逆向工程实践报告

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1、逆向工程综合实践实 践 报 告班级： K 机设 111 学号： 240110138 学生姓名： 薛金成 学期：2014-2015 学年第一学期实践地点： 工程中心 7-C1 实践时间：2015-01-052015-01-13报告成绩： 指导教师： 蒋平 王慧 批阅日期： 南京工程学院机械工程学院一 .基 础 知 识1.综合实践目的通过本次综合实践，让学生在查阅和学习相关技术资料和手册的基础上，综合运用相关课程知识，进行机械产品零部件的反求设计， 并采用激光快速原型制造技术将学生自己测量和重构的模型制造出来，从而达到加深学生对相关基础知识的理解，提高学生综合应用各方面知识的能力，以及提高分析问题

2、、解决问题能力的目的.2.逆向工程概述新产品的开发有两种模式： 正向工程：由市场需求出发，经产品的概念设计、结构设计、加工制造、装配检验等开发过程。 逆向工程（又称反求工程，Reverse Engineering）:以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行改进和创新，使之成为新产品。2.1 逆向工程的定义逆向工程是以先进产品的实物、软件或影像作为研究对象，应用现代设计理论和方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类型、更为先进的 产品的技术。目前，大多数有关逆向工程技术的研究和应用都集中在几何形状，即重建产品实物的 模型和最终产品的制造方面，称为

3、实物反求工程。这是因为作为研究对象，产品实物是面向消费市场最广、最多的一类设计成果，也是最容易获得的研究对象。在产品的反求时， 需要通过一定途径将实物样件转化为 模型，以期利用计算机辅助制造、快速原型制造和快速模具、产品数据库管理（Product data managament）及计算机集成制造系统等先进技术对其进行处理或管理。随着现代测试技术的发展，快速、精确地获取实物的几何信息已变为现实。2.2 逆向工程技术的主要研究内容反求对象设计指导思想、功能原理分析：产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。反求对象材料分析：包括材料成分分

4、析、材料组织结构分析、材料性能检测和材料国产化。反求对象工艺、装配分析：采用反判法(以零件的技术要求为依据，查明设计基准，分析关键工艺)编制工艺规程；改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求；用曲线对应法反求工艺参数。反求对象精度的分析；明确产品的精度指标：综合考虑理论误差和原理误差，进行产品工作原理设计和安排总体布局：完成草图设计后找出全部的误差源，进行总的精度计算；编写技术设计说明 书，确定精度。反求对象造型的分析：运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理对产品的外形造型、色彩设计等进行分析。反求对象系列化、模块化分析2.3 逆向工程的基本步骤逆向工程的基本步骤如图 1 所示，其中分析阶段

5、包括深入了解反 求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工装配工艺等，明确其 关键功能和关键技术；再设计阶段包括实物模型测量，数据修正，重 构反求对象，创新与改进；制造阶段主要包括制造与功能检测。2.4 逆向工程的应用目前，逆向工程的应用大致分为以下几种情况：在没有设计图纸或设计阁纸不完整或没有 CAD 模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图纸或 CAD 模型，并以此为依据生成数控加工的 NC 代码，加工复制出相同零件。在设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常需采用反求工程的方法。这类设计是在初始设计模型的基础上经过各种性能测试，建立符合要求的产品模型，该类零件般具

6、有复杂的自由曲面外形，最终的实验模型将成为这类零件及反求其模具的依据。在美学设计特别重要的领域，如汽车、摩托车等外型设计广泛釆用真实比例的油泥模型来评估设计的美学效果，此时需采用反求工程的设计方法，将油泥模型转化为 CAD 模型。修复破损的艺术品、仿制缺乏供应的损坏零件等；艺术品、考古文物的复制；人体模型、假肢制造。2.5 反求对象的几何参数釆集反求对象的几何参数采集是通过特定的测量设备和测量方法来获取表面三维几何坐标信息，测量方法主要有破坏性测量（如断层扫描成像法)和非破坏性测量(又分为非接触式和接触式数据采集方法)两种。接触式数据釆集方法是通过传感测量头与样件的接触来记录样件表面的坐标位置

7、（有点接触式和连续式非接触式数据采集方法）是基于光学、声学等原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面坐标值（如采用光学测量机、声学测量机、磁学测量机等）2.6 三坐标测量机三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业等各领域。应用三坐标测量机可对直线坐标、平面坐标以及空间三维尺寸进行测量，可以测量 球体直径、球心坐标、曲线曲面轮廓、各种角度关系以及凸轮、叶片等复杂零件的几何尺寸和形状位置误差。三坐标测量机测量精度高，速度快，软件功能强大，是测量行业不可或缺的高级仪器。三坐标测量机的测量时，将被测物体置于测量空间，通过测量获 得各测点

8、的坐标位置，然后根据这些测点坐标值计算得出被测的几何尺寸、形状和位置。三坐标测量机一般有主机、测头和电气系统组成。标尺系统可分为机械式测量系统、光学式测量系统和电气式测量系统；三坐标测量 机测头可分为硬测头（机械测头）、电气测头（电触、电感、电容、应变片、压电晶体等）和光学测头（光电检测器件）等。利用三坐标测量机测量时，测量路径规划的基本原则是安全、路径短、速度快、行走路线自然，即有序、快速、高效地探测分布在元 素表面的各实际点的坐标，并保证在检测过程中测头与工件不发生碰撞。2.7 模型重构技术模型重构指根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本模型，重构方法分为有序数据的模型重构和散乱数据的

9、模型重构。重构模型包括网络曲面模型（以三角曲面片为基础）和样条曲面模型（以样条、为基础）模型重构的基本步骤包括：数据预处理：对原始数据过滤、筛选、去噪、平滑和编辑等操作。网格模型生成：采用适当的方法生成三角网格模型。模型后处理:三角物格模型简化，修补模型孔洞、缝隙和重叠等缺陷。2.8 常用反求工程软件目前应用较广的基于正向的商品化三维造型软件主要有UG、Pro/E、AutoCAD、SolidWorks 和 I-Dears 等,而专用的逆向造型软件主要 Imageware,paraform,geomagic 等。2.9 存在问题和发展趋势2.9.1 存在问题目前国内许多企业在利用数字化测试技术和

10、快速原形技术进行反求产品时，大都只是对同行业样品的复制，甚至都没有消化吸收， 更谈不上改进或二次开发，不但没有自主创新，还屡屡发生知识产权问题。我国反求工程 CAD 的研究主要在几何反求的个别问题上有一些成果，在反求设计的整体方法和技术上还处于起步阶段。在测量数据获取方面，主要采用三坐标测量机（精度较高但速度和效率较低);三维数字化激光扫描仪能有效地测量复杂型面但难以 测量零件内部结构；工业 CT 等断层扫描设备能够实现实物的完整测量，但精度还不髙。近年来出现的层析三维数字化测量技术，能够以 微米级精度完整测量任意复杂零件，是几何反求工程最有前途的测量设备之一。CAD 模型重建包括复杂型面反求

11、和整个形体反求。复杂曲面建模的途径有：以三坐标测量机或激光扫描测量机为基础，在人为制定 的测量规划原则指导下，将一个复杂的自由曲面分成若干个拓补结构为四边形边界的区域，在每个区域内按截面线进行测量，然后对 每个区域内的数据进行计算机处理建模；另一种是通过非接触测量机 完成对物理模型的密集扫描，并将这些数据直接用于数控加工，或者 通过处理，产生物体表面构型的主要几何特征，进而建立实物的表面模型。上述两种方法的精度或者过分依赖测量者的经验，或者由于测 点太多、数据量太大而使后续处理发生困难。2.9.2 发展趋势基于知识工程的反求设计方法：反求工程的建模过程需要经验知识的支持，对同一对象，不同的反求

12、设计人员会采取不同的建模策略， 其建模的效率和质量因各自的经验和理解的不同有很大区别。将反求设计中的经验知识收集起来，实现经验知识的共享和重用，是提高建 模效率的有效途径。基于数字化测量/反求工程/快速原型技术的新产品快速开发：近年来，把数字化测量技术、反求工程和快速原型技术结合起来，研究 这三种技术的集成方法，可以在新产品开发中发挥更大的做用，可为提高我国企业的产品开发能力和创新能力提供一个良好的平台。3.三坐标测量实验3.1 实验目的了解三坐标测量机的使用方法和测量原理。3.2 试验设备LEADER NC1065 型三坐标测量机（如图 3 所示）由工作台、控制箱及计算机三部分组成(扫描软件

13、为 Leader Soft 3D2000)3.2.1 NC1065 三坐标测量机结构特征：(1)三轴导轨均采用优质花岗岩,因而三轴具有相同的温度特性，刚性，温度稳定性更高；(2）先进的柔性同步齿型带传动，使测量机运行无噪声，寿命长，平稳且定位精确；(3)三轴均采用大功率驱动器、电机及新型双级带减速器，确保传动准确，迅速；(4)X 轴采用燕尾导轨，有效消除了运动扭摆，任意位置的测量精度都能保证；(5)高精度高气膜刚性的气浮轴承使导轨几乎永无磨损；(6)良好的抗时效变形能力，使几何精度长期保持稳定；(7)工作台具有开敞的工作空间，装夹工件及测量观察方便。3.2.2 NC01065 三坐标测量机性能

14、特点：NC1065 三坐标测量机配置 RENISHAW 全系列触发式及接触式扫描测头和 LS系列激光线扫描测头，从而实现复杂曲面高速扫描(逆向工程)、微小尺寸非接触测最等更高级测量任务。3.2.3 NC01065 三坐标测量机性能指标：3.3 基本功能实验3.3.1 测头及标准球的标定当使用测量机进行工件检测时，跟工件直接接触的是测头的红宝石球的球面，测量机在数据处理时是以红宝石球的球心来计算的，必须对测球的半径和位置进行补偿，因此，在测量工件之前,首先要进 行测头校正，从而得到测头的准确数值，校正完毕，坐标机会自动补偿校正后的数据。这样，可以消除由于测头而带给工件测量的误差。可分别用“手动模

15、式”或“自动模式”校验、定义测头。定义测头直径：用鼠标单击“测头图标，再单击“定义测头”图标， 在相应图标中输入定义值及测头直径的理论值，用鼠标单击上图“确认键”，即完成定义测头功能。计算机自动提示下一个新测头的标号。校验测头：用鼠标单击“测头图标，再单击“校验测头”图标，在“测头标号”处选择要校验的测头标号，再键盘输入“标准球的直径”，然后选择“手动模式”校验所需的测头。当第一次校验完毕，可看到标准球的球心坐标已自动显示出来。此时用户可根据测头类型去分别用“手动模式”或“自动模式”校验每一被定义的测头。得到测头的准确值，在以后的测量中即可自动进行测头补偿。测量时，应使所有定义的测头都使用统一的基准，这样在测量过程中使用多个测头完成整个测量过程，就不必考虑测头数据的不一致性问题。3.3.2 基本元素的测量基本元素测量是所有测量和其它工作的基础。所有零件的检测都要通过对基本几何元素的测量来实现。通过测量得到指定被测基本元 素的有关参数值。通过此功能可测量指定点、线、面、圆、弧、椭圆、圆柱、圆锥、 球、键槽、曲线、曲面等基本元素。用鼠标单击“测量”图标，然后单击“被测元素”图标。工作区将显示该测量元素的标号及测量点数，可根据工作区的提示对测量元素进行删除点、增加点等修改，然后进行测量，即可得到被测基本元素的实际值。3.3.3 “3-2-1”法建立零件坐标系(PCS)