实物反求工程的关键技术分析控制台

实物反求工程的关键技术分析*

实物反求工程的关键技术分析* 2011年12月09日 来源： 1　反求工程的基本概念及应用1.1　反求工程的基本概念　　反求工程(Reverse Engineering)包含有实物反求、软件反求和影像反求三个方面。本文所指的实物反求是指依据已经存在的零件或实物原型来构造产品模型的过程。　　反求工程的设计过程与传统的设计过程是完全不同的。传统设计过程是在市场调研的基础上，根据功能和用途来设计产品，得到图纸或CAD模型，经检查满意后制造出产品来。而反求工程是从一存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理(即将整个零件用一个庞大的三维点的数据集合来表示)，然后是构造CAD模型。CAD模型经检查满意后，根据需要可输出图纸，最后制造产品。二者的比较如图1所示：(a）传统设计过程(b）反求工程设计过程图1　传统设计制造工程与反求工程的区别　　简单说来，传统设计和制造是从图纸到零件(产品)，而反求工程的设计是从零件(或原型)到图纸，再经过制造过程到零件(产品)。这就是反求的含义。1.2　反求工程发展和应用　　已在机械制造领域应用多年的仿制技术，是反求技术的发展基础。但近年来反求技术的内涵已有了很大的发展。从应用目标来看，实物仿制的着眼点在于制造出和原有实物相同的产品，而反求工程的着眼点在于对原有实物进行修改和再设计后而制造出新的产品。这不仅避免了“侵权”的法律问题，而且满足了现代社会的实际需求。正是由于应用目标的不同，从设计阶段的工作结果来看，反求工程需反求出实物的CAD模型，以利修改和创新，而仿制则无需如此。这是反求和仿制的最根本区别。　　根据反求工程的发展和应用，我们将反求工程分为Ⅰ、Ⅱ两个阶段，其基本概念和系统工作过程用图2来描述：图2　反求工程系统工作过程　　在两阶段的重合部分，反部工程Ⅱ亦有一些特点。如它要求庞大的测量数据，三维实体重构时需要特殊算法以生成CAD模型，可处理形状复杂的原型等。2　实物原型重构　　下面，针对反求工程Ⅱ的要求，以我们研制的反求工程三维实体重构的系统为例，说明实体的三维重构过程。2.1　数据获取　　数据获取又称零件数字化，是指采用某种测量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标。目前用于工业的测量方法有：坐标测量仪、激光测量仪、工业CT(Computed Tomography计算机断层摄像)和逐层切削照相测量。坐标测量仪和激光测量仪用于对实物原型的外部形状的测量，工业CT和逐层切削照相测量则用于具有复杂内轮廓的实物的测量。工业CT成本较高，精度较低，但它不损伤实物，是测量没有备件和复制品的复杂形状实物的唯一方法。逐层切削照相测量是近年来出现的一种断层测量技术。它以极小的厚度去逐层切削实物，并对每一断面进行照相。其轮廓测量精度可达±0.0254mm，这是目前断层测量精度最高的方法。但它是破坏性测量，这是该方法的突出缺点。　　从目前情况看，工业CT和逐层切削照相测量将占主导地位，应用范围会越来越广泛。在我们的研究中，我们利用本课题的合作伙伴——西安交大红外激光研究所研制的测量设备，采用逐层切削照相测量的方法来获取层析数据。2.2　基于层析数据的实物原型的重构过程　　由图1和图2知，在得到原型的层析数据之后，就要构造产品的CAD模型，即重构实物原型。其工作过程如图3所示。图3　实物原型重构的过程　　实物原型的三维重构，主要分为三个阶段。第一阶段为数据处理。首先对原始的层析数据(即原型的每一断层的位图)进行滤波去噪。系统采用了包含有多种滤波函数的滤波函数库，用户可针对不同的图象质量选择滤波函数并可修改滤波参数，以得到最佳的滤波效果。其次是对经滤波后的图象提取边界轮廓。针对反求工程中实物原型的层析数据的特点，系统设计了一种高效的边界提取算法。在提取边界时，可人机交互修改有关参数，以剔除如气孔、切屑等无用数据。提取边界后，数据就成为一个个封闭的环，即数据环。　　第二阶段的工作是特征识别。首先处理数据环，把表示实物原型上同一特征的数据环构造为该特征的实体环。这个处理过程，实际上是数据环的匹配过程。系统根据数据环的形状、尺寸及空间位置来匹配数据环，将其构造为

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