逆向工程技術Reverse Engineering).是20世紀80年代后期出現在先進制造領域里的新技術。與傳統的“產品概念設計一產品CAD模型一產品(物理模型)”的正向工程不同,逆向工程首先對實物原型進行數據采集,經過數據處理和曲面重構等過程,構造出實物的三維模型,然后再對原型進行復制或在原型基礎上進行再設計,實現創新。
數據預處理
實際測量當中由于各種人為及隨機因素的影響,測量結果會不可避免的引入數據誤差,尤其是在尖銳邊緣和產品邊界附近的測量數據和測量數據中的壞點可能使該點及其周圍的曲面偏離原曲面。如果直接使用測量后的數據用于曲線、曲面造型,勢必會造成重構曲面不能滿足精度要求.對于那些測量誤差太大的無效測量點數據,會導致擬合后的曲面發生干涉、翹曲等變形,甚至導致曲面無法擬合。因此,在進行曲面重構之前必須對點云數據進行預處理。點云數據的預處理內容主要包括六個方面:格式轉換;數據過濾及平滑;分塊數據整合對齊;球頭半徑補償;數據精簡;數據分割等,然后通過適當的算法,把這些經過處理的數據擬合成CAD模型。
用三坐標測量機進行接觸式測量時,得到的數據是測頭中心的坐標值,而并非測頭與被測件接觸點的坐標值。在測量過程中,由于測頭的運動方向和被測曲面的法線方向不一致.故在確定實際被測件輪廓的各點坐標時。需要進行測頭半徑的補償。測頭半徑補償常用的方法有:微平面法、三點共圓法、擬合補償法、直接計算法和三角網絡法。而通過激光掃描設備得到的點云數據不同于接觸式數據.一般得到的數據可達到幾萬到幾十萬個點。甚至更多;它不僅會使計算量加大,還會影響曲面的光順性.因此必須對這些點云數據進行精簡。有關數據精簡的算法很多.主要有:*大允許偏差精減法、均勻網格法與非均勻網格法。
曲面重構
在逆向工程中.實物的三維模型重建是整個過程*關鍵、*復雜的一環,而曲面重構又是這一環節中的核心部分。目前.在對實物的逆向工程的過程中,大致有三種曲面重構方法:一種是基于三角Bezier曲面為基礎的曲面構造方法:第二種是以B—Spline或NURBS曲面為基礎的曲面構造方法:第三種是以多面體方式來描述曲面物體。
曲面重構中通常先對離散數據點參數化。可以根據數據點塊的邊界構造初始曲面,對應各數據點在曲面上的相對位置,從而計算機出其各自的參數(u,v)的分布,使各數據點成為曲面片真正的節點。然后對各節點進行順序排列,包括節點次序、節點編號和節點參數化值,在此基礎上進行下步處理。
CAD模型重構
經過曲面重構后,得到的模型為曲面模型.而進行后續的制造或進行有限元分析所需要的模型必須為有厚度的、有質量的實體模型,因此一般要將曲面模型輸入到CAD軟件中轉換成實體模型。
在CAD軟件中的幾何模型重構一般分為兩種方法:
1、掃描時,將零件的外形數據全部獲取。然后再RE軟件中,將零件的外形全部擬合重構出來。中央將其模型數據輸入到CAD軟件中,經數據修復后,則只需要進行實體化,將曲面模型轉換成有厚度的、有質量的曲面模型。例如,在PROE中對曲面模型進行實體化只需點選輸入的IGES的曲面模型,然后使用Solidify命令.使曲面模型變成一個實體模型.或使用Thicken命令,使曲面模型變成一個有一定厚度的實體模型。
2、著零件的外形一部分為復雜自由曲面特征.則只需對這復雜自由曲面部分,采用逆向工程處理,然后將其輸入到CAD軟件中,使用CAD軟件中的造型技術將這個零件的幾何實體模型繪制出來。
結束語
逆向工程技術以其獨有的特點已廣泛應用于機械產品的開發、模具的設計、舊零件的還原等許多方面,逆向工程測量測繪目前來說還存在較大的局限性。在機械設計領域中,集中表現為軟件智能化低;點云數據的處理方面功能弱;建模過程主要依靠人工干預、設計精度不夠高;集成化程度低等。隨著測鼉設備和軟件智能化的發展.將來有望形成集成化逆向工程系統,以軟件的智能化來代替人工干預的不足。