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1、机电控制工程系毕业设计（论文） 目 录第一章 引言41.1逆向工程的概念41.2三坐标测量技术41.3逆向工程发展情况51.4三维造型的应用软件61.5本课题需要解决的问题6第二章 基本理论62.1三坐标测量设备72.1.1三坐标测量原理72.1.2种类和特点82.2三坐标测量的重定位和对称82.3数据转换92.4逆向工程的基本理论92.5逆向工程的基本流程102.6曲面造型的现状102.7 UG的简介 11第三章 饮料搅拌器桶体三坐标测量 133.1有关设备133.2硬件系统的建立133.3实验系统的确定133.4三坐标测量系统软件143.4.1常用三坐标测量划线系统的构成143.4.2 L
2、MS主菜单143.4.3问题及测量方案18第四章 具体零件模型制作过程的过程 194.1 UG的用户界面及操作及制作工程194.2 UG的逆向造型遵循244.3搅拌器桶体整个制作过程27结束语36谢辞37参考文献38逆向工程在复杂零件设计中的应用 摘 要逆向工程是一门集CAD、激光、精密机械、数控及图像采集与处理为一体的新技术，在工业领域中，逆向工程技术有着广泛的应用前景，利用逆向工程技术可以给现代工业带来巨大变化。本文以搅拌器桶体作为反求对象，首先通过分析模型的曲面几何特征确定整体测量方案，划线标定后采用三坐标侧量仪确定最佳的数据采集方案。通过转化格式导入Unigraphics软件进行数据处
3、理，先进行点处理去除或隐藏干扰点，保存有效点。通过点连线构造基本表面轮廓。连结外型轮廓线间的经纬线。通过上述点线构面，进行面的构造，并且运用相应的实体命令，通过面光顺处理尽量使构造模型搅拌器桶体和实体搅拌器桶体模型相似。逆向工程技术在制造业中，能使产品研制周期大大缩短，极大地提高了生产率，增强竞争力，我国是制造业大国，但不是制造强国，可以预见逆向工程将在我国制造业中扮演更为重要的角色，是我过追上国外先进技术，成为制造业强国的途径之一。关键词 逆向工程 Unigraphics 三坐标测量 饮料搅拌器桶体第一章 引言1.1逆向工程的概念 所谓逆向工程就是将实物通过各种测量手段及三维几何建模方法转化
4、为计算机上的三维数字模型的过程。即将实物转变为模型,进而制造出同类新产品的相关数字化技术和几何模型的重建技术。逆向工程（Reverse Engineering, RE）是对产品设计的一种描述，根据已存在的设计模型，反向推出产品设计数据的过程。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能、大致的技术参数等，然后通过图纸或CAD技术的帮助建立产品的三维数字化模型。它针对现有的模型利用三坐标数字化测量仪准确、快速地将物体的三维坐标数据以数据点集的形式获取得到,在经过数据处理、构建曲面、编辑、修改后,传送至通常的CAD/CAM/CAE系统作进
5、一步的设计,再由该系统生成刀具的NC 加工轨迹传送至CNC机床制作所需的模具,或者生成STL文件传送到快速成型机将样品模型制作出来,也可由CAD生成机械加工用的图纸,再由传统机床加工出产品零件。1逆向工程的应用可以改善技术水平，使产品研制周期大大缩短，极大地提高了生产率，增强竞争力，对我我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。12三坐标测量技术三坐标测量机 ,可以用来测量特征的空间坐标、扫描剖面、测量分型线以及轮廓线。此设备获得点的数据量不像激光扫描仪扫描的那么大 ,所以用一些非专业的逆向设计软件是很合适的。三坐标测量机取点的效率较低 ,在零件测点时要有目的有计划的进行 ,除了
6、扫描剖面、测分型线外 ,测轮廓线等特征线也是必要的。目前逆向工程测量技术主要是通过三坐标测量仪器，三维数据的获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式。（1）接触式测量方法 接触式测量方法通过传感测量头与样件的接触而记录样件表面的坐标位置，可以细分为点触发式和连续式数据采集方法。（2）非接触式测量方法 非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。根据测量原理的不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。三坐标测量机是目前被广泛采用的接触式测量系统。三坐标测量机是通过测量头与实物的接触获得其坐标点的数据。利用三坐
7、标测量机进行复杂曲面产品测量时,通常采用连续扫描方式测量自由曲面,点触发式测量曲面边界及其它规则部分。2深圳市鑫磊镭瑞精密仪器有限公司开发的Laser-RE镭瑞系列三维激光扫描机就是基于激光线扫描方式，在国内最先推出的拥有完全自主知识产权的逆向工程专用扫描(抄数)设备。与此同时国际的三坐标测量仪器也有了更大的突破，特别在精度和三坐标测头这一块已经有了很大的成就，这样可以适应各类不同的需要，为工业的发展打下了基础。1.3 逆向工程发展情况 目前在国内外对逆向工程有了很大的突破，如GeoMagic()美国RainDrop公司的逆向工程软件，具有丰富的数据处理手段，可以根据测量数据快速构造出多张连续
8、的曲面模型。软件的应用领域包括了从工业设计到医疗仿真等诸多方面，用户包括通用汽车、BMW等大制造商。在国外,软件逆向工程是作为软件维护的一部分出现的，致力于通过软件逆向工程进行程序理解技术的标识、增强和实践推广研究和讨论软件逆向工程的问题、技术及其支持工具。大量的研究成果都集中在程序理解的辅助工具上。虽然与CAD/CAM系统相比，逆向工程技术在国内的应用时间只有短短十几年，但其应用前景已经为大多数人所关注，这对提高我国模具制造业的整体技术含量，进而提高产品的市场竞争力具有重要的推动作用。今后，逆向工程技术的发展趋势将是(1) 如何高效、准确地实现实物表面数据采集。(2) 如何高效的进行数据预处
9、理。（3）如何保证曲面重建时既能准确反映原始曲面的信息又能提高效率。（4）集成技术的研究。我国是世界制造业大国，但还不是制造业强国，因此逆向工程技术为我们跟上世界先进制造技术提供了方法，可见逆向工程技术在我国将会有更加巨大的发展。1.4 三维造型的应用软件逆向工程的实施需要逆向工程软件的支撑,常见的CAD/CAM/CAE软件有UG、Pro/ E、I-DEAS、CATIA、SurfCam、MasterCam等。其中UG的功能在曲面在这一块的功能较强大，用于航空，汽车等一些复杂的曲面造型中，主要功能有产品设计、性能分析、零件加工、机构运动分析、布线和产品宣传等，利用 UG，我们可以完成产品从概念、
10、模型建立、模型性能分析与运动分析、加工刀路生成等几个产品的生产过程，实现真正意义上的无图纸化生产。PRO/E的功能也是非常强大的，特别是在零件组合这一方面。Cimatron在造型和编程方面也是很强大，可以说三者各有其好处，为顾客带了方面。31.5 本课题需要解决的问题针对饮料搅拌器桶体完成曲面的设计和造型，我们主要解决的是根据饮料搅拌器桶体工程实件，以最短最快的时间进行表面数字化测量，掌握测量数据间的常用数据格式转换方法，快速准确的进行三维实体重构，为后续数控加工奠定基础，同时了解产品的数字化制造方法。方案：1、用三坐标测量仪，完成三维实体表面数字化。2、实现曲面的重构，使其达到一定的精度，为
11、后续的摸具加工做准备。第二章 基本理论 2.1三坐标测量设备及测量原理三坐标测量机(Coordinate Measuring Machines，简称CMM)是一种三维测量设备，能将各种复杂零件表面几何形状数字化。三坐标测量机初始是作为零件加工的误差评定的一种测量工具，随着计算机技术的发展，三坐标测量机的测试过程已完全实现计算机控制，可以根据被测零件的几何外形，自动生成测量路径，特别是CAD/CAM技术在制造业的广泛采用，三坐标测量机和CAD/CAM系统的一体化。它有机地结合了数字控制技术，利用了计算机软件技术，采用了先进的位置传感技术和精密机构技术，并使之完美结合。它顺应了硬件软件化的技术发展
12、方向，使诸如齿轮、凸轮、涡轮涡杆等以前需要专用检测设备才能完成工件，现在可用通用的三坐标测量机进行数据采集，结合相应测量、评价软件来实现专业的检测、评价功能。2.1.1测量原理根据测量要求，可把测量对象分为两类：规则几何形状和复杂形面结构。本设计中要求测量的是复杂形面结构，因此用轮廓测量，其方法为：沿表面顺序采集一系列测量点，作为描述该形面的依据。通过曲面、曲线数学处理模型，计算出该形面上任意一点的几何特性参数。三坐标测量机可同时测量尺寸和形状， 三坐标机测量时， 把被测对象作为离散点的集合， 对不同的被测量对象和要求， 通过测量从该集合中采集数目不等的若干离散点以代替该被测对象， 经过计算确
13、定被测对象的尺寸和形状。由上述可得出工件测量的一般步骤：如图2-1对工件表面采点利用数学模型进行数据处理结果输出图2-1工件测量的一般步骤2.1.2 三坐标测量测量的种类和特点三坐标测量的种类：包括手动测量的三坐标测量，全自动的三坐标测量，三维激光扫描仪器、激光跟踪仪等等。其在精度方面激光扫描仪和激光跟踪仪比前两个要高，价格也高。随着社会的进步，现在大多数大中型企业都采用的是全自动三坐标测量和激光扫描仪，其目的是为你提高精确度，保证质量，给顾客带来更大的方便。4三坐标测量机的特点：接触式数字化设备的典型代表，它具有噪声低、精度高（可达0.5um）、重复性好等优点。但测量速度慢、效率低，对软体对象难以做精密测量，需要对测头表面损伤和测头半径进行补偿，测量数据的特点是高精度、低密度。2.2 三坐标测量重定位和对称测量数据重定位方法：对于一些较大零件，在逆向测量时一次扫
