逆向工程與快速成型技術1

2020級機械電子專業(yè)逆向工程與快速成型技術期末大作業(yè)系部：班級：學號：姓名：二零二三年六月二十日課程名稱逆向工程與快速成型技術分組情況組長組員教師評閱成績?nèi)蝿找蝗蝿斩蝿杖蝿账娜蝿瘴蹇偡殖煽兙C合評定：優(yōu)秀□；良好□；中□；及格□；不及格□教師簽字：日期：年月日任務一（20分）任務要求：請利用知網(wǎng)工具檢索近3年國內(nèi)有關逆向工程與快速成型的新技術、新方法、新工藝或者新裝備，分析其背景、解決的問題、采用的方法、應用效果、應用領域等內(nèi)容，填寫（1）~（8）項內(nèi)容背景：目前，逆向工程技術在整個工業(yè)領域有很大的應用價值，它能夠幫助工業(yè)設計人員快速滿足用戶的需求，工業(yè)產(chǎn)品也因為逆向工程技術變得更加集成化、小型化和數(shù)字化。逆向工程技術結合自動化和信息化技術，為我國工業(yè)制造領域帶來了全新的發(fā)展機遇，不但促進了機械制造業(yè)的發(fā)展，而且使得機械產(chǎn)品的制造變得更加智能，今后也必將更好地為工業(yè)產(chǎn)品設計服務。（2）解決的問題：逆向工程存在的問題:(l)測量方法中的實際問題;(2)數(shù)據(jù)處理部分特別是轉(zhuǎn)換為STL數(shù)據(jù)模型存在的問題;(3)曲面重構的問題。技術發(fā)展現(xiàn)狀:逆向工程技術的目前發(fā)展很快,前景很好。關鍵是由于硬件和軟件的成本較高,帶來其應用范圍受到一定限制。但畢竟它具有強大的發(fā)展勢頭,其發(fā)展趨勢不可限量。RE在國內(nèi)外的應用狀況:在許多航空業(yè)、汽車業(yè)、家用電器制造業(yè)、以及某些玩具制造行業(yè)都得到不同程度的應用和推廣。逆向工程可用應于新零件的設計,已有零件的復制,還可用于損壞或磨損零件的還原以及數(shù)字化模型檢測。（3）采用的方法：高質(zhì)量建模，對實物進行掃描，進行利用CAD/CAM/CAE建模技術對產(chǎn)品進行改型設計和各種工程分析。（4）實施過程：逆向工程的高質(zhì)量建模,生成曲面非常接近點云數(shù)據(jù),然又有良好的切向和位置連續(xù)性。很多時候,對于二階曲率連續(xù)或最終曲面的表面光順反射性考慮的不是很多。與此相反,高質(zhì)量的曲面建模,是通過最終曲面模型的總質(zhì)量及其捕獲原設計的風格或意圖來判斷的。因此高質(zhì)量的建模過程中,在低質(zhì)區(qū)域可以偏離參考點云數(shù)據(jù),以保證所需需要特別予以關注以保證捕獲到特征。很典型的一種情況是使用一些有助于評估質(zhì)量的診斷工具,這些診斷工具能夠以各種方式顯示光線在曲面上怎樣反射以及曲面的實際曲率是如何在零件面上變化的。（5）應用效果：在汽車、航空等工業(yè)領域中,復雜外形的設計,目前CDA軟件還很難滿足形狀設計的要求,仍然需要根據(jù)由粘土、木頭或纖維玻璃制成的手工模型,采用逆向工程的手段將實物模型轉(zhuǎn)化為CDA模型,實現(xiàn)對象數(shù)字化,從而建立起產(chǎn)品的數(shù)字化模型。這就是逆向工程的引出。逆向工程可以簡單的定義為這么一個過程:在沒有工程圖紙的情況下,對實際物體模型進行測量,通過對測量信息的分析和處理來構造其CAD模型的過程,由實際模型反求出設計模型來。（6）應用領域：逆向快速成型技術主要應用范圍為:新產(chǎn)品的設計和試制;與鑄造技術相結合,快速生產(chǎn)金屬模具和零件;結合塑料加工工藝,小批量快速生產(chǎn)塑料件。快速型技術可用于模具制造,或者諸如葉輪等復雜型體;也可用于醫(yī)學領域外科手術中人體牙齒、骨骼等器官的快速制作,例如用于假肢制造牙齒鑲復等;還可用于制鞋業(yè)、家電業(yè)對照本課程的知識點，總結該技術/方法/工藝/裝備與課程的聯(lián)系，展望該技術/方法/工藝/裝備在行業(yè)的應用場景。逆向工程技術和快速成型技術的一體化結合是多領域的、復雜的、多學科的系統(tǒng)工程,快速成型的出現(xiàn)把傳統(tǒng)的加工帶入全新的數(shù)字化領域,要讓該系統(tǒng)工程得到越來越廣泛、深入的應用,應從各個方面著手完善和發(fā)展該系統(tǒng),進一步拓寬該技術的應用范圍。逆向工程及快速成型技術做了一些分析和探討。利用RE、即、RT相結合的技術,進行模具制造,可有效地降低模具制造成本,縮短制造周期,從而顯著提高生產(chǎn)效率,贏得用戶市場。對于國內(nèi)的企業(yè)來說,由于資金、技術、人員等各種條件的限制,必須考慮到國內(nèi)和企業(yè)內(nèi)部的現(xiàn)實情況,正確地進行設備和軟件選型,合理地考慮各種因素,合理地考慮和選擇進口設備和國產(chǎn)設備,以最大限度地發(fā)揮企業(yè)的動力,贏得激烈的市場競爭。通過研究在國內(nèi)企業(yè)實施RE&RP技術中所遇到的一些具體問題,為解決這些問題提供思路,從而有可能加速國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)代化進程。。參考文章出處：劉志剛,方勇,陳康寧,林志航.線結構光三維視覺曲面測量的自適應采樣與建模方法.西安交通大學學報.1999,33(10):48-51顧文郁．現(xiàn)代光電測試技術.上?？茖W技術文獻出版社，406P任務五（20分）任務要求：請檢索相關文獻或者查閱網(wǎng)絡資源，進一步學習逆向工程與快速成型的案例，請列舉一項案例，該案例應包括三維數(shù)據(jù)獲取、創(chuàng)新設計、快速成型制造等過程，需寫明該案例使用的設備，要求敘述過程清晰，思路完成，內(nèi)容詳細。案例敘述：逆向工程逆向工程是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構實物的CAD模型的過程。而逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā),進而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型,使得能夠進一步利用CAD/CAE/CAM以及CIMS等先進技術對其進行處理。隨著計算機技術的發(fā)展,CAD技術已成為產(chǎn)品設計人員進行研究開發(fā)的重要工具。尤其是三維造型技術已經(jīng)被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及模具設計、自動化加工制造等方面。在實際開發(fā)制造過程中,設計人員接收的技術資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型,但很多時候,從上游廠家得到的卻是產(chǎn)品的實物模型。設計人員需要通過一定的途徑,將這些實物模型信息轉(zhuǎn)化為CAD模型,這就應用到了逆向工程技術。快速成型快速成型技術,是一種基于離散堆積成型思想的新型成型技術,是集成計算機、數(shù)控、激光和新材料等最新技術而發(fā)展起來的先進的產(chǎn)品研究與開發(fā)技術。快速成型制造(RapidPrototypingManufacturing,RPM)技術是使用快速成型技術、由CAD模型直接驅(qū)動的快速完成任意復雜形狀三維實體零件的技術的總稱?？焖俪尚图夹g基本原理和成形過程是:將計算機產(chǎn)生的CAD實體模型,根據(jù)工藝要求,按一定厚度進行分層,把原來的三維電子模型經(jīng)分層切片軟件處理,形成一系列薄截面層形狀的二維平面信息,再將分層后的二維信息生成數(shù)控代碼,以平面加工方式有順序地連續(xù)加工出每層模型,并使它應用領域逆向工程技術和快速成型技術結合使得快速成型技術在制造領域的應用更加廣泛,逆向工程在快速成型技術中的應用有以下幾方面。1)用逆向技術直接生成STL文件,供快速成型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件直接使用,產(chǎn)生數(shù)控代碼。2)用逆向技術生成層片CLI文件,這種輸出比較適用于對各種CT圖像的逆向,由于快速成型本身就是分層制造法,用斷層圖像或矢量化的層片輪廓信息直接驅(qū)動快速成型設備逐層疊加而成三維實體。3)用逆向技術來重構出實體模型,借助于CAD系統(tǒng)來轉(zhuǎn)化成STL文件。數(shù)據(jù)采集1)接觸式測量:接觸式測量是傳統(tǒng)的測量方式,測量過程中測頭與模型表面接觸進行掃描測量,其測量精度高,缺點是測量速度慢,不適于軟質(zhì)材料或薄型物件進行掃描。其最典型的代表是常見的三坐標測量儀,又稱探針掃描器,是利用三坐標測量儀的接觸探頭(有各種不同的直徑和形狀)逐點地獲取被測型面上一點的X,Y,Z坐標值。2)非接觸式測量:非接觸式測量法主要是利用光學、聲學和磁學等領域的基本原理,將一定的物理模擬量通過適當?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為樣件表面的坐標點。光學測量儀按其工作原理又可分為:投影光柵法、激光三角形法、輪廓投影法和圖像分析法等。非接觸式測量逐漸成為主流方法。3)逐層掃描測量:此方法提供了被測物體的截面輪廓及其內(nèi)部結構的完整信息,并由數(shù)據(jù)重建物體的三維幾何模型。4)逐層去除測量:此方法是一種破壞性的,與逐層累加相反的測量方法,該方法雖然破壞零件,但取得的數(shù)據(jù)精度高,在很多情況下也有應用。數(shù)據(jù)處理數(shù)字化測量得到的點云數(shù)據(jù)不可避免地存在一些問題,需進行數(shù)據(jù)的處理。點云數(shù)據(jù)的處理包括噪聲去除、多視對齊、數(shù)據(jù)精簡和數(shù)據(jù)分割等。1)噪聲去除后續(xù)重構的影響,有必要對測量點云進行濾波,去除噪音點。2)多視對齊由于被測物體的尺寸過大或?qū)嵨飵缀涡螤顝碗s,測量往往不能一次測出所有數(shù)據(jù),需要從不同位置和多視角進行多次測量,再將這些點云進行對齊、拼接。多視對齊實質(zhì)為尋求采自不同坐標系下點云的空間變換,以進行空間匹配。3)數(shù)據(jù)精簡自動測量所得到的數(shù)據(jù)點云十分密集,數(shù)據(jù)存在大量冗余,無法直接用于曲面構造。由于數(shù)據(jù)的冗余,導致很多無效運算開支,如果不進行數(shù)據(jù)精簡,會極大地降低幾何建模的速度。不同類型的點云可采用不同的精簡方式,散亂點云可通過隨機采樣的方法來精減;對于掃描線點云和多邊形點云可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減和弦偏差等方法;網(wǎng)格化點云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域法進行數(shù)據(jù)縮減。4)數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面的類型,將屬于同一子曲面類型的數(shù)據(jù)成組,這樣全部數(shù)據(jù)將劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據(jù)域,為后續(xù)的曲面模型重建提供方便。利用ATOS光學三