三维反求技术及其应用综述

魏 弦

摘要:三维反求技术在现代化的加工中应用越来越广泛,研究反求技术对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高具有重要的意义。文章介绍了三维反求技术的概念和工作原理,以及三维反求技术的应用,并对它未来的发展走向作了展望。

关键词:三维反求技术;逆向工程;模具

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0052-02

三维反求技术在现代化的加工中应用越来越广泛,但三维反求技术应用方面的文章却不多,为此本文作了以下介绍。

反求技术可以在原有产品的基础上解剖、深化设计和再创造,可有效改善技术水平,提高生产率,增强产品竞争力,是消化、吸收先进技术进而创造和开发各种新产品的重要手段。据统计,各国70%以上的技术源于国外,逆向工程作为掌握技术的一种手段,使产品研制周期缩短40%以上。研究反求技术,对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高,具有重要的意义。

一、三维反求技术

(一)三维反求技术的概念

三维反求技术亦称为逆向工程 (RE,ReverseEngineering),是近年来 CAD/CAM技术领域研究的—个热点。简单地讲,如果把传统的从构思-设计-产品这个过程称为正向工程的话,那么,产品模型(或实物)- CAD信息模型-CAM或快速原型件这个过程就称为反求工程。

(二)三维反求技术得原理及工作流程

三维反求技术包括影像反求、软件反求及实物反求等三方面。目前相对最多人研究的是实物反求技术。它是研究实物CAD模型的重建和最终产品的制造。狭义来说,三维反求技术是将实物模型数据化成设计、概念模型,并在此基础上对产品进行分析、修改及优化等技术。

1.工作原理。三维反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件,计算出采集数据的空间坐标,并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程,可以分为四个步骤:(1)物体数据化:普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值;(2)从采集的数据中分析物体的几何特征:依据数据的属性,进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征;(3)物体三维模型重建:利用CAD软件,把分割后的三维数据作表面模型的拟合,得出实物的三维模型;(4)检验、修正三维模型。

2.工作流程。三维反求的典型工作流程主要是对现有的实物,使用数据化的仪器,准确、快速地采集表面轮廓的空间坐标值,然后构建曲面、经CAM软件产生CNC加工刀路,在CNC机床上把实物模型制造出来或利用快速原型制造机,把实物原型制造出来。在产品设计方面,采集的空间坐标值,可对实体三维模型,作复杂的修改或再创新。快速原型制造机可读取STL格式的文档,可以由云点直接转换或在建造的曲面、实体三维模型中转换。

二、三维反求技术的应用综合

三维反求技术的应用十分广泛,一些高技术含量的航空、航天工业,汽车工业都采用了此项技术于产品研发及制造。在制造工业中,采集的数据用于模具制造,产品设计、开发,例如消费性的电子产品等。

此外,反求技术配合快速原型制造技术,更能发挥快速原型技术的优势、扩大它的应用范畴。凭借反求技术及有关的软件,设计者可以快速制造实物,同时可以快速对实物修改、优化和创新设计,这样便可以缩短产品设计的周期,加速新产品的出现,提高公司的竞争力。三维反求技术的应用综合如下:

1.从概念到快速原型制造。在产品设计中,有些实物很难利用CAD软件来建造CAD模型来表达设计概念,但有了三维反求技术后,便很快从实物转换成设计模型。

2.快速制造模具。技术人员利用反求技术扫描实物,然后把采集得到的数据,通过专门的软件,如Renishaw公司的Tracecut软件,直接产生刀路,输出到数控加工中心,制造出模具来。这种情况,在汽车的后市场(after market)及电子消费品特别普遍。汽车的原厂零部件相对较贵,所以倾向于寻找代替品,价格相对便宜的。由于市场相当庞大,所以诱发一批厂家生产这些代替品。由于没有原厂产品技术资料,如实物的工程图或CAD模型,他们只好利用反求技术,采集实物的三维数据,转化成刀路,直接制造模具。另一种情况是一些停产老产品,现在有需求。由于停产多时,原始数据都没有了,只好把现有的实物扫描、采集数据、转成刀路来制造模具,实现再次生产。

3.美观设计领域。例如汽车外形设计,广泛采用真实比例的木质或泥塑模型来评估整体设计效果,此时需用逆向工程的设计方法。

4.仿制流线型、形状复杂而且无法用人工方法准确量度的实物。航空、航天器的有些零部件流线型特别强,一般的测量仪器是绝对无法准确测量其曲面。反求技术便可以在一个面积细小表面上采集上百万、上千万的三维坐标数据,之后便可以通过软件建造曲面。在一个相等面积的表面,三维坐标数据愈多,建造的曲面便愈准确。

5.产品复制、修改、设计。当实物被数据化后,技术人员便可建造CAD实体模型、曲面,这样设计师便可以迅速在软件上作有关的产品修改、创新的设计。

三、反求技术未来展望

随着国际互联网络的普及,更容易获取资讯,商业竞争日趋激烈,要取胜就要不断的有新产品投放到市场,缩短生产周期是竞争一个重点策略。反求技术在时间方面发挥了它的作用,所以会广泛应用于产品开发。在技术方面,软件的快速开发,使数据的运算更快、扫描后数据处理更容易;图像摄像机的发展,使采集的数据更多、更快。这样,扫描速度便可以更快,扫描精度更高。综上所述,反求技术将会有更大的发展空间,应用到更多的领域中。

参考文献

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作者简介:魏弦(1980-),男,四川南充人,攀枝花学院讲师,硕士,研究方向:机械、软件工程。