1814_酸奶桶的反求造型研究(只WORD文档)
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毕业设计(论文)开题报告题目 酸奶桶的反求造型研究专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105304学 生 姓 名 陈 烈指 导 教 师 于 斐填 表 日 期 2011 年 3 月 5 日说 明开题报告应结合自己课题而作,一般包括:课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述) 、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义:逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术,逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中,它不仅消化和吸收实物原型,并且能修改再设计以制造出新的产品.逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持,它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。逆向工程的整个实施过程包括了测量数据的采集处理、CADCAM 系统处理和融入产品数据管理系统的过程。其中在 RE 产品建模系统中实现了数据预处理、曲线曲面拟合等。从理论角度分析,逆向工程技术能按照产品的测量数据建立与现有CADCAM 系统完全兼容的数字模型,这是逆向工程技术的最终目标。实现逆向过程后,通过 UG 进行实体整合,制造出酸奶桶模型,通过实体模型反求酸奶桶的制造模具。二、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述):传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程,设计人员首先构思产品的外形、性能以及大致的技术参数等,再利用 CAD 建立产品的三维数字化模型,最终将模型转入制造流程,完成产品的整个设计制造周期,这样的过程可称为“正向设计” 。而逆向工程则是一个“从有到无”的过程,就是根据已有的产品模型,反向推出产品的设计数据,包括设计图纸和数字模型 1。逆向工程(Reverse Engineering)作为一项新的先进制造技术被提出是在上世纪八十年代末至九十年代初。当时首先由美国汽车龙头福特汽车公司倡导的汽车“2 毫米工程”对传统的制造业提出了前所未有的挑战 2 。它要求将质量控制从最终产品的检验和检测,提前到产品的开发设计阶段。减小开发风险,降低开发成本,加快产品成功开发的周期。九十年代初在世界范围内掀起了所谓“先进制造技术及设备”的研究、开发热潮 3。在计算机高度发展的今天,三维立体的几何造型技术已被制造业广泛应用于工模具的设计、方案评审,自动化加工制造及管理维护等各方面 4。而往往我们都会遇到这样的难题,就是客户给你的只有一个实物样品或手扳模型,没有图纸 CAD 数据档案,工程人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更为困难。用传统的雕刻方法,时间长而效果不佳,这时我们就需要采用各种测量手段及三维几何建模方法,将原有实物转化为计算机上的三维数字模型。这就是所谓逆向工程(Reverse Engineering)。逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及多自由度数控加工等多个环节。其中作为快速反求的发展则是由传统的接触式测量向快速非接触式测量逐步发展,特别是承受着“光机电一体化”技术的发展,结合了计算机、图像处理,激光技术以及精密机械的三维激光扫描机逐渐成为了反求工程的主流。而三维激光扫描从形式上又是从点扫描测量向线扫描测量、场测量发展的,其中线扫描测量与点扫描同样基于“三角法测量原理” ,同时借助于高精度,高分辨率的面阵 CCD 图像采集系统,从而使其具有了与点扫描形式类似的高测量精度以及可与场测量方式媲美的高效率。另外,采用步进电机带动旋转平台,可以获取被测物体的全轮廓数据信息,能真正做到了采用三维扫描方式获取物体三维形状信息 5 。从广义讲,逆向工程可分以下三类:(1)实物逆向:它是在已有产品实物的条件下,通过测绘和分折,从而再创造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。(2)软件逆向:产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类:既有实物,又有全套技术软件;只有实物而无技术软件;没有实物,仅有全套或部分技术软件。(3)影像逆向:设计者既无产品实物,也无技术软件,仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等,设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品,该种逆向称为影像逆向 6 。逆向工程的专业软件有 Surfacer、UG、CopyCAD 和 RapidForm 等,这些软件非常适合处理大量扫描的点云数据。例如,对一个小车的外型进行激光扫描,大约可以得到 30 万个测量点,通过专业的 UG 软件建构而得到数字模型,达到了预期的效果 7 。Unigraphics NX 5.0 中文版(简称 UGNX5.0) ,其功能覆盖了整个产品的开发过程,即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程,在航空、汽车、机械、电器电子等各工业领域中应用非常广泛。UG 软件起源于美国麦道飞机公司,自 20 世纪 60 年代起成为商业化软件以来,一直被全球众多知名公司所采用,UG 软件在客户需求驱动下,汽车多个大型工程项目的实际考验,被公认为世界一流的企业级 CAD/CAM/CAE 一体化软件之一。Imageware 作为 UG NX 中提供的逆向工程造型软件。具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的 A 级曲面(CLASS A)具有良好的品质和曲面连续性。Imageware 的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差 8。以上介绍的是国外逆向工程软件,国内在逆向工程软件方面的研究主要集中在高等学校(如清华大学、浙江大学、南京航空航天大学),也有软件产品出现,但是由于系统稳定性、可操作性等原因,这些研究性软件还没具备与国外商业化软件竞争的条件。由国内逆向工程领域专业人士参与开发的逆向工程软件 QuickForm 是较好的一个:该系统采用先进的几何引擎,运行稳定性好,并有良好的可操作性。由于开发人员具有丰富的逆向工程实施经验因此系统的功能设置、操作方式符合国内用户的习惯,这是国外软件所无法具备的。QuickForm 还具有价格优势,QuickForm 的价格在同类软件中具有极强的竞争力;采用国产软件也是对国内制造业和软件行业的支持 9。逆向工程已成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带,并成为消化、吸收先进技术。实现新产品快速开发的重要技术手段。其主要应用领域如下: (1)对产品外形美学有特别要求的领域,由于设计师习惯于依赖 3D 实物模型对产品设计进行评估,因此产品几何外形通常不是应用 CAD 软件直接设计的,而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型或比例模型,然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型。 (2)当设计需经实验才能定型的工件模型时,通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽车等领域,为了满足产品对空气动力学等的要求,需进行风洞等实验建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的最终借助逆向工程,转换为产品的三维 CAD 模型及其模具。 (3)在模具行业,常需通过反复修改原始设计的模具型面。这将实物通过数据测量与处理产生与实际相符的产品数字化模型,对模型修改后再进行加工,将显著提高生产效率。因此逆向工程在改型设计方面可发挥正向设计不可替代的作用。 (4)逆向工程也广泛用于修复破损的文物、艺术品、或缺乏供应的损坏零件等。 (5)借助于工业 CT 技术,逆向工程不仅可以产生物体的外部形状而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷 10 。逆向工程的研究已经日益引人注目,在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。但是在实际应用当中,整个过程仍需要大量的人机交互工作,操作者的经验和素质直接影响着产品的质量,自动重建曲面的光顺性难以保证,下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面:(1)数据测量方面:发展面向逆向工程的专用测量设备,能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化,并能进行自动测量和规划路径;(2)数据的顶处理方面:针对不同种类的测量数据,开发研究一种通用的数据处理软件,完善改进目前的数据处理算法;(3)曲面拟合:能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接;(4)集成技术:发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术 11。三、研究内容及实验方案: 研究内容:1) 酸奶桶的反求造型。2) 基于 surfacer 软件将测量的的点拟合成曲线和曲面3) 基于 UG 创建酸奶桶实体4) 完成酸奶桶的 UG 注塑模设计四、目标、主要特色及工作进度目标:对酸奶桶的点云模型数据处理利用 surfacer 软件将测量的的点拟合成曲线和曲面、UG 创建酸奶桶实体主要特色:结合酸奶桶的设计制造的特点,采用逆向工程技术对酸奶桶进行设计研究是一项开拓性、实用性和综合性很强的工作。用 surfacer 及逆向工程软件 UG 对酸奶桶点云数据进行反求处理其重点难点是曲线的创建和诊断修改。采用逆向工程技术,不仅能够得到原实物的精确的复制品,而且可以进一步修改并生成完整的数学模型和产品图纸,为产品的更改以及后续的数控加工带来了很大的便利,大大地缩短设计开发周期,提高了产品设计的工作效率。工作进度:1. 开题报告、查阅资料、外文翻译(6000 字符) 2.213.11 3 周2. 研究反求造型的基本方法 3.144.1 3 周3. 基于 surfacer 软件重构曲面 4.44.29 4 周4. 基于 UG 创建酸奶桶实体 5.25.27 4 周5. 完成酸奶桶的 UG 注塑模设计 5.306.17 3 周6. 撰写毕业论文、毕业设计审查、毕业答辩 6.206.25 1 周五、参考文献1 金涛, 童水光. 逆向工程技术. 北京 机械工业出版社, 2003.2 苏文慧,于学兵. 逆向工程汽车车身设计中的新型开发方式J机械研究与应用, 2005,(01).3 朱东华,陈国富,王建峰. 虚拟造型反求与快速成型J机械设计, 2006,(03).4 姜斌,魏琳. 基于逆向工程的工业设计研究J轻工机械, 2005,(02).5 谢金,王文,等.基于激光测量的自由曲面零件逆向工程的实现.组合机床及自动化加 工技术,2002(1) 10 姜元庆, 刘佩军编译. UG / Imagewar 逆向工程培训教程. 清华大学出版社,2003.6 陆佳平,薛克敏,汪昌盛. 逆向工程在汽车覆盖件设计中的应用J合肥工业大学学报(自然科学版), 2006,(03).7 杜建红,张红兵. 复杂曲面实物反求设计J机械设计与制造, 2005,(12).8 李书生,徐万红,王韶春. 汽车车身逆向设计法的研究J沈阳工业大学学报, 2004,(06).9 马文胜,郎宝珠,刘卫. 现代汽车车身外形设计方法J河北工业科技, 2006,(04).10 柯映林等.反求工程 CAD 建模理论、方法和系统.北京:机械工业出版社,200511 T.Pawson , R.Linding.Synthetic modular systems reverse engineering of signal transduction . FEBS Letters , Volume 579 , Issue 8 , Pages 1808 - 1814, 200512 Adam A Margolin, Kai Wang, Wei Keat Lim, Manjunath Kustagi, Ilya Nemenman & Andrea Califano.Reverse engineering cellular networks. Nature Protocols 1, 662 - 671 (2006)13 MORETON H P, SEQUIN C H. Functional Optimization for Fair Surface Design .Computer Graphics, 1992, 26(2) :167 175 .14 Eck M, Hoppe H. Automatic reconstruction of B-spline surfaces of arbitrary topology type .Computer Graphics, 1996, 30(8) :325-334
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