三维反求实验报告.docx

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三维反求实验报告

《产品的三维造型与反求技术》实验报告

三维反求实验报告

一、实验目的：

1.了解反求技术的基本流程；

2.通过完成一个产品的三维表面数据的测量和反求产品的三维模型，了解三维表面轮廓数据测量的方法以及反求设计流程；

3.了解基于CAD系统直接造型和利用相关设备进行反求造型的特点和应用场合。

二、实验原理：

反求工程简介：

反求工程是从一已经存在的零件或产品模型入手，首先对其进行数字化测量，得到它的轮廓坐标值，然后通过三维CAD曲面重构得到其三维CAD模型并输出图纸，经审查合格后由CNC加工设备或快速成型机进行加工。

反求工程关键技术：

1.实物原型的数字化技术（三维表面数据采集技术）：

测量时光栅投影装置投影特定编码的光栅条纹到待测物体上，一个摄像头同步采集相应图像，然后通过计算机对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，解算出摄像机与投影仪公共视区内像素点的三维坐标，通过三维扫描仪软件界面可以实时观测相机图像以及生成的三维点云数据。

2.数据点云的预处理技术：

接触式测量要对数据点云进行半径补偿；去除误差点；对点云数据进行精简；

3.三维重构基本方法：

对于复杂曲面产品来说，其实体模型可由曲面模型经过一定的计算演变而来，因此曲面重构是复杂产品逆向工程的关键；

4.曲线曲面光顺技术

5.逆向工程的误差分析与品质分析

三、实验仪器设备：

仪器设备：

面结构光三维测量系统；安装了NX8.5、Geomagic等软件的电脑。

数据资料：

用三维测量系统采集得到的点云原始数据文件；

四、实验方法和步骤：

实验一：

运用面结构光三维测量系统对零件进行测量，并用Geomagic软件对其拼合。

1.打开GeomagicStudio12软件，选择“继续试用”、“打开文件”，选择9个后缀名为*.asc的文件，点击“打开”。

图3-1

2.其后弹出的“文件选项”、“单位”对话框都直接选择“确定”（默认选项已经符合要求，比如采样100%等）。

随后对所有采集数据点进行着色，点击“着色点”命令。

3.选中多余的数据点，按“Delete”删除，删除这些无用的数据点。

4.选择体外孤点，按“Delete”删除。

5.选择“对齐”、“手动注册”，模式选择“n点注册”。

6.在定义集合下，“固定”选择第一组数据，“浮动”选择第二组数据，然后分别在两个视图中选择位置主观判断能重合的三个点，点击“下一步”，重复上述操作完9组数据的匹配，拼合9组数据点。

7.点击“全局注册”、“合并点”得到拼合结果。

8.将缺少的部分（三维扫描时的盲点部分）填充起来，选择“填充单个孔”命令。

9.利用“平面裁剪”、“删除选择面”、“封闭相交面”命令进一步修正拼合结果。

10.选择“松弛”、“去除钉状物”命令，直接点击“确定”。

使用“砂纸”命令打磨拼合表面棱角部分，使得头像表面更加光滑，得到的最终头像见下图。

实验二：

由零件的点云文件用UG的建模模块反求来构建零件的三维模型。

1.将test.igs文件导入NX8.5并在主要定位位置利用参考平面命令建立必要的参考定位平面（三点确定平面形式）。

2.选取基准平面平面建立草图，依次利用存在的点画出模型在该面上的基本轮廓最后得到下图（不能对轮廓使用对称命令，要忠于原始模型）。

3.利用拉伸命令，拉伸主体轮廓草图得到各部分的实体（拉伸时选取从一个面拉伸到下一平面）。

4.拉伸求差时用的工具体，拉伸距离超出实体轮廓边界即可。

5.求差命令，在轮廓体中以上述修剪体为刀具求差得到模型主要实体。

6.细节操作，进行倒圆角，得到模型实体。

7.模型展示。

五、思考题：

1.在面结构光三维测量实验中，在转动物体进行测量时，为什么必须使测得的前一幅图像和后一幅图像有重叠部分？

答：

图像的重叠部分可以为后续拼合操作提供参照。

通过对齐重叠部分完成对两次测量点云图像的拼合操作。

2.说明一下你对反求工程的理解并分类列举一下反求工程在不同行业的作用。

答：

反求工程是从一已经存在的零件或产品模型入手，首先对其进行数字化测量，得到它的轮廓坐标值，然后通过三维CAD曲面重构得到其三维模型并输出图纸，经审查合格后由CNC加工设备或快速成型机进行加工。

这是不同于正向设计的由过程得到结果的。

反求工程是有了结果不追究过程，对结果直接进行数字化并迅速达到使用的目的。

举例：

1.航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。

2.在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计方法。

3.修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制，而是借助反求工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计。

3.总结正向和逆向两种设计方法各自的特点，并说明自己的设计体会与收获。

答：

传统的产品设计过程（也就是正向工程）是根据产品的功能和用途首先进行概念设计，然后通过CAD输出产品的设计图纸，经审查无误后，编制NC代码并输入CNC加工设备进行产品加工或者通过快速成型机制作样品。

反求工程是从一已经存在的零件或产品模型入手，首先对其进行数字化测量，得到它的轮廓坐标值，然后通过三维CAD曲面重构得到其三维模型并输出图纸，经审查合格后由CNC加工设备或快速成型机进行加工。

这是不同于正向设计的由过程得到结果的。

反求工程是有了结果不追究过程，对结果直接进行数字化并迅速达到使用的目的。

通过这次实验，我体会到逆向设计功能的强大并运用NX8.5依据得到的点云文件进行建模操作、利用Geomagic软件进行点云文件的自动重构。

逆向设计的设计过程十分迅速，能快速完成对原有模型的重建。

但是精确度仍然需要改进，还有一些问题亟待解决。

然而，这种“捷径”并不能带来基本设计过程、设计原理上面的提升，仅仅是一种“仿制”技术。

所以我们要正向设计、逆向设计并重。