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我國逆向設計工程曆史和發展
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ATOS抄數掃描儀

时间 : 2019-03-10 08:57 浏览量 : 23

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隨著科技的發展和市場競爭的越來越大,對天堂在线的設計提出了更高的要求。即天堂在线的多樣化、外形美觀更高、更新換代周期也在變短短;同時也促進了天堂在线制造過程的發展;近年來,許多天堂在线的設汁、制造要求基于現有的原型或實物,因此産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。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生産信息的情況下,直接從成品分析,推導出天堂在线的設計原理。逆向工程爲客戶和制造者在並行工程環境下應用快速原型技術提供了強有力的工具,是縮短天堂在线開發周期的有效途徑。特別是形狀複雜的物體或自由曲面組成的物體,例如:流線型物體、雕塑、品模具、人體器官等。這種技術在工程上正得到越來越廣泛的應用。



  一 、逆向設計工程建模过程

  由實物産生CAD設計模型的過程稱爲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:數據采集和CAD模型的建立。

  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。數據采集方法分爲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爲樣件表面的坐標點。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准確建摸的基礎,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、儀器的校准、測量範圍的限制、定位的准確性、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。

  2. CAD建模

  由數據點産生CAD模型的方法有很多種。按照數據的組織方式、模型的産生過程不同,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,然後對這些擬合曲面基于合適的拓撲關系進行求文運算。曲面産生後,在人工的幹預下,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。模型産生有兩種方法。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,再用蒙皮的方式産生曲面模型,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。開始墾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,並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複雜性,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:

  以上三種方法對幹由複雜雕塑面或大型的自由曲面産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範圍。

  從以上分類比較可看出:特征建模能夠表達天堂在线的設計意圖,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,特別是對于包含複雜曲面的物體建模,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。沒有表達出天堂在线設計意圖;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,對于分割産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。


 


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(未完待續)


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