逆向工程中的数据采集技术

Ξ收稿日期:2008-05-09

基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033

.作者简介:崔秀梅(1981—,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、

CAD\CAE\CAM

技术研究.

逆向工程中的数据采集技术

Ξ

崔秀梅,冯文杰

(重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050

摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391

文献标识码:A

文章编号:1671-0924(200808-0014-03

StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineering

CUIXiu 2mei,FENGWen 2jie

(ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050 ,China

Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandm easuringma 2

chineinreverseengineering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasurin gmachinesused

inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidel yusedin

automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedina utore 2

verseengineeringsoastorealizecost

2efficient,short 2cycledandhighqualityreversedesign.

Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation 随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立[1].数据采集是逆向工程的首要环节,是反求建模的理论依据.采集数据的精度和速度直接影响产品的质量和开发效率等.准确、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是逆向工程的一项关键技术.数据采集技术随着逆向工程的广泛应用不断发展,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等[2].如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集.

1测量机

测量机按测量方式主要分为接触测量、非接

第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学

JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience

2008年8月Aug.2008

触测量2种方式.随着数据采集技术的发展,接触式测量与非接触式扫描组合的数字化设备也在工程实际中开始应用.

1.1接触式测量机

传统的三坐标测量机(coordinatemeasuringma2 chine,CMM是接触式测量的典型三维数据采集仪器.在逆向工程应用的初期,CMM是实物三维数据采集的主要手段.按结构主要分为龙门式、水平臂式、桥式、关节臂式测量机等[3].

CMM工作过程由事先编号的程序或手动控制各坐标轴的运动,由数控装置发出移动脉冲,经位置伺服进给系统驱动移动部件运动,再由位置检测装置(旋转变压器、感应同步器、角度编码器、光栅尺、磁栅尺等检测运动部件实际位置.当检测头接触到被测工件表面时产生信号,读取各坐标轴位置寄存器值,经数据处理后得出测量结果.

三坐标测量机具有精度高、重复性好等优点,但测量速度慢,对微细部分的测量受限制,适用于精密测量.目前,英国雷尼绍(Renishaw公司、意大利DEA公司、美国的sheffield公司、德国Zess公司及Brownandsharpe等公司的三坐标测量机应用范围较广.

1.2非接触式测量机

随着市场的发展,汽车的更新换代速度日趋加快,其设计、改型速度也随之加快.在逆向工程中,传统三坐标测量机的采集速度显然不能满足要求,非接触式测量机有采集速度快、数据密集等优势,在数据采集中发挥了重要的作用.

非接触式测量机主要有光学、声学和磁学测量机,无需与被测样件接触就能获取数据.光学测量机是汽车工业中应用最广泛,技术最成熟的一种非接触式测量机.其采用的光学测量法主要有结构光法、激光三角形法、激光测距法、干涉测量法、图像分析法等.最常用的是激光三角形测量法,激光扫描三角法的原理是:采用激光作为光源,照射到被测物体上,利用CCD接受漫反射光成像点,根据光源、物体表面反射点和成像点之间的三角关系,计算出表面反射点的三维坐标.激光扫描三角法的最大

特点是速度快且不与被测工件表面接触,数据点密集,因此特别适合于测量大尺寸且具有复杂外部曲面的零件.德国Steinbichler公司的Comet光学系统和德国COM公司的Atos光学测量系统,采用线结构光相位移动投影获得被测表面的三维数据,是目前使用广泛的光学测量设备.

1.3复合型测量机

部分测量将接触式测量与非接触式扫描并用,在同一台机器上实现激光扫描和接触扫描相结合,解决了一般激光扫描不能扫描二维轮廓的问题,且保证一定精度

[4].如FARO公司的便携式多关节三维测量臂及扫描系统、美国德力的CIM2 CORE激光扫描系统等.

2汽车逆向工程的数据采集

2.1汽车整车外部数据采集