逆向工程在产品创新设计中的实践应用研究

摘要

随着生活水平的不断提高，仅仅重视功能要求的产品已经无法满足消费者了。市场需要产品不仅要有优良的性能还要有美观的外形。美观且丰富多样的产品造型必然会增加产品外形的复杂程度和加工难度，越复杂的外形越需要由多个自由曲面缝合而成，但是传统的加工方法受到了局限。为了顺应时代的变化，产品的创造性和经济性，利用逆向工程技术手段成了必然趋势。
　　在许多工业领域中，逆向工程技术采用3D扫描和3D打印技术相结合的方式来实现产品的快速制造。对已有的实物或油泥模型进行处理并用三维扫描设备完成测量，将模型表面测得的数据通过相应的逆向软件实现曲面重构，获得实物模型的3D数字模型，不断循环，直到符合标准的产品模型用于后续的计算机辅助分析和制造。
　　在扫描测量方面，本文介绍了扫描仪的类型和测量原理，着重分析了实验所用的手持式三维激光扫描仪设备。通过使用手持式扫描仪对实物模型的实际操作，本文探索出一种最优的扫描顺序，可以使系统在表面最优运算法方面发挥最好的效果，以便更好的获得准确的数据。
　　在运用逆向工程技术的过程中，会遇到因为点云数据量大而影响到曲面拟合的质量或者是和广泛运用的CAD软件兼容性的问题，所以本文深入研究了曲线、曲面基础理论和特性，总结了在不同情况下三角Bézier曲面拟合和NURBS曲面拟合的区别以及NURBS方法的优点。利用专业的逆向软件来进行点云处理，以实例为代表，突出了专业逆向软件的优势，同时更好的应用了NURBS方法。本文总结出了最优的拟合方法，能够拟合出高质量的曲面，与下游CAD软件的工程应用实现了良好的兼容性。
　　逆向工程技术也在曲面重建中起着重要作用，它明显地降低了曲面重建的时间和模型相同部分的成本。在数据拼合、数据划分和模型重构中，为了要获得精确的实体数字模型，必须保证数据的精简和准确。在数据每一步操作过程中，数据的特征识别和提取，特别是轮廓线的提取，在曲面重建中起着十分关键的作用。本课题通过实例研究，得出结果:对特征和轮廓线实现精确的识别和提取，可以提高曲面重建后的精度，快速实现产品的创新设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 逆向工程的概述

1．2．1 逆向工程定义

1．2．2 逆向工程的分类

1．2．3 逆向工程的三大技术

1．2．4 逆向工程的应用领域

1．3 逆向工程技术的国内外研究动态

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 逆向工程技术国内研究动态

1．4 逆向设计软件

1．4．1 四大专用逆向软件

1．4．2 具有逆向模块的正向软件

1．5 论文的主要工作

第二章 实物模型数据的获取

2．1 主要测量方法

2．1．1 接触式测量方法

2．1．2 非接触式数据测量方法

2．2 EXAscan手持式激光扫描仪

2．2．1 手持式激光扫描测量技术

2．2．2 手持式激光扫描测量系统组成

2．2．3 手持式激光扫描测量的操作流程

2．3 EXAscan扫描实例

2．4 本章小结

第三章 产品建模数学理论发展

3．1 曲线曲面的演化

3．2 曲线曲面的参数表达

3．2．1 曲线的参数表达

3．2．2 曲面参数表达

3．2．3 Bezier曲线曲面线性分析

3．2．4 NURBS曲线曲面的控制分析

3．3 NURBS曲线曲面的应用优点

3．4 曲线曲面的光顺性评价

3．5 本章小结

第四章 逆向建模实例分析

4．1 Geomagic Studio系统简介

4．1．1 Geomagic Studio功能模块分类

4．1．2 Geomagic Studio的特点

4．2 基于Geomagic Studio的模型实例应用

4．2．1 点阶段处理过程

4．2．2 多边形阶段处理过程

4．2．3 形状阶段处理过程

4．3 本章小结

第五章 基于逆向的产品创新设计

5．1 逆向的产品设计模式

5．2 鼠标的逆向设计

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文