然字热术与点用
零部件3D测量与建模
石路晶
(天津中德职业技术学院天津300350)
应用研究
摘要：阐速了对于在有本部件实体而缺少CAD图纸的情况下，为了高效快速准确的得到CAD模型，应用逆向工程进行对零件进行3D测量并采集数据及建模的方法。另外以方向盘这个零件为例具体介绍逆向工程的设计过程，并提出了对未来逆向工程发展的展望。
关键调：逆向工程建模数据采集测量
中图分类号：TP23 1、引言
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2011)06003902
成型、及熔融沉积造型等。
当今时代随着CAD、CAM、CAE、PDM等先进技术在各个领域的深人发展,新技术的应用对企业的设计层提出了更高的要求。由计算机和NC组成的先进制造技术体系的关键是产品的信息模型、合理、完备的产品模型穿CAD、CAM、CAE和PDM的整个过程,是实现企业敏捷、柔性制造的基础。
为了加快CAD模型的建立速度，及对于有零部件实体而缺少 CAD图纸的情况，为了高效快速准确的得到CAD模型，逆向工程
这一概念被人提出。 2、基本概念
逆向工程（ReveresEngineering，简称RE）也称反求工程或反向工程，其来源于从油泥模型到产品实物的设计的过程。作为一种先进技术，从上世纪90年代起，各国的T业界开始重视逆向工程技术。当今，计算机技术和测试技术迅猛发展，逆向工程技术的应用主要体现在用CAD和CAM等软件，借助高端制造技术来实现实物产品的逆向工程。逆向工程技术与传统的产品正向设计方法是不同的：正向设计方法是根据要求先设计图纸，然后加工出产品：但逆向工程技术是根据已存在的产品或零件原型来构造新的产品或零件的工程设计新模式，是对已存在产品的再设计。逆间工程首先要将原始产品或零件的模型转化为数字化模型：方面是为工程设计及产品加工提供充足的数字化信息，另一方面
是为充分利用CAD/CAE/CAM技术对已有的产品进行再设计。 3、逆向工程的系统组成
逆向工程的系统包括3个部分：产品实体外形的数字化， CAD模型的重建和产品样本和模具制造。在逆向工程系统中主要用到的设备和软件有
3.1测量机和探头
测量机和探头是将原始产品或零件进行数字化的设备。常用的测量机种类包括三坐标测量机、多轴专用机等。探头分为接触式和非接触式。
3.2数据处理用测量机测量到的数据
这些数据在用CAD软件进行产品再设计前必须进行处理，这
些处理包括进行存储格式转换、操音过滤、对齐、半径补偿等换作。
3.3模型的重建软件
模型重建软件包括3类：第一类软件是正向设计的一些软件，即CAD/CAE软件，如SOLIDWORKS、I-DEAS、GRADE等，但这些软件在产品外形数字化处理和产品造型方面功能稍弱。第二类软件是拥有逆向功能的正向CAD、CAE、CAM专业软件，如Pro/Engineer、UC等。第三类软件为专门的逆向工程软件，如 IMAGEWARE及PARAFORM等。
3.4使最终产品、零件型样件成型的快速成型机
按制造工艺，快速成型机可以分为层合实体造型、立体印剧
方方数据
3.5产品制造设备
使用各种CNC设备、注塑成型机、钣金成型机等生产成品。 4、数据采集
将已存在的产品或零件进行数据采集技术工作是逆向工程过程中的首要环节，为后续进行数据处理及模型重建等工作打下坚实的基础。能够将已存在的产品或零件外形数据高精度的采集到计算机是逆向工程的首要内容。
4.1逆向工程数据采集技术中常用的测量方法
在逆向工程操作中采集已有模型或零件的数据要用到测量方法在近些年有了长足的发展。逆向工程的数据采集可以应用很多种测量方法，以获取样件模型的形状数据：
4.1.1接融式测量方注
接触式测量方法是一种比较传统的测量方法，这种方法是通过传感测量头与样件模型的表面接触以获取样件表面的坐标位置。接触式测量方法分为机械手测量法和坐标测量机测量法两种。机械手测量法首先是通过机械手来接触样件模型表面，然后通过安装在手关节上的传感设备来确定样件模型上相关点的坐标位置。三坐标测量机测量法是另外一种接触式测量方法，也是目前应用最广泛的将模型样件数字化的方法。它是通过三坐标测量机的接触式探头逐点地捕提模型样件表面以获取相关坐标数据。接触式测量方法是技术比较成熟的一种测量方法，其突出的特点是可以达到很高的测量精度，另外接触式测量法对所测量样件的材质、色泽没有特殊要求。但接触式测量法的缺点是测量范围小不适宜测量具有有复杂内部尺寸的样件模型、另外曲面较多的样件模型也不适合用接触式测量法测量。
4.1.2非接融式测量方液
非接触式测量方法主要是利用光学、声学及磁学等物理学的基本原理，应用计算方法把特定的物理模拟量转换为所测模型样件表面的坐标。磁学方法是通过分析被测试模型样件所在的空间邀场的不同强度来完成测量工作的。通过人为干预创造出一个与所副模型样件空间位置相对应的磁场分布，使处于不同位置上的所测模型样本上的质子可以以不同的赖率发生共振，这样就可以从测得的MRI信号中恢复出某种参数及与该参数有关的图像。五种常用的光学方法分别是投影光栅法、激光三角形法、激光测距法、干涉测量法及图像分析法。在这些方法中最典型的方法是投影光栅法。
投影光栅法的测量原理是将光栅投射到被测模型样件的表面上，光栅影线会因被测样件表面高度的不同而发生变形，然后通过变形的光栅影线来确定样件表面的高度。
激光三角形法是另一种常用的测量方法，其基本原理是将具有规则几何形状的激光光源投影到被测模型样件表面上，三维的模型样件对激光光束产生空间调制，改变了成像光束的角度，形成的漫反射光点(或光带)在图像传感器(CCD)上成像，按照三角形原
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