风扇叶片的非接触测量与三维重构设计综述
摘要：逆向工程技术是现代产品设计的一种重要手段，是消化和吸收先进技术的一种新方法,是先进制造技术的主力。三维 CAD 模型重构是逆向工程中的关键步骤。介绍了逆向工程的概念以及关键技术，全面分析了 UG 软件在逆向工程中的应用特点以及分析了利用 UG 进行曲面构造的方法和过程，总结了 Imageware 在数据点云处理优势以及进行数据处理的过程。利用学校现有的 LSH-600 型非接触式的三维激光扫描仪采集了风扇叶片的几何数据，并详细介绍了数据采集的过程。最后结合 Im－ageware 和 UG 各自的优势，以风扇叶片零件的三维模型的重构来讲述模型重构的过程。
关键词：逆向工程；模型重构；Imageware；UG
1 选题的目的及意义【2-6】
逆向工程（Reverse Engineering，RE），也称为反求工程或反向工程，起源于精密测量技术，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路，成为实现新产品快速开发的重要技术手段[1]。随着CAD/CAM/CAT 技术的快速发展，为逆向工程的应用提供了有利条件。传统的产品设计通常是从概念设计到图样绘制，再制造出产品，称之为顺向工程；逆向工程即是对零件或原模型提取数据生成图样，再制造产品。
逆向工程过程中涉及的对象有3类:①数据:实际信息,②知识已知内容的总和,③信息:相互关联的交流知识。基于以上对象,又定义了逆向工程过程中重要的规范行为:数据采集、知识组织、信息浏览。数据采集是构造高层抽象以及其它行为的基础。为了使所采集的数据客观实际,可以采用已经成熟的源码分析技术如编译领域的语法分析和交叉索引技术;充分利用源码以外的其它数据,如系统行为、系统文档、系统设计者和维护者提供的信息,这些数据从不同方面反映了系统的信息,使收集的数据更加准确、可靠;数据的过滤也很重要,在数据源中进行筛选,选取对理解系统必要的信息。知识组织涵盖了创建、表示和推理数据模型的技术,包括概念建模、领域建模和可扩展知识库。数据模型体现了系统的本质属性及其关系。利用数据模型保存数据可以对所采集的数据实现高效的存储和检索,便于数据的保存和使用。逆向工程的建模必须满足人们理解系统的要求。和传统的数据模型如层次模型、网络模型和关系模型不同,概念建模所建模的对象及其关系是面向人的,其建模机制适用于逆向工程领域。程序结构本身不足以反映程序所应用的问题域,通过领域建模可以标识、组织和表示领域元素及其组成结构,辅助人们按领域组织目标系统的知识,识别系统的标准构件。针对大型目标系统庞杂的数据,可扩展知识库存储粗粒度的系统对象,支持子系统的增量分析,进一步提高了大型系统理解的效率。
逆向工程从数据采集开始,依赖于知识组织,将数据组织成应用程序领域的概念模型,其中信息浏览是整个过程的关键行为,多数程序理解都是在该过程中进行的。信息浏览通过遍历浏览代表目标系统的信息的多维结构,按领域相关的标准分析和过滤信息,利用多种呈现机制表示所得到的信息。
2 国内外同类研究现状【7-12】
在国外研究现状20世纪80年代日本名古屋工业研究所和美国UVP公司、美国3M公司提出了逆向工程技术(RE)并开始研制开发。一些重要的国际和国内学术会议都将逆向工程及相关技术作为一个重要学术议题。
逆向工程技术时新产品开发和消化吸收先进技术的重要手段之一。采用逆向工程有利于人员快速消化、吸收原产品的有点，在原产品的基础上进行各种创新设计，设计出适合市场的产品，从而增强企业竞争力。因此，各国成立逆向工程技术系统研究中心，同时相应的设备制造公司也在各国建成，政府还发展和支持大规模的材料供应商和相应的专业软件公司，在加上从事这些项目众多的教育、科研机构和提供赞助的基金会以及大量快速成型设备的制造者。这就形成一个强大的集体。这对逆向工程技术发展、应用创造了很好的发展空间。
日本、德国、英国等国家的三坐标测量机和三维扫描仪应用广泛。英国的雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪和泰勒霍普深公司的TALYSCAN150度传感扫描仪，德国的COM公司的ATOS扫描仪，日本的罗兰公司的PIX-30网点式扫描仪。CYCLON2高速扫描仪精度可达0.02mm可以进行精密扫描；ATOS扫描仪可随意绕零件移动，灵活。可用于汽车等外饰造型。PIX-30网点式扫描仪和TALYSCAN150度传感扫描仪特点高速、功能复合化。
逆向工程软件主要作用是接受测量设备的数据。通过一系列操作得到品质优秀的曲线、曲面。并通过标准数据格式将曲线、曲面数据传输给CAD/CAM软件，再完成最终的造型。另外在CAD/CAM软件开发上，开始集成逆向工程模块。如：UG NX5中的PointCloud。Pr-e软件中的Pro/SCAN功能。
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