快速原形制造技術論文

　　快速原型製造需要迅速建造一個可以執行的軟體原型 ，以便理解和澄清問題，下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。

　　篇一

　　面向快速原型製造的逆求技術

　　摘 要 逆求技術是一種應用非常廣泛的新興技術，在快速原型製造中具有重要作用。本文介紹了面向快速原型製造的逆求工程系統的結構體系、測量方法以及相應的資料處理手段，並指出了存在的問題和今後的發展方向。

　　關鍵詞 逆求工程 快速原型製造 測量 資料處理

　　最近幾年，快速原型製造***RPM***在我國得到迅速發展和推廣。它是為了快速響應市場的需求變化，縮短產品開發週期而產生的。在實際生產中為了跟蹤國外先進技術等諸多原因，經常需要對樣件進行仿製。然而對於一些複雜的樣件，如果採用傳統的資料採集方法對實物進行測量建模非常困難，需要花費很長一段時間，快速原型製造也隨之失去了快速的意義。因此，研究適應快速原型製造的逆求技術具有非常重要的意義。

　　快速原型製造與逆求工程***RE***的結合，在航空、航天、汽車、模具製造和醫學診斷等方面都具有重要作用。隨著新的測試技術與儀器的不斷湧現以及CAGD的發展，有必要對適合於快速原型製造的逆求技術進行系統的研究，使之不再成為快速產品開發中的瓶頸問題。

　　本文介紹國內面向RPM的逆求工程系統的測量技術、資料處理方法以及目前存在的問題和今後的發展方向。

　　一 面向RPM的逆求工程及其實現技術

　　1. 逆求工程的結構體系

　　目前國內學術界對於逆求工程的定義並不統一，比較一致的看法是指根據實物模型測得資料構造CAD模型，繼而用於產品分析和製造。在快速原型製造中，逆求工程充分體現了RPM的獨有特點，它可以經過CAD模型也可以不經過CAD模型而直接生成快速成型機所需的資料資訊，包含了從實物樣件測量直至生成快速成型機的介面檔案的全過程。由此可見，面向RPM的逆求工程範圍很廣，實現方法也不盡相同，但都包含樣件測量和資料處理兩大基本組成部分，其最終目的就是給快速成型機提供能夠精確成型實物樣件所需的層片驅動檔案。一個完整的逆求工程流程如圖1所示。

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　　圖1 逆求工程流程圖

　　2.逆求工程的測量技術

　　測量方法的選用是逆求工程中的一個非常重要的問題。每種方法都有其優缺點，應當根據樣件特點進行恰當的選擇。獲取三維面形資訊的基本方法可以分為接觸式和非接觸式兩種。在RPM中經常採用的測量方法如圖2所示。

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　　圖2 測量方法分類

　　座標測量儀***CMM***是一種廣泛使用的接觸式測量方法，測量精度可以達到±0.5微米。由於採用接觸測量，整個測量過程始終需要人工干預，對於獲得資料還需進行基準歸一化以及測頭半徑補償，因而不適於對自由曲面等需要大量採集資料點的三維面形進行測量。

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　　圖3 鐳射三角形測量

　　在非接觸三維形貌測量中，基於鐳射的三角法由於其系統結構簡單、測量速度快，且具有實時處理能力，因而被廣泛採用。它既可以逐點測量，也可以進行線光條測量。測量精度在0.01毫米左右，取樣速度可以達到每秒數萬點。鐳射三角法測量原理如圖3所示。鐳射沿投影光軸投射到物體表面，在另一個方向上，光點的像被CCD接收，其幾何關係為：

　　screen.width-400***this.style.width=screen.width-400;\> ***1***

　　其中f-成像系統焦距，h-目標平面相對物面的深度變化，screen.width-400***this.style.width=screen.width-400;\>-物距，screen.width-400***this.style.width=screen.width-400;\>-CCD光斑的質心偏移。

　　此外，在國內基於CT掃描和CGI的測量技術業已開始使用。在RPM中較為常用的測量方法還有條紋法、圖象分析法和核磁共振法，但在國內並不多見。

　　3.逆求工程的資料處理技術

　　採用非接觸式測量得到的是大量密集散亂的資料群，被形象地稱為“雲狀資料”。這些測點資料之間沒有顯式的幾何拓撲關係，且夾雜著非測量樣件資訊。由於被測表面粗糙等原因，測得資料還不可避免的含有噪聲資訊。如何將其處理成為能夠完整表達被測樣件的表面模型，並且滿足使用者的精度要求和設計標準，是一個亟待給予圓滿解決的問題。

　　能夠進行正確測量造型的首要基礎就是測量資料的預處理。在處理中，不僅要剔除不相關資料和異常資料，還要對由於陰影或遮蔽作用而導致的未掃描到部分予以資料補充。用外加振動等方法找出噪聲資訊或直接利用多點平滑去除資料噪聲。如果資料過於稠密，還要對資料進行勻化。經過上述操作，一般能夠提高測得資料精度。然而對於最能反映曲面特徵的特徵點、線的智慧提取，國內文獻未見提及。

　　目前國內大都採用IGES、DEF等標準檔案格式表達經過預處理的資料資訊，藉助Pro/E 等通用CAD軟體平臺進行造型，進而生成快速成型機所需的介面檔案***STL檔案***。由於RPM本身就是分層製造法，為了避免這種多次轉化的繁複，國內已開始層片資訊直接驅動RP裝置的研究。

　　二 面向RPM的逆求工程存在的問題

　　1. 測量方法中的實際問題

　　實際測量中，影響測量精度的因素很多，出現的問題也是很多。光學測量系統在製造和裝配時很難獲得準確值，因此在裝配後必須對結構引數進行標定。由於標定中對光學系統進行了許多理想假設，因而會帶來一些很複雜的非線性誤差，對測量精度有很大的影響。此外樣件的自身結構和夾緊裝置引起的阻塞問題以及測量的可及性問題都將使整個表面的重構變得十分困難。

　　2.STL資料模型存在的問題

　　STL檔案由一組無序且相互間無聯絡的三角面組成，由於不含有拓撲資訊，每個頂點要反覆出現幾次，資料冗餘量大。三角片是對實體模型的線性逼近，降低了造型精度。隨著曲面複雜程度的增大，用這種三角片逼近的誤差也會加大。由表面模型轉換生成的STL資料模型還存在著裂縫、空洞和表面重疊問題。這些問題如不能得到有效的控制，很有可能導致廢品產生。

　　三 面向RPM的逆求工程的發展趨勢

　　基於上述存在的問題，筆者認為應向如下三個方面發展：

　　1.建立適於RPM的逆求工程系統，該系統應該資料採集速度快，精度高，能夠充分發揮CAD/CAM技術和計算機高速處理優勢，達到與RPM的匹配，資料處理要由原來的手工分塊測量建模方法向自動化程度高而且誤差可控的曲面造型新技術方向發展。

　　2.建立新的快速成型機標準介面軟體，它應是與快速成型工藝無關，無二義性，且具有開放性和相容性的中性檔案。

　　3.若使用STL檔案，應建立專用的三維重構資料處理軟體，且應具有自動診斷和修復功能。目前國外已開發出多種類似的軟體，專用軟體在造型誤差控制和消除資料冗餘方面比通用軟體具有不可比擬的優勢。

　　四 結論

　　面向RPM的逆求工程系統還在研究和探討之中，有許多理論和關鍵技術未能得到徹底解決。造型精度還需進一步的提高，測量建模演算法的有效性、效率以及所建模型的誤差***測量、演算法誤差***分析也有待於深入。目前，面向RPM的逆求工程系統在裝置價格上還十分昂貴，逆求過程中還需要人工干預，快速響應市場能力也有待於加強，因此逆求工程系統應向自動化、柔性化、快速化方向進一步發展。

　　參考文獻

　　1.Robert J.Abella.etc.Reverse engineering industrial applicationput. ind.engng，1994,24***2***:381-385.

　　2.Yan X.etc.A review of rapid prototyping technologies and systems.CAD, 1996,28***4***:307-318.

　　3.刑淵、周雄輝、阮雪榆.整合反向工程系統研究.機械工程學報，1998，34***3***：1-5.

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