基于逆向工程技术的产品外观设计

一引导学生于娱乐中发现问题初中物理贴近生活实际教师要根据认知心理学和建构主义心理学的有关学习理论加强学习理论与实际教学之间的联系遵循学生的认知规律创建问题学习情景帮助学生建构当前所学物理知识的意义把实验观察猜想设计问题解决等建构学习手段穿插在课堂教学中逐步培养学生主动观察自然的能力发现问题的能力寻找解决问题的方法通过自己的探究学习掌握自然科学知识并运用所学知识解决生活中的实际问题培养学生应用知识进行创新实践的能力
Ｏ 引 言
随着计 算机 、 Ａ ／ Ａ 测量 技术 、 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ、 计算工程 技术 的快速 发展 ， 逆 向技 术 已经 成为新 产品 开发设计 过程 中各种 先进技术 不可缺 的一部 分， 在新 产品开发设计 中居于核 心的地位 。广泛地用于玩 具 、 汽车 、 通 信 电器 、 模具等产 品的开发设计 与创新设计 中 ， 成为 消化 、 吸收先进设 计技术 ， 实现新产 品开发生产不可缺少 的手段 。 １逆向工程定义及其应用范围 ． １１ 向工程定义 ．逆 逆 向工程 （ ｅｅｓ ｎ ｉｅｒ ｇ 也称反求 工程 ， Ｒ ｖｒｅＥ ｇｎ ｅｉ ） ｎ 是指 用一定 的测 量 手 段对实物或模 型进行测 量即数字化采 样 ， 然后根 据测量数据 通过三 维几何 建模方法重 建实物 的Ｃ Ｄ数字模 型， 而实现产 品设计 与制造 Ａ 从 的过程 。在工 业领域 ， 往会碰到根 据模 型或实 物来构建其 三维数字 往 模 型的需求。这就用到 了逆 向工程技术 。以往 逆向工程通常是指对某 产品进行仿 制工作 。这 种需求可能 发生于原 始设 计图文件遗 失 、 部 分零件重新设计或是委托厂商交付 一件样 品或产品 ， 如木鞋模 、 高尔夫 球 头等 ， 制造厂商复制 出来 。传统 的复制方法是 用立体雕刻 机或液 请 压三次元靠 模铣床制 造出成等 比例 的模具 ， 再进 行生产 。这 种方法称 为模拟式复 制 ， 无法建 立工件尺寸 图档 ， 也无法 做任何的外形修 改 ， 现 在已渐渐被数字化的逆向工程系统所取代 。 １２ 向工程应用范围 ．逆 逆向工程在工业制造领域的实际应用主要包括以下几个方面 ： １新零件的设计 ， ） 主要用于产品改型或仿型设计 。 ２ 已有零件的复制和仿制 ， ） 再现原产品设计 、 复杂产品仿制等。 ３ 损坏或磨损零件的还原 ， ） 以便修复或重制 。
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图 ３ 逆 向工 程 流 程 图 （） 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 Ｃ Ｄ软件 ， Ａ 把分割后 的三维数据作表 面模型 的拟合 ， 出实物的三维模型。 得 （） ４ 检验 、 修正三维模型 。 ３逆 向工程遵循的原则 ． 逆 向工程一般都遵循点一线一面一体的原则 。 ３１ 点 ．测 测 点之 前先 规划 好该 怎么 打点 ， 由设计 人员 提 出 曲面打 点 的要 求 。一般原则 是在 曲率变化 比较 大的地方 打点要密一 些 ， 平滑 的地 方 ４产品的检测 。 ） 则 可 以稀 一 些 。 例如检测分析产 品的变形 ， 检测焊接质量等 ， 以及对加工产 品与三 ３２ 线 ．连 维数字 化模型之 间的误差进行 分析 。在 制造业 中， 向工程 已成 为消 逆 （ ） 整 理 １点 化吸收新技术 和二 次开发的重要捷径之一 。作为改进设计 的一 种重要 连线之前先整理好点 ， 包括去误点 、 明显缺 陷点 。同方向的剖面点 手段 ， 它有效地 加快了新产品响应市场 的速度 。同时， 逆向工程也为快 放在同一层里 ， 分型线点 、 孔位点单独放一层 ， 轮廓线 点也单独放一层 ， 速原 型提供 了很好 的技术支 持 ， 成为制造 业信息传递 重要而简 洁的途 便于管理。通 常这个 工作在测 点阶段 完成 。 径之一 。 （） ２ 点连线 另外 ， 向工 程在文化艺 术 、 逆 医学领 域也有较好 的应用 ， 括根据 包 连分型线 点尽量做 到误 差最小并且 光顺 。根据 样品的形状 、 特征 木制或 泥塑模 型进 行艺术美学设计 、 数字文物 和数 字博物馆 、 虚拟手术 大致确定构 面方法 。从 而确定需要连 哪些线条 ， 不必连哪些线 条。选 等。 点间隔尽量均匀 。有 圆角 的地方先 忽略 ， 成尖角 ， 做 做完 曲面后再倒 圆 ２逆 向工程 的结构体 系 ． 角。 ２１ 向设计方法 和正向设计 方法 的区别 ．逆 （ ） 线 调 整 ３曲 传统 的正 向设 计 ： ①设计 是从 图纸到零件 （ 品 ） 产 。②设计 过程是 曲线必须经过 调整 ， 使其光顺 。调 整中最常用 的一种方法 是 Ｅ ｉ ｄ— ｔ 先市 场调研 ， 根据功 能和需求设计 产品 ， 再 设计 出图纸（ 模型 ） 再制造 Ｓ ｌ ｅ ， ｐｉ 。选 Ｅ ｉｐｌ选项 ， ｎ ｄｔ ｏｅ 利用 鼠标拖动控制点。 出零件 （ 产品） 。设 计过程如图 １ 所示 。 ３３ ．构面 构面的方法要根据数据样件 的具体特征情况而选择 。最常用 的是 Ｔ ｏ ｇ Ｈ Ｖ ｅ ， ｈ ｕｈＣ Ｉ ｅ ｓ 我们可 以将调整好 的曲线用此命令编织成 曲面 。 Ｍ ｈ ３４ 体 ．构 当外表 面完成后 ， 下一步就要 构建实体模 型。 当模 型 比较简单 且 所做 的外表 面质量 比较好 时， 用缝合增厚 指令就可建立 实体 。但 大多 数情 况却不 能增厚 ， 以只能采 用偏置 （ ｆｅ） ｂ 面 。用 Ｏｆ ｔ 令 所 Ｏｆ ｔ 表 ｓ ￣ ｆｅ指 ｓ 可 同时选 多个 面或用窗 口全选。这样会提高效率 。对 于那些 无法偏置 的曲面 ， 学会 分析原 因。一种可能是 由于 曲面本身 曲率 太大 ， 要 偏置后 图 １传统设计过程 会 自相交 ， 导致 Ｏ ｓｔ ｆ ｅ失败。 ４逆 向工程关键技术 ． （） １几何建模 是逆 向工程的关键环节 ， 同时也是影 响逆向工程速度 的瓶 颈问题 ， 因此 ， 提高逆 向工程几何建模 的 自动化程 度和通用性是 目 前逆 向工程研究 的一个重点方 向。 （ ） 量数据的处理技术 。在测量过程 中， ２测 产品模 型的数据会发生 丢失等现象 ， 因此在完成测量后 ， 需要对所得 到的高密度点云进行预处 理， 其中包括修补 点云 ， 点云拼合 ， 除噪声， 释点云等关键技 术环节 。 稀 （） ３ 实物数字 化技术又称 数据 的采集 ， 即指通过 三坐标测量 机 （ 简 图 ２ 逆 向设 计 过 程 称 Ｃ Ｍ） 激光扫描 仪等测 量设 备获取 实物表 面特征点 三维坐标 值 。 Ｍ 或 逆 向设计 ： ①设计 是从零件（ 产品 ） 图纸 ， 到 再改进设计 到新的零件 数据的采集方法可分为接触式测量和非接触式测量两 大类。 （ 品） 产 。②从原有 的零件人手 ， 对其数字 化 ， 在构造 三维模型 ， 改进 提 ①接触式测量方法是利用传感测量探 头在 与被测量样件模型进行 高其技术 。再生产 出产品 。根据需要输 出图纸 。流程 图如图２ 所示 。 接触时触发 一个记 录信号 ， 并通过 相应的设备记 录下 当时 的标 定传感 ２２逆 向工程 的结构体系 ． 器数值 ， 而获取三维 数据信息 。按 其工作原理 可以分 为点 触发式 和 从 逆 向工程系 统主要 由三 部分组 成 ： 产品实 物几何外 形 的数字化 、 连续式数据采集方法 。对于航空航 天、 汽车等行业 ， 大型样件 的测量 一 Ｃ Ｄ模 型重 建 、 Ａ 产品或模具制造 。逆 向工程 中的关键技术 是数据采集 、 般可 以选用接触式测量 ， 以满 足精度要 求。因为 ， 接触式测量 中的点触 数据处理和模型的重建 。逆 向工程 的流程 图如下所示 ： 发式测 量可 以通过 人为规 划 ， 使得 在大 曲率或 曲率 （ 下转第 ３０页 ） ５
基于 避向工程技术硇 产品外鼹设计
云 南 昆船 设 计研 究院 陶余 莹
【 摘 要］ 随着世 工业制造及设计技术 的进步及各 国经济相 互影响 日 趋加 大 ， 人们对 产品 的各方面要求也越 来越高。产品 不仅要 有方便 实用的先进 功能 ， 还要具备 美观 的造 型和个性的外观 。本 文针对 产品外观设计过程 中逆 向工程技 术的应用进行 了探讨， 通过 进一步的研究寻找快速 、 准确 、 高效的产品外观设计方法是这篇文章的 宗旨。 ［ 关键词］ 逆向＿ 程 建模 数据 处理 应 用 Ｔ －