数字化技术在产品开发中的应用

主要内容逆向工程的概念逆向工程的原理逆向工程的应用逆向工程未来的发展方向逆向工程的概念

逆向工程（ReverseEngineering,RE)也称反求工程,是相对于传统的产品设计流程即正向工程（ForwardEngineering,FE)而提出的,逆向工程常指将现有模型（产品样件，实理模型等）经过一定的手段转化成概念模型或工程设计模型，如利用三坐标测量机测量的数据对产品进行数学模型重构，或者直接将这些离散的数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程，是对现有产品的再设计，再创造的过程。概念设计详细设计CAD数模模具产品实物样件数据获取CAD数模模具产品正向工程逆向工程逆向工程的工作流程图实物样件数据采集数据处理曲面重构逆向工程数据采集的方法大概有两大类型：接触式、非接触式三坐标测量机（coordinatemeasuringmechine,CMM)是接触式数据测量的典型数据采集仪器，在逆向工程技术应用的初期，CMM是实物三维数据采集的主要手段，按结构形式分为龙门式、水平臂式、桥式、关节壁式等。工作原理：由数控装置发出脉冲控制坐标轴移动，由位置检测装置检测运动部件的实际位置，当检测头与被测物件表面接触时产生信号，读取各坐标轴位置寄存值，经处理后得到测量结果。非接触式测量机包括光学、声学、磁学测量机等，其中激光测量机是目前技术最为成熟，应用最为广泛的一种光学测量机。不同数据采集方法的比较测量方式非接触扫描式接触触发式测量精度1-100um0.1-1um传感器模拟光电器件触发式开关器件测量速度1000·20000点/秒低于10点/秒前置作业需进行表面处理不需进行处理基准不需要建立基准坐标式需要建立基准坐标式工件材料不限定大于一定的硬度测量死角光学阴影处工件内部及小尺寸孔、槽误差曲率变化的则误差大测头长则误差大不同数据采集方法的比较测量方式非接触扫描式接触触发式优点1、测量速度快2、不需要进行探头半径补偿3、可测量柔软，易碎不可接触，薄壁件，毛皮等工件4、不会损伤工件表面精度1、精度高2、对测量零件的表面粗糙度、反射性要求不高3、可以直接测量工件几何特征缺点1、测量精度差特别是工件与测头不垂直时误差较大2、无法测量特定几何特征3、无法测量陡峭面4、工件表面质量对测量精度影响较大1、测速慢，需要进行探头半径补偿2、测头测量各项异性时影响测量精度3、测头易磨损，损伤工件表面精度4、无法测量深孔，小孔、窄缝三坐标测量机（CMM）三角几何法激光扫描仪原理：激光作为光源照射到被测物件上，利用电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD)接受漫反射光成像点，根据光源、物体表面反射点和成像点之间的三角关系，计算出表面发射点的三维坐标。优点：能快速采集物件表面点数据信息缺点：采集精度受目标物件表面质量和扫描仪与目标物件之间的距离和环境因素等的影响。数据处理不管采取什么的数据采集方法总会存在误差，对于大型或者复杂的物件可能需要分多次测量，因此对前期测量所得到的数据还需要进行处理，数据处理主要包括：去除杂点、数据拼合、数据精简。去除杂点受扫描设备或环境等因素的影响，扫描后得到的点云会存在大量的无用点，这些点的存在会对后续工作产生严重的影响，所以在进行曲面重构前需要对数据进行去除杂点处理。数据拼合受数据采集设备的影响，很多大型零件不是一次就能采集所有的数据而是需要分多次采集，多次扫描后每块云点的坐标都发生了改变，数据拼合就是把它们统一在同一个坐标系下。数据精简在不损失模型特征的情况下对点云进行有效的精简可以大大提高工作效率。精简前点云数量323315点精简后点云数量为104748点曲面重构曲面重构就是根据数据采集信息来恢复原始曲面的几何模型，它与常规的曲面建模有很大区别，逆向曲面建模是通过大量点云数据来获取曲面信息，它所面向的对象是海量的云点数据，是一种非参数化的建模方式。曲面重构的基本过程1、点云预处理2、提取特征线3、将特征线导入三维造型软件4、构造自由曲面并剪裁处理5、生成过渡曲面6、加厚生成实体逆向工程的应用范围新产品的设计，主要用于产品的改型或仿形设计已有零件的复制，再现原产品的设计意图损坏或磨损零件的还原数字模型的检测，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模具样品的开发：汽车，消费性电子产品等人体形状量测：人体外形量测，医学工程设计造型：立体动画、多媒体虚拟实境等汽车试制车间用逆向工程系统进行质量检测汽车试制车间有大量的零件需要检测，利用逆向工程系统可以对零件进行全尺寸质量检测，并自动生成质检报告，大大提高效率。实测钣金云点的STL文件点云与CAD数据的对比结果逆向工程在汽车研制过程中的应用逆向工程未来的发展方向1