基于ImageWare的逆向工程技术

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1 逆向工程的一般工作流程
    逆向工程(Reverse Engineering，RE)也称反求工程，它是从一个存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理，然后进行数据处理、曲面重建、构造CAD模型等，最后制造出产品的过程.逆向工程具体的工作流程是针对一现有工件(样品或模型)，利用3D数字化测量仪，准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条，加以点数据处理、曲面创建，修改后，传至CAD/CAM系统，再由CAD系统传至CNC加工机床或快速成型机来制作工件或模具。逆向工程的一般工作流程见图1。
2011-11-15 22:38:14 上传下载附件 (24.88 KB)


    ImageWare作为逆向工程的造型软件，具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能，可以处理几万至几百万的点云数据，根据这些点云数据构造的曲面具有良好的品质和曲面连续性。ImageWare的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据误差以及平面度、圆度等误差。UGNX3 软件作为高端的CAD/CAM软件整合了从产品设计、曲面造型、模具设计以及模具数控加工编程的能力，对产品的后期处理、修整以及模具设计加工有着极大的优势。本文通过话筒的反求设计，详细阐述了ImageWare在逆向工程中的应用，整个设计过程采用了美国UGS公司的ImageWare软件和UnigraphicsNX3(以下简称UG NX3)软件。
    2 点云数据采集
    在表面数字化技术中，根据测试方式的不同可以将数据采集方法分为接触式和非接触式两大类。传统的测量方法是以三坐标测量机(CMM)为代表的接触式。接触式方法对物体表面的颜色和光照没有要求，它具有噪声低、精度高(可达土0.5μm) 、重复性好等优度慢、效率低，对软质材料适应性差，需要对测头表面损伤和测头半径进行补偿.由于近年在分区域测量技术上的突破.使得非接触式投影光栅法的测量精度得到了进一步的提高，如德国GOM公司的ATOS流动光学三维扫描仪，测量速度大于43000点/s，单幅照片可扫描点数最大可达400000点，单幅照片精度为士0.03mm ，整体测量精度达到0.1 mm，光学扫描仪还具有测量范围大、携带方便等优点.本文采用精易迅科技有限公司的pts三维扫描仪进行话筒数据采集，其测量精度为0.1mm/0.5m, 精易迅扫描仪在测量时可随意围绕被测物体移动，利用11 幅不同宽度的光栅反射信息，再经数据影像处理系统计算得到实物表面点数据。话筒初始点云图见图2。





    3 点云放据处理
    数据处理是逆向工程建模中的关键环节，它的结果将直接影响到后期模型重构的质量。此过程中经常包括以下几方面的工作:
    ①数据预处理:如噪声处理、多视拼合等，增强数据的合理性及完备性；

    ②数据分块：整体曲丽的拟合往往较难实现，通常采用分片曲面的拼接采形成整块曲面；
    ③数据光顾：通常采用局部回弹法、圆周率法、最小二乘法和能量法等来实现；
    ④三角化STL(STereo Lithography)：直接为RPM(Rapid Prototyping&Manu facturing)产生切片数据和为Bezier(贝塞尔曲线)三角曲面造型奠定基础；
    ⑤数据优化：压缩不必要的曲面片内的数据点，减少后期计算量；
    ⑥散乱数据处理:对于具有较复杂形状的工件，测量数据中必然有一部分是无序的，须建立数据点间的拓扑关系

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