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        逆向工程發展現狀和歷史

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        天宇 發表于 2016-1-10 14:06:07 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
              隨著科技的發展和市場競爭的日益激烈,對產品的設計提出了更高的要求。即產品多樣化、外形美觀、更新換代周期短;同時也促進了產品制造過程的發展;近年來,許多產品的設汁、制造要求基于現有的原型或實物,因此產生了逆向工程的概念。

            逆向工程是指根據實物模型測定的數據,構造出CAD模型的過程。逆向工程為客戶和制造者在并行工程環境下應用快速原型技術提供了強有力的工具,是縮短產品開發周期的有效途徑。特別是形狀復雜的物體或自由曲面組成的物體,例如:流線型物體、人體器官,雕塑品、模具等。這種技術在工程上正得到越來越廣泛的應用。

        1 、逆向工程建模過程
            由實物產生CAD設計模型的過程稱為逆向工程的幾何建模,是逆向工程的關鍵技術,也是逆向工程的研究重點,此過程分兩個階段:數據采集;CAD模型的建立。

            1.1數據采集
            數據采集是由實物測量出數據點的過程。根據測量方式不同。數據采集方法分為接觸式和非接觸式測量兩大類。接觸式測方法是通過傳感器測與樣件的接觸而記錄樣件表面點的坐標位置。非接觸式測量方法主要是基于光學、聲學。滋學等領城中的基本原理。將一定的物理模擬通過適當的算法轉換為樣件表面的坐標點。使用的測量方法及測量設備不同。得到的測量數據組織方式也不同。
            數據采集是逆向工程準確建摸的基礎,采集的質量受很多因素影響,主要有以下幾方面:測量方法本身的精度、儀器的校準、測量范圍的限制、定位的準確性、多視圖問題,數據的局部丟失、被測表面的光潔度、零件數據的統計性分布等。由于以上原因,測量數據需要進行預處理,包含多視圖拼合、嗓聲處理及數據精簡等多方面的工作:經過頂處理的數據才可進行曲面擬合及CAD模型的建立。

            1.2 CAD建模
            由數據點產生CAD模型的方法有很多種。按照數據的組織方式、模型的產生過程不同,分以下幾類:
            (1)基于特征的建模方法。
            該方法的原理是操作者首先通過對采集的數據點和擬合曲面的形狀特征的提取(即區域劃分及分類),確定曲面局部擬合區域,然后對這些擬合曲面基于合適的拓撲關系進行求文運算。曲面產生后,在人工的干預下,通過幾何拓撲關系構造出CAD棋型。目前使用的逆向工程系統區域劃分大多是交互或半交互方式。
            (2)基于切片數據的建模方法。
            該方法中,物體表面上的數據點是通過沿著物體長度方向上切分得到的輪廓線來表達,這些信息場常可以用計算機化的x射線斷層照相法獲得。此類數據具有特殊的分布方式,數據分布于一組平行的截面線上。模型產生有兩種方法。第一種是連接相鄰截面線上的點,形成GO連續的CAD模型;另一類方法先擬合截面線,再用蒙皮的方式產生曲面模型,是交互系統中常用方法之一:
            (3)基于可變形模型的建模方法
            該方法是采用可變形的換型來描述物體。開始定義一個具有形狀和拓撲關系的變形體,它既可以完全包容給定的描述體,也可以被描述體所包容。成本函數與兩個物體有聯系,并且在滿足一定的條件下,進行最小化,其結果是變形體既可以圍繞描述體由大到小收縮變形,也可以由小到大膨脹變形。基于物理的建摸方法是此類方法的特例:由于可變形模型建模的復雜性,模型往往具有針對性,所以,雖然有不少研究,但難以達到實用、通用。
            (4)整體的自動建模方法:
            以上三種方法對干由復雜雕塑面或大型的自由曲面產生的散亂數據難以達到精確或自動的擬合,近年來出現了一些針對散亂點的整體曲面重構方法。此類方法用三角面片或光滑曲面片表示整個實體。
            綜上所述,目前已有多種來自坐標點的建模方法,每種方法都有它的特點和適用范圍。
            從以上分類比較可看出:特征建模能夠表達產品的設計意圖,適合大多數的工程零件,單個特征進行擬合,擬合速度高,但由于其交互式的進行區域分割、面片相交,降低了建模的整體速度,特別是對于包含復雜曲面的物體建模,其交互操作往往費時又難以保證精度;曲面整體建模方法雖避免了區域劃分和相交處理,但由于用一種面表示整個實體,對于工程零件。沒有表達出產品設計意圖;可變形建模方法對于具有簡單輪廓或者凸面幾何形狀的物體非常適用,但有關工程上應用的報道卻很少。該方法中的特征信息沒有包含逆向工程中制造所需要的面、邊等信息,因此不適用于逆向工程系統。
            逆向工程幾何建模的理想系統是可適用任意數據分布、可對任意形狀物體建模的自動化通用建模系統。作者目前正開發的系統結合特征建模和曲面整體建模的優點,進一步完善了面片分割的算法,對于分割產生的具有不規則邊界的自由曲面,利用樣條曲面細分技術進行整體擬合,提高了特征建模的自動化程度。

        2、逆向工程系統及應用情況
            目前研究或應用中的系統可分以下幾類:
            (1)針對具體應用開發的系統開發了一種針對機械零件識別的逆向工程系統,此系統只能識別由平面組成的零件。開發了基于微機的逆向工程系統主要用于仿制空軍部門淘汰的零件。
            (2)專用曲面擬合軟件系統曲面擬合是逆向下程的關鍵過程,開發了擬合3D激光掃描數據的軟件包,數據點被交互的劃分區域,擬合曲面輸入通用CAD系統進行相交、延伸、過渡、建立完整的CAD模型。此系統只處理標準的二次曲面。
            (3)與商用CAD系統的結合有些系統直接把數字化系統與商用CAD系統結合,Kwok開發的系統將CMM與AutoCAD結合起來,每測一個點的坐標,自動轉化為IGES格式,系統具有實時可視化功能。
            (4)測量與擬合的集成
            以上系統中數字化與曲面擬合是兩個分離的過程,為了提高測量精度,用擬合結果指導測量,減少測量數據,出現了測量與擬合的集成系統。Liang-Chia提出的集成系統,首先由用戶交互地劃分測量邊界,每個面片的測量中實時進行B2樣條曲面擬合,用擬合結果進行下一個測量點的位置預測,用實測值與預測值的誤差控制測量精度和擬合精度。
            (5)與快速原形制造的結合
            縮短產品制造的周期是逆向工程的目的之一,近年來出現了數字化系統直接用子制造的逆向工程與快速制造的集成系統,Jones C開發了由激光掃描結果產生螺旋線數控加工路徑的系統。

        3、逆向工程的發展方向及關鍵技術
            3.1現有系統的不足之處
            當前使用的逆向工程系統存在以下不足之處:
            (1)大多數系統是針對具體的應用而開發,數據處理往往針對特定的測量設備、測量對象,通用性差。
            (2)曲面擬合系統大多是對于代數二次曲面,對自由曲面,特別是由大數據量散亂點擬合自由曲面,系統一般沒有此功能
            (3)數據區域分割往往要交互操作,降低了CAD建模的速度,自動化程度低;
            (4)系統集成化程度低,有些系統只側重與曲面的擬合,有些系統只側重于與特定制造技術的結合,系統只包含簡單幾何數據,不符合現代設計制造的并行思想。
            3.2發展方向及關鍵技術
            幾何建模是逆向工程的關鍵環節,同時也是影響逆向工程速度的瓶頸問題,因此,提高逆向工程幾何建模的自動化程度和通用性是目前逆向工程研究的一個重點方向。作者提出了一種逆向工程幾何建模自動化系統,具有體現設計意圖的特征建模的特點,數據點的組織方式不限,輸出的B-rep模型與現有商用CAD系統完全兼容。系統的關鍵技術在于特征的自動提取、組合自由曲面的光滑連接。
            提高系統的集成性, 有些情況CAD 模型并不是必需的, 或者為了最快的制造產品, 需要數字化系統與CMM 的直接結合;另外,有些產品(例如注塑模、注塑件的設計)需要多次進行CA E 分析,由數據點直接產生CA E 模型,可極大地提高產品的設計、分析過程, 在上一節已有一些集成系統的應用實例,大多是根據具體情況的部分集成,邢淵提出了完整的逆向工程集成系統框架,具有CAD、 CA E、CAM 多個數據接口, 采用了面向對象的集成方法。關鍵技術是通用、開放的產品數據庫結構。

        4.結束語
            逆向工程是隨著科技發展、產品設計的需要而產生的一種新的產品設計制造過程, 是一種交叉的技術, 涉及測量、圖像、圖形、先進制造多個領域, 也將隨著各項支撐技術和理論的發展得到進一步完善。

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        沙發
        pqthf 發表于 2016-1-15 19:57:02 | 只看該作者
        牛牛牛牛呀












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        j595xm 發表于 2016-6-29 21:24:08 | 只看該作者
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        RL773005 發表于 2017-6-6 16:27:07 | 只看該作者
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        2929140532 發表于 2017-11-24 17:23:04 | 只看該作者
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        x夾包 發表于 2018-6-1 20:34:02 | 只看該作者
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        7#
        lgy千千都 發表于 2018-6-2 01:53:42 | 只看該作者
        好人一個啊













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        異鄉人艦隊c 發表于 2018-6-2 06:46:28 | 只看該作者
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        有人吵架exb 發表于 2018-6-2 22:02:10 | 只看該作者
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        10#
        默默行lrz 發表于 2018-6-2 23:44:09 | 只看該作者
        謝謝你的發言` 非常有意義













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