第六讲反求工程设计课件1.ppt
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- 第六 讲反求 工程设计 课件
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1、2023-1-10第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)6.1 反求工程的概念反求工程的概念 在机械领域中,反求工程在机械领域中,反求工程(Reverse Engineering)是在没有设计图是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件模型的情况下,按照现有零件的模型(称为零件原形),利用各种数字化技术及的模型(称为零件原形),利用各种数字化技术及CAD技术重新构技术重新构造原形造原形CAD模型的过程。模型的过程。据统计,各国百分之七十以上的技术源于国外,应用反求工程消据统计,各国百
2、分之七十以上的技术源于国外,应用反求工程消化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。其主要目的是为了改善化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。其主要目的是为了改善技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 反求工程的研究对象多种多样,所包含的内容也比较多,主反求工程的研究对象多种多样,所包含的内容也比较多,主要可以分为以下三大类:要可以分为以下三大类:实物类:实物类:主要是指先进产品设备的实物本身;主要是指先进产品设备的实物本身;
3、软件类:软件类:包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等;包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等;影像类;影像类;包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。的资料。第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 1.反求对象分析反求对象分析 (1)反求对象设计指导思想、功能原理方案分析。)反求对象设计指导思想、功能原理方案分析。要分析一个产品,首先要从产品的设计指导思想分析入手。要分析一个产品,首先要从产品的设计指导思想分析入手。产品的设计指导思想决定了产品的设计方案,深入分析并掌握产品的设计指导
4、思想决定了产品的设计方案,深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握,才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又理解和掌握,才有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案,这才是反求工程技术的精髓所在。高于原产品的原理方案,这才是反求工程技术的精髓所在。(2)反求对象材料的分析。)反求对象材料的分析。对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结
5、构的分析和材料的性能检测几大部分。构的分析和材料的性能检测几大部分。第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 (3)反求对象工艺、装配分析。)反求对象工艺、装配分析。反求设计和反求工艺是相互联系的,缺一不可。在缺乏制造原型产反求设计和反求工艺是相互联系的,缺一不可。在缺乏制造原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术诀窍的情况下,对反品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术诀窍的情况下,对反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法:求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法:l)采用反判法编制工艺规程。)采用反判法编制工艺规程。以零
6、件的技术要求如尺寸精度、形位以零件的技术要求如尺寸精度、形位公差、表面质量等为依据,查明设计基准,分析关键工艺,优选加工公差、表面质量等为依据,查明设计基准,分析关键工艺,优选加工工艺方案,并依次由后向前递推加工工序,编制工艺规程。工艺方案,并依次由后向前递推加工工序,编制工艺规程。2)改进工艺方案,保证引进技术的原设计要求。)改进工艺方案,保证引进技术的原设计要求。在保证引进技在保证引进技术的设计要求和功能的前提条件下,局部地改进某些实现较为困难的术的设计要求和功能的前提条件下,局部地改进某些实现较为困难的工艺方案。对反求对象进行装配分析主要是考虑用什么装配工艺来保工艺方案。对反求对象进行装
7、配分析主要是考虑用什么装配工艺来保证性能要求。证性能要求。3)材料国产化,局部改进原型结构以适应工艺水平。)材料国产化,局部改进原型结构以适应工艺水平。在无法保证在无法保证使用原产品的制造材料时,或在使用原产品的制造材料后,工艺水平使用原产品的制造材料时,或在使用原产品的制造材料后,工艺水平不能满足要求时,可以使用国产化材料,以适应目前的工艺水平。不能满足要求时,可以使用国产化材料,以适应目前的工艺水平。第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 (4)反求对象精度的分析。)反求对象精度的分析。反求对象精度的分析包括了反求对象形体尺寸的确定、精度的
8、反求对象精度的分析包括了反求对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。分配等内容。在进行精度的分配时,根据产品的精度指标及总的技术条件,产在进行精度的分配时,根据产品的精度指标及总的技术条件,产品的工作原理图,并且综合考虑生产的技术水平、产品生产的经品的工作原理图,并且综合考虑生产的技术水平、产品生产的经济性和国家技术标准等,按以下步骤进行:济性和国家技术标准等,按以下步骤进行:1)明确产品的精度指标;)明确产品的精度指标;2)综合考虑理论误差和原理误差,进行产品工作原理设计和安)综合考虑理论误差和原理误差,进行产品工作原理设计和安排总体布局;排总体布局;3)在完成草图设计后,找出全部的误差源,进
9、行总的精度计算;)在完成草图设计后,找出全部的误差源,进行总的精度计算;4)编写技术设计说明书,确定精度;)编写技术设计说明书,确定精度;5)在产品的研制、生产的全过程中,根据实际的生产情况,对)在产品的研制、生产的全过程中,根据实际的生产情况,对所作的精度分配进行调整、修改。所作的精度分配进行调整、修改。第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 (5)反求对象造型的分析。)反求对象造型的分析。产品造型设计是产品设计与艺术设产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型计相结合的综合性技术。其主要目的是运用
10、工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形构型、色彩设计等进行分原理、人机工程学原理等对产品的外形构型、色彩设计等进行分析,以提高产品的外观质量和舒适方便程度。析,以提高产品的外观质量和舒适方便程度。例如,在数控系统的设计中,就要充分考虑到数控系统的显例如,在数控系统的设计中,就要充分考虑到数控系统的显示器的布局问题,图形显示和汉字显示问题,数控系统操作面板示器的布局问题,图形显示和汉字显示问题,数控系统操作面板的造型问题、色彩问题,各个功能操作按键的造型、色彩、布局的造型问题、色彩问题,各个功能操作按键的造型、色彩、布局问题等等。问题等等。(6)反求对象系列化、模块化分析。)反求对
11、象系列化、模块化分析。分析反求对象时,要做分析反求对象时,要做到思路开阔,要考虑到所引进的产品是否已经系列化了,是否为到思路开阔,要考虑到所引进的产品是否已经系列化了,是否为系列型谱中的一个,在系列型谱中是否具有代表性,产品的模块系列型谱中的一个,在系列型谱中是否具有代表性,产品的模块化程度如何等具体问题,使在设计制造时少走弯路,提高产品质化程度如何等具体问题,使在设计制造时少走弯路,提高产品质量,降低成本,生产出多品种、多规格、通用化较强的产品,提量,降低成本,生产出多品种、多规格、通用化较强的产品,提高产品的市场竞争力。高产品的市场竞争力。第六讲反求工程设计(1)6.2 反求工程的研究对象
12、及研究内容反求工程的研究对象及研究内容 2.反求工程的研究内容反求工程的研究内容 从设计角度而言,反求工程的研究内容主要包括以下几个部分:从设计角度而言,反求工程的研究内容主要包括以下几个部分:1)分析所引进产品的设计指导思想;)分析所引进产品的设计指导思想;2)功能和原理方案分析;)功能和原理方案分析;3)结构分析;)结构分析;4)形体尺寸分析;)形体尺寸分析;5)精度分析;)精度分析;6)材料分析;)材料分析;7)工作性能分析;)工作性能分析;8)造型设计分析;)造型设计分析;9)工艺分析;)工艺分析;10)使用和维修分析;)使用和维修分析;11)包装技术分析。)包装技术分析。第六讲反求工
13、程设计(1)6.3 反求工程的步骤反求工程的步骤v数据获取数据获取 Data Capturev数据预处理数据预处理 Preprocessingv数据分块与曲面拟合数据分块与曲面拟合 Segmentation and Surface fittingvCAD模型生成模型生成 CAD model creation第六讲反求工程设计(1)测量机分类测量机分类v接触式接触式三坐标测量机(三坐标测量机(CMM coordinate measure machine)机械手机械手 v非接触式非接触式 光学测量光学测量 声学测量声学测量 磁学测量磁学测量 v破坏式破坏式自动断层扫描自动断层扫描 第六讲反求工程设
14、计(1)接触式测量机 v工作方式工作方式:点触发,连续或间断式数据采集:点触发,连续或间断式数据采集v特点特点:不受物体表面颜色及光照的限制,对物体边界也能产:不受物体表面颜色及光照的限制,对物体边界也能产生准确的测量结果生准确的测量结果v缺点缺点:由于测头的限制,可能丢失某些测头不可到达的细节:由于测头的限制,可能丢失某些测头不可到达的细节数据数据不能测量软材料不能测量软材料测量速度受到机构运动的限制测量速度受到机构运动的限制第六讲反求工程设计(1)三坐标测量机(CMM)一般工作台面是花一般工作台面是花岗岩,测头为宝石岗岩,测头为宝石 意大利意大利COORD3公司公司半桥式半桥式CMM测量机
15、测量机第六讲反求工程设计(1)龙门式CMM第六讲反求工程设计(1)CMM系统组成v计算机计算机控制零件程序的执行和进行结果处理,实现与外设控制零件程序的执行和进行结果处理,实现与外设的通讯的通讯v数控设备数控设备计算机和测量机的接口,控制测量机运动计算机和测量机的接口,控制测量机运动v测量机机体测量机机体底座、工作台、立柱、导轨、测头、驱动电机底座、工作台、立柱、导轨、测头、驱动电机第六讲反求工程设计(1)机械手式测量机 v测量方法测量方法:操作者手:操作者手持测量手臂,末端探持测量手臂,末端探针接触被测量物体表针接触被测量物体表面时按下按钮,记录面时按下按钮,记录坐标和探针手柄方向,坐标和探
16、针手柄方向,通过串口线传到各种通过串口线传到各种软件包上软件包上FaroARMFaroARM手动式手动式 精度低,范围大精度低,范围大第六讲反求工程设计(1)CimcoreCimcore手动式手动式第六讲反求工程设计(1)光学测量机v激光三角形法激光三角形法 v激光测距法激光测距法 v投影光栅法投影光栅法 v图像分析法图像分析法 特点:高速测量,短时间内测量大量的点特点:高速测量,短时间内测量大量的点缺点:对表面粗糙和表面漫反射率敏感(如透明、高光)缺点:对表面粗糙和表面漫反射率敏感(如透明、高光)第六讲反求工程设计(1)激光三角形法激光三角形法v原理原理:激光带投射到被测物体表面,反射光:激
17、光带投射到被测物体表面,反射光在图象传感器上成像,按照预设定的三角形在图象传感器上成像,按照预设定的三角形光路原理的测到被测物体的坐标,物体的全光路原理的测到被测物体的坐标,物体的全轮廓是通过多轴可控机械运动辅助获得轮廓是通过多轴可控机械运动辅助获得 laser stripe triangulationlaser stripe triangulation 第六讲反求工程设计(1)原理图原理图23,000 points per second.第六讲反求工程设计(1)CyberWare测量机 Cyberware公司的三维扫描仪,在公司的三维扫描仪,在80年代就被年代就被迪斯尼等动画和特技公司采用,
18、用于迪斯尼等动画和特技公司采用,用于终结者终结者II,侏罗纪公园侏罗纪公园,蝙蝠侠蝙蝠侠II,机械战警机械战警等影片。等影片。还用于快速雕塑系统。还用于快速雕塑系统。90年代的扫描仪可对人体年代的扫描仪可对人体全身扫描,给出对象的多边形、全身扫描,给出对象的多边形、NURBS曲面、点、曲面、点、Spline曲线方式描述,可进行彩色扫描。扫描速率曲线方式描述,可进行彩色扫描。扫描速率可达可达1.4万点万点/秒。秒。3030RGB型扫描物体的尺寸在型扫描物体的尺寸在30cm,深度方向测量精度,深度方向测量精度100-400m,用于动画、,用于动画、人类学研究、服装设计等方面。人类学研究、服装设计等
19、方面。第六讲反求工程设计(1)CyberWare测量机构成:构成:平台平台传感器(光学系统)传感器(光学系统)计算机计算机处理软件处理软件 第六讲反求工程设计(1)Cyberware第六讲反求工程设计(1)激光测距法激光测距法 v激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面间的距离间的距离 第六讲反求工程设计(1)投影光栅法投影光栅法 v采用普通白光将矩形光栅投影于物体表面,采用普通白光将矩形光栅投影于物体表面,摄取变形光栅图像,根据灰度值变化,算出摄取变形光栅图像,根据灰度值变化,算出空间坐标空间坐标 第六讲反求工程设计(1)ATOSATOS流动光学三坐标测量
20、系统流动光学三坐标测量系统 第六讲反求工程设计(1)atos 第六讲反求工程设计(1)贴标签定位 第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)第六讲反求工程设计(1)图像分析法图像分析法 v利用高分辨率的数码相机,拍摄多个图像,利用高分辨率的数码相机,拍摄多个图像,利用一个点在多个图像中的相对位置,通过利用一个点在多个图像中的相对位置,通过视差计算距离,从而得到点的空间坐标视差计算距离,从而得到点的空间坐标 第六讲反求工程设计(1)自动断层扫描自动断层扫描 v逐层去除材料
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