在机械领域,反向工程(Reverse Engineering)是指在没有设计图纸及没有CAD数字模型的情况下,按照现有零件的模型(称为零件原形),利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原形CAD模型的过程。
2 反向工程技术设计的主要步骤(1)反向工程技术设计工作首先要从设计对象中提取代写论文三维数据信息,将零件原形数字化。反向工程具有与传统设计制造过程截然不同的设计流程。在反向工程中,按照现有的零件原形进行设计生产,零件所具有的几何特征与技术要求都包含在原形中;在传统的设计制造中,从概念设计出发到最终形成CAD模型是一个确定的明晰过程,而通过对现有零件原形数字化后再形成CAD模型的反向工程是一个推理和逼近的过程。零件原形的数字化通常采用有关数字化扫描装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。(2)反向工程技术设计工作的第二步是从测量数据中提取零件原形的几何特征以建立零件CAD模型或直接用测量数据生成数控加工用的NC代码。零件原形CAD模型的建立可将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合,并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。如需对建立的CAD模型进行检验与修正可采用将获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验建立的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求,对不满足要求者可在CAD系统里进行重新修正,直至达到零件的设计要求。
3 数字化扫描技术在反向工程中的应用(1)数字化扫描设备的发展为产品三维信息的获取提供了条件。目前,国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就扫描测头结构原理来说,可分为接触式和非接触式两种,其中,接触式测头与被测物体直接接触,获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来,数字化扫描设备有了很大发展。例如,英国雷尼绍公司的CYCLONE2高速扫描仪,可实现激光测头和接触式扫描头的互换,激光测头的扫描精度达0.05mm,接触式扫描测头精度可达0.02mm,可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。CYCLONE2高速扫描机是一台独立工作的、专门用来扫描的设备,其扫描速度最高可达3m/min,并且数据可直接传送到机床上,大大缩短模具制造周期。CY-CLONE2高速扫描机可与众多的数控机床配套使用,该扫描机接触力小,可使用非常细的探针进行扫描细小的模具和细微的特征表面。(2)扫描软件的发展使生成CAD模型更为方便。雷尼绍公司的扫描软件-Tracecut软件是雷尼绍扫描系统的核心。它是一个用户界面友好的、建立在PC平台上的CAM软件。用它可控制扫描系统进行数据采集,对所获得的模型进行阴/阳模转换、缩放、镜像、旋转等处理,并根据需要生成不同数控系统的加工程序。此外,如需对模型进行修正,它也可以将扫描到的数据输出到CAD/CAM软件,以对模型进行修改,目前该软件可以将扫描到数据输出到美国PRO/E、以色列的CIMATRON等软件中,这样给软件的后期处理带来很多方便。
4 在实际应用中应该注意的问题我们知道,扫描得到的数据只是一些很密集的点,论文代写我们通常称之为“点云”,在利用这些数据进行反向工程时一般可通过以下两种途径:(1)将其过滤、比例缩放、镜象处理后直接生成NC代码,输出到数控机床进行加工。这种方法简单方便,但由此制造成的零件通常精度较低,与原始零件相去较远,而且设计人员无法在原有零件基础上进行任意更改。(2)将“点云”数据处理,建立曲面模型,然后进行加工。这样可以任意修改模型,以得到的精确、合乎设计要求的零件。曲面建立通常有两种方案:1)可通过将扫描得到的“点云”数据利用相关软件-例如雷尼绍公司Surfacer软件进行处理,拟合成曲面,然后输出到CAD系统进行建模。2)直接将数据输出到CAD系统进行曲面造型。但在实际设计中,目前这两种方案均存在着一定的局限性。第一种方案在机械设计领域中,缺点集中表现为软件智能化低;“点云”数据的处理功能弱;建模过程主要依靠人工干预,设计精度不够高;集成化程度低等问题。例如,Surfacer软件在读取“点云”数据时,系统工作速度较快,并且能较容易地进行点线的拟合。但通过Surfacer进行面的拟合时,软件所提供的工具及面的质量却不如Pro/E、UG等CAD软件。在很多时候,在Surfac-er里做成的面,还需要到UG等软件中修改。但是利用第二种方案,例如使用Pro/E、UG等软件直接读取“点云”数据时,代发论文会造成数据庞大的问题,对它们来说,一次读取如此多的点是比较困难的。在具体工程设计中,一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如采用Surfacer与UG和Pro/E功能结合的方法,在具体操作中,使用Surfacer进行点、线处理,得到基本控制曲线,然后使用UG和Pro/E引入控制线的数据,进行曲面造型另外,值得注意的是,在设计过程中,并不是所有的点都是要选取的,因此,在确定基本曲面的控制曲线时,需要找出哪些点或线是可用的,哪些点或线是一些细化特征的,需要在以后的设计中用到,而不是在总体设计中就体现出来的。事实上,一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后,测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线,对其进行拟合。
5 结束语反向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术,现已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中,它不仅消化和吸收实物原型,并且能修改再设计以制造出新的产品。研究反向工程,意义重大。[参考文献][1]杜昌松•数模造型及数据扫描在汽车模具制造中的应用•机电一体化,1998(4)[2]张曙•RENISHAW数字化扫描系统•制造技术与机床,1995(11)