逆向工程技術(shù)在機(jī)械制造的應(yīng)用
時(shí)間:2022-06-25 10:15:02
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摘要:隨著智能制造的逐步發(fā)展,對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的相關(guān)員工提出了更高的技術(shù)要求,有關(guān)人員應(yīng)能夠熟練地運(yùn)用CAD、CAM等工具來(lái)完成相關(guān)的工作。主要分析了逆向工程技術(shù),并針對(duì)其在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞:逆向工程技術(shù);機(jī)械制造領(lǐng)域;應(yīng)用
目前,逆向造型、精密測(cè)量與檢驗(yàn)等崗位具有越來(lái)越重要的地位。通過(guò)將逆向工程技術(shù)與CAD、CAM等先進(jìn)的制造技術(shù)相結(jié)合,能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展提供一個(gè)新的發(fā)展思路。對(duì)逆向工程技術(shù)進(jìn)行研究和分析,能夠有效地提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平。
1逆向工程技術(shù)概述
1.1逆向工程技術(shù)的基本概念
逆向工程又名反向工程,簡(jiǎn)稱RE,是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)再現(xiàn)過(guò)程,即對(duì)一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究,從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素,以制作出功能相近但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析,其主要目的是在不能輕易獲得必要生產(chǎn)信息的情況下,直接從成品分析推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。逆向設(shè)計(jì)與正向設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng),正向設(shè)計(jì)是一個(gè)“從無(wú)到有”的過(guò)程,設(shè)計(jì)人員需要對(duì)產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、功能以及一些相關(guān)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行構(gòu)思,使用CAD技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品的三維模型,最后把三維模型引入實(shí)際的生產(chǎn)制造中,完成設(shè)計(jì)制造的全部周期。而逆向工程則是一個(gè)“從有到無(wú)”的過(guò)程,首先需要根據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品模型,反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的圖紙以及相關(guān)的數(shù)據(jù),之后再進(jìn)入產(chǎn)品的制造階段。
1.2逆向工程技術(shù)的分類
逆向工程技術(shù)根據(jù)所求的數(shù)據(jù)可以劃分為幾何反求、工藝反求以及材料反求等。幾何反求就是根據(jù)實(shí)物樣品的幾何輪廓中的數(shù)字化信息來(lái)反求出樣件的CAD模型。通過(guò)利用三維掃描儀能夠?qū)?shí)物進(jìn)行專業(yè)化的精準(zhǔn)掃描,進(jìn)而將搜集到的產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,在軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)模型的CAD重構(gòu),從而得到樣件的三維實(shí)體模型。通過(guò)三維實(shí)體模型能夠?qū)Ξa(chǎn)品或者模具進(jìn)行制作,也可以對(duì)原有的產(chǎn)品進(jìn)行不同程度的改型以及仿型,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。工藝反求和材料反求則是對(duì)產(chǎn)品的制作工藝和使用流程進(jìn)行推理,從而得出產(chǎn)品的實(shí)際制作方法。
2逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1常用的測(cè)量技術(shù)
在逆向工程中常用的有3種測(cè)量方法,分別是接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量以及逐層掃描式測(cè)量。①接觸式測(cè)量,一般在物理模型上打點(diǎn)時(shí)使用這種方法,通過(guò)利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提取三維坐標(biāo)打點(diǎn)的相關(guān)信息,接觸式測(cè)量精度高,但測(cè)量效率較低。②非接觸式測(cè)量,這種方法所能獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)較多,信息的密度較大,測(cè)量進(jìn)度也好,因此在實(shí)際逆向開(kāi)發(fā)的過(guò)程中得到了廣泛地應(yīng)用,在一定程度上提高了工作的效率。③逐層掃描式測(cè)量,這種方法不僅能夠得到產(chǎn)品外形的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,還能對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部形狀數(shù)據(jù)等進(jìn)行逐層掃描和分析,能解決前面兩種無(wú)法測(cè)量物體內(nèi)部輪廓的問(wèn)題。以上測(cè)量方法都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,選用那種測(cè)量方法應(yīng)根據(jù)被測(cè)物體的形體特征和應(yīng)用的場(chǎng)合來(lái)決定。
2.2數(shù)據(jù)處理技術(shù)
數(shù)據(jù)分割就是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類型,將屬于同一子曲面類型的數(shù)據(jù)分為一組,將全部數(shù)據(jù)劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據(jù)域,后續(xù)的曲面模型重建時(shí),先分別擬合單個(gè)曲面片,再通過(guò)曲面的過(guò)渡、相交、裁減、倒圓等手段,將多個(gè)曲面“縫合”成一個(gè)整體,對(duì)模型進(jìn)行重建。數(shù)據(jù)分割可以分為自動(dòng)分割和基于測(cè)量的分割兩種方式,自動(dòng)分割又包括了基于面和基于邊的兩種基本方法。①基于面的數(shù)據(jù)分割是以曲面光滑連續(xù)為前提,對(duì)具有相同曲面性質(zhì)的點(diǎn)進(jìn)行推斷,并根據(jù)相應(yīng)參數(shù)的性質(zhì)來(lái)對(duì)相同面的點(diǎn)進(jìn)行判斷,由于實(shí)際生活中的物體并不是完全光滑和連續(xù)的,因此使用這種方式推斷出的參數(shù)也存在一定的誤差;基于邊的數(shù)據(jù)分割是要先將數(shù)據(jù)點(diǎn)集中起來(lái),根據(jù)各種特征對(duì)具有相同類型的曲面片的邊界點(diǎn)進(jìn)行判斷,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分割,這種方式的缺點(diǎn)在于尖銳邊上的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低。②基于測(cè)量的分割是在測(cè)量的過(guò)程中,有關(guān)工作人員將實(shí)物的外形特征進(jìn)行分類,具有不同的外形特征的曲面被分成不同的子曲面,將其結(jié)果導(dǎo)入到CAD中,能夠?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)類型進(jìn)行高效地處理和分析,為之后的造型提供一定的便利,這種方式在測(cè)量曲面特征明顯的實(shí)物外形時(shí)最為適用,也可用于接觸式的測(cè)量中。需要注意的是,使用這種方式時(shí)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平將會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生極大的影響。在測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)很容易產(chǎn)生一些噪音,通過(guò)數(shù)據(jù)平滑的方式能夠盡可能地降低噪音、提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,如采用高斯濾波、均值濾波和中值濾波的計(jì)算方法。由于測(cè)量系統(tǒng)的不同,最終得到的數(shù)據(jù)格式也是不完全一致的,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步地處理,保證后續(xù)CAD模型重建的順利進(jìn)行。8312.3曲面重構(gòu)技術(shù)在逆向工程中曲面重構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù),在開(kāi)始進(jìn)行工作前,應(yīng)對(duì)相關(guān)的零件進(jìn)行檢查和分析。一方面,需要形成一套完善的設(shè)計(jì)方案,在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到前后的流程和具體的措施,之后再對(duì)模型的特征區(qū)域進(jìn)行劃分,最后對(duì)整體的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行整合,制定出更加完善的設(shè)計(jì)方案。另一方面,需要確定構(gòu)成設(shè)計(jì)模型的曲面類型,在進(jìn)行曲面重構(gòu)的過(guò)程中選擇合適的方法和工具來(lái)促進(jìn)曲面重構(gòu)技術(shù)的順利進(jìn)行。
3逆向工程技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用
3.1損壞或磨損零件的還原
對(duì)于一些損壞或者磨損的零件,能夠利用逆向工程技術(shù)對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行提取,之后對(duì)其進(jìn)行還原和修補(bǔ)。由于零件表面已經(jīng)發(fā)生磨損,這就容易在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)誤差,因此逆向工程系統(tǒng)需要具有一定的推理和判斷能力。
3.2新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用
逆向工程能夠?yàn)闄C(jī)械制造領(lǐng)域提供一個(gè)高效的模型重構(gòu)全新手段,幫助該領(lǐng)域完成從實(shí)物到三維模型的直接轉(zhuǎn)換。在工業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,存在一些產(chǎn)品對(duì)于外觀的設(shè)計(jì)有特殊的要求,必須在設(shè)計(jì)中充分地考慮到產(chǎn)品外形的藝術(shù)性和美觀性。如汽車(chē)、飛機(jī)等產(chǎn)品的設(shè)計(jì),這些產(chǎn)品都是需要相關(guān)的設(shè)計(jì)師先結(jié)合產(chǎn)品的美觀性和藝術(shù)性來(lái)建立一個(gè)比例模型,之后再進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn),對(duì)模型產(chǎn)品進(jìn)行必要的評(píng)估,逐步地完善設(shè)計(jì)方案,最后利用逆向工程技術(shù)將三維的CAD模型轉(zhuǎn)化成實(shí)物,這不僅能夠減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的周期,也能提高生產(chǎn)效率。
3.3模具制作領(lǐng)域的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的模具制造過(guò)程中,需要對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)地試模和修改,最終得到滿足要求的模具。逆向工程技術(shù)能夠?qū)颖灸>咦鳛楫a(chǎn)品的對(duì)象,對(duì)滿足要求的模具進(jìn)行測(cè)量,在重建數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上生成加工程序,提高模具的生成效率,降低模具的生產(chǎn)成本。除此之外,逆向工程技術(shù)還可以將實(shí)物的零件作為產(chǎn)品的對(duì)象,通過(guò)逆向推理的方式求得CAD模型,之后再對(duì)模具進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì),這種方式能夠在一定程度上減少修模量。
3.4工藝藝術(shù)品的復(fù)制
對(duì)于一些有價(jià)值的工藝品來(lái)說(shuō),復(fù)制也是一項(xiàng)具有重大意義的工作,如一些手工藝大師的作品大多都只有一件,但是如果需要對(duì)其進(jìn)行推廣應(yīng)用,就需使用逆向工程技術(shù)得到工藝品的三維數(shù)據(jù)信息,建立實(shí)物的三維模型,有助于藝術(shù)品后續(xù)進(jìn)行復(fù)制推廣。
4結(jié)語(yǔ)
逆向工程技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,具有成本低、研發(fā)周期短等優(yōu)勢(shì),這項(xiàng)技術(shù)在后續(xù)的發(fā)展中將會(huì)具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)和更為廣闊的應(yīng)用空間,從而為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品造型的設(shè)計(jì)提供全新的方式。
參考文獻(xiàn):
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[2]王茂羽.逆向工程在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用探討[J].?dāng)?shù)碼設(shè)計(jì)(上),2020,9(3):65-66.
作者:張競(jìng)龍 單位:廣州市工貿(mào)技師學(xué)院
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