基于仿形測量和誤差補償處理的模具逆工程曲面重構

【摘 要】對于基于仿形測量和誤差補償處理的模具逆工程曲面重構的研究，本文主要從三方面進行探究，即：模具的概述、逆向工程的發展狀況、技術的關鍵和運用以及逆工程的仿形測量和誤差補償處理。

【關鍵詞】仿形測量；誤差補償；逆工程；模具；曲面重構

所謂的模具，其實就是單件的訂貨生產方式的一種產品，在所有的單間訂貨生產方式里，模具是最典型的一種，它不但有很強的實效性，而且它不是客戶最終的產品。根據客戶的需求要求，他們期望能在最短的時間內進行模具交貨。為了滿足客戶的需求，豐富產品消費的個性化，我們就要把模具產品的開發周期縮到最短，在最短的周期內完成模具開發，從而來提高我們的競爭力，把我們的經濟效益達到最高。如果要把模具產品的開發周期縮到最短，我們就要提高設計者的設計水平、加工人員的技術水平，從而縮短模具產品的開發周期。仿形測量的逆工程對于模具產品的開發有很大的作用，因為它自身的優勢，漸漸地被運用到模具產品的開發中來。

1.模具的概述

模具簡單的說就是一種模子與工具，用來把物品塑造成型的工具，它主要是運用在工業生產上。在工業生產上，我們要進行注塑、吹塑和擠出以及壓鑄或者是鍛壓成型、冶煉，在進行這些工作的時候，我們都會用到模具。根據加工的東西不同，我們可以把模具分為加工金屬的模具和加工非金屬或者粉末冶金的模具；如果要按照模具的結構特點，我們又可以把它分為型腔模與沖裁模。一個完整的模具，不但要有它本身，還要有支撐它的模座、模架，在工作時需要導向裝置和制件頂出裝置。我國的模具技術還不夠完善，所以，我們還是很有必要借鑒國外先進企業的成功經驗，更好地發展我國的模具技術。

2.逆向工程

隨著社會的發展，社會需求也在變化，傳統的復雜曲面零件的開發模式已經不能適應市場的需求，它不僅開發的周期比較的漫長，而且在開發的過程中，需要消耗的成本費用也比較的龐大。同一個產品，如果它的費用比較低，而且外觀比較的美觀，這樣的產品自然會受到消費者的喜愛，從而能迅速的占領市場。所謂的逆向工程，我們也稱作是反求工程（或者是反求技術），在沒有產品圖紙的時候，它可以在實物或者是油泥模型的基礎上進行點云數據的測量，從而建立數字模型，并且我們可以對這個模型的性能進行全方位的分析，從而加工成我們需要生產的產品，而這個過程就是逆向工程。就目前而言，我們主要研究的是產品的結構反求以及它的幾何形狀。由于逆向工程具有快捷、方便、直觀的特點，所以，逆向工程現在已經不是單單的在新產品的開發上運用了。

2.1逆向工程的發展現狀

隨著社會的發展，科技的進步，逆向工程已經是新產品開發的一個重要的手段，而且受到很多人的關注。現在機械行業、醫學、地里以及考古都會用到逆向工程。國外已經有一些人專門對逆向工程進行研究，而我國對于這方面的研究起步的比較的晚，不過現在已經開始注重這方面的研究了。

2.2逆向工程的關鍵技術

逆向工程的內容比較的廣泛，主要有數據采集和數據處理以及曲面重構。所謂的數據采集就是對物體的表面進行數字化，通過測量設備，選取合適的測量方法，就能夠采集到我們所需要的坐標信息；而數據處理就是對我們所采集到的數據進行整理，對于一些錯誤的信息我們要在曲面重構之前就要對其進行處理；而曲面重構是這幾個技術里面最重要和最復雜的一個環節，它主要是對已經設計的產品進行后續設計和性能分析以及制造。

3.逆向工程的運用

新的產品在開發的時候，逆向工程會在以下幾個方面進行運用：

3.1外觀覆蓋件產品設計

所謂的外觀覆蓋件產品對于產品的設計理念來的傳遞說，它是一個重要的載體，可以把產品的功能進行向外拓展。外觀覆蓋件的工序非常的復雜，不但要進行裁剪和縫合，還要對其進行搭接。由于社會需求的日益變化，傳統的正向設計漸漸地不能夠滿足社會的需求，因為它不僅消耗的時間久，而且需要的人力物力也比較的大。對于這種產品進行設計的工程師，他們大多數都是機械工程師，并且他們的造型美學致使比較的欠缺。如果設計師在設計的過程中能夠把美學知識運用進來，完善它的功能，然后結構設計師再結合物理原型對設計的產品進行數字化建模。在這個設計的過程中，造型設計師不需要花費很多的時間對模型進行高精度的制作，結構設計師只需要對模型的工藝進行合理化，這樣以來，不但可以縮短設計周期，提高設計效率，而且設計的質量也會在很大的程度上進行提高。

3.2復雜曲面的零件設計

有些復雜的零件的曲面的設計不但會提高零件的外部美觀程度，而且它還具有一定的功能作用，例如設計的渦輪葉片，再設計零件的曲面的時候，我們不但要對其進行各種的測試，還要對測試的結果進行分析，在這個過程中，我們可以采用實物模型一邊測試，一邊分析，一邊的修改，在測試合格后，就要利用逆向工程對零件進行重構，這樣以來，就可以在很大的程度上減少了研發的時間。

3.3已有產品的仿制

一般的情況下，設計師要考慮設計的產品的保密性，不會把設計的模型隨便給人看的，在沒有設計了的圖紙的時候，就要利用三維測量和去面模型的逆向工程對模型進行精密的仿制，而這樣所得到的產品就是仿制品。

3.4損壞零件的修復

對于已經變形或者是磨損的零件，我們可以根據逆向工程系統，依據它的實際情況，利用CAD對已經變形或者是磨損的地方進行“補償”，這樣就可以把零件修復好了。

3.5進行數字模型檢驗

設計師可以利用三維掃描技術把CAD模型和需要掃描的模型進行比較，然后既能夠很快的檢驗出零件的制造精度，這樣對需要檢測的零件的檢測精度會非常的準確，而且可以很直觀的看到自己想要看到的。

4.逆工程的仿形測量和誤差補償處理

仿形測量對于逆工程來說，是一個非常重要的一個環節，對于逆工程的過程中，設計師首先要對模型進行測量，而測量的數據是否準確，對CAD 模型的重構有著重要的影響，除此之外，測量的速度是否迅速也會硬性逆工程進行的速度，由此，我們不得不說仿形測量對于逆行工程有著重要的影響。仿形測量可以分為接觸式和非接觸式兩種方式。所謂的接觸式就是傳統的測量方式。隨著科技的發展，非接觸式已經在很大程度上對曲面的形狀和形貌的運用漸漸地廣泛了，它相對于接觸式的仿形測量，有很多的優點，也帶來了很多的便利，不僅能夠避免在進行測頭半徑補償的時候遇到的麻煩，還能夠高速的進行測量。進行測量的時候，不可避免的會出現誤差，出現這種誤差主要是設備本身有些誤差，還有裝夾出現誤差，以及測量基準會有誤差，處理這種誤差的關鍵就是對測頭半徑進行補償與修改。對于誤差的處理的方法一方面就是進行小曲面的近似法，另一方面是利用B樣條擬合法進行處理。B樣條擬合法相對于小曲面近似法，有太多的優勢了，不但可以減少工作量，測量的準確性高，而且它的適應性比較的強。

5.結束語

逆向工程已經在很多領域進行應用了，而且在汽車和摩托車領域里，它已經成為先進技術的有效手段，它的應用，不但在很大程度上縮短了產品開發所用的時間，而且還提高了生產的效率，創造更大的經濟效益。

【參考文獻】

[1]孫福輝.重構曲面的品質分析及其優化技術[J].重構曲面研究，2010（4）.

[2]許智欽.逆向工程技術三維激光掃描測量[J].逆向工程研究與分析，2012（9）.