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逆向工程研究

2006/3/5    来源:海克斯康    作者:卢开所      
关键字:逆向工程  正向工程  三坐标测量机  数据采集  重建  数字  
本文论述了逆向工程的起源与发展,并对逆向工程涉及的相关技术进行了探讨和研究。

    1、概述

    人类社会发展至今,已经历了几千年研究和探索,在各方面都积累丰厚的知识财富和科技成果,它是产品开发的基础,是人类的宝贵财富。但由于历史的局限,在没有计算机的时代,大多数遗产都是用模拟的方式记录的,在当今数字化时代,要快捷地利用这些知识和成果,实属不便。这就要求把大量的模拟信息转化为数字化的模型,以供以后产品开发所用。在机械产品方面,我们可以利用逆向工程的思想,用三坐标测量机来快速地完成转换。

    翻开几千年人类探索和研究的历史,你会发现,每一项成果都是在前人研究的基础上,模仿自然界和人类社会在相关领域、具有相应特长、特性的事物、动物或人来实现的。看到天空中的飞鸟,我们仿制了飞机,但飞机比鸟飞得更高、更快、更远;看到海中游的鲸,人们仿制了潜艇,但潜艇比鲸潜得更深、体积更大、续潜能力更强;……这就是说人类一直在学习现有事物、研究现有事物、仿制现有事物,即人类一直在采用逆向工程的方式工作,不仅仿制原型,而且超越原型。

    通过样件开发产品的过程人们称为逆向工程,和产品正向设计过程相反。逆向工程主要是研究他人或现存的系统或产品,发现其规律,以复制、改进并超越现有产品或系统的过程。逆向工程不仅仅是对现实世界的模仿,更是对现实世界的改造,是一种超越。它所涉及的关键技术主要包括:三维实体几何形状数据采集、规则或大量离散数据处理、三维实体模型重建、加工等。

    2、三坐标测量机是逆向工程的数据采集器,是逆向工程的数据源

    三坐标测量机是近几十年来,随着计算机、机床业的飞速发展而产生的一种高效高精度的测量仪器。它采用坐标测量的原理,在计算机软件的控制和驱动下,完成对工件几何尺寸和形位公差的三坐标数据采集。它有机地结合了数字控制技术,利用了计算机软件技术,采用了先进的位置传感技术和精密机构技术,并使之完美结合。它顺应了硬件软件化的技术发展方向,使诸如齿轮、凸轮、涡轮涡杆等以前需要专用检测设备才能完成工件,现在可用通用的三坐标测量机进行数据采集,结合相应测量、评价软件来实现专业的检测、评价功能。

    通过了解三坐标测量机的原理,人们很容易知道其优越的特性:高效、高精度、高柔性而又具有相当的专用性。采用先进传感技术、数字控制技术、计算机软件控制和处理技术,使得三坐标测量机具有很高的数据采集和处理效率;它以精密的机械主体为基础,采用软件控制和补偿技术,再配以高精度的位置传感器,可实现很高的精度。它实现空间坐标点的测量,采用计算机软件来完成产品几何尺寸、形位公差的评价,不同类型的产品只要调整软件即可完成,这既使得三坐标测量机具有很高的柔性,又具有相应的专用性。

    逆向工程要仿制样品,就要有相应的数据信息。数据采集是逆向工程的起点,是逆向工程的基本活动。

    基于上述三坐标的特性,可以说三坐标测量机是逆向工程理想的数据采集器。

    3、逆向工程中数据采集规划

    采集规划目的是使采集的数据正确而又高效。正确是指所采集的数据足够反映样件的特性而不会产生误导误解;高效是指在能够正确表示产品特性的情况下,所采集的数据尽量少、所走过的路径尽量短、所化费的时间尽量少。

    对产品数据采集,有一条基本的原则:沿着特征方向走,顺着法向方向采。就好比火车,沿着轨道走,顺着枕木采集数字信息。这是一般原则,实际应根据具体产品和逆向工程软件来定。下面分三个方面来介绍。

    规则形状的数据采集规划:

    对规则形状诸如点、直线、圆弧、平面、圆柱、圆锥、球等,也包括扩展规则形状如双曲线、螺旋线、齿轮、凸轮等,数据采集多用精度高的接触式探头,依据数学定义这些元素所需的点信息进行数据采集规划,这里不做过多说明。虽然我们把一些产品的形状归结为特征,但现实产品不可能是理论形状,加工、使用、环境的不同,也影响着产品的形状。作为逆向工程的测量规划,就不能仅停留在“特征”的抽取上,更应考虑产品的变化趋势,即分析形位公差。

    下表是各规则元素数学描述所需的最小数据点数,要描述其公差与变化,实际需要测量更多的点。

    自由曲面的数据采集规划:

    对非规则形状,统称自由曲面,多采用非接触式探头或二者相结合。原则上,要描述自由形状的产品,只要记录足够的数据点信息即可,但评判足够数据点是很难的。实际数据采集规划中,多依据工件的整体特征和流向,进行顺着特征走,法向特征扫的数据采集规划;对局部变化较大的地方,仍采用这一原则进行分块补充。

责任编辑:江琦
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