【正文】 、藝術(shù)品、玩具等）；人體形狀測量（人體外形測量、醫(yī)療器材制作等）；造型設計（立體動畫、多媒體虛擬實景等）。在有些領域，工業(yè)技術(shù)比較發(fā)達的歐美國家，他們對于逆向工程技術(shù)的應用已經(jīng)非常成熟。特別是在模具行業(yè)，他們很早就引入了逆向工程技術(shù)，因此能制作出高精度高質(zhì)量的模具。我國通過模仿后再創(chuàng)新，學到了很多先進個理論和知識，為國內(nèi)逆向工程的發(fā)展做到了很好的借鑒作用。對于很多產(chǎn)品的開發(fā)和研究來說，產(chǎn)品的逆向造型是十分重要的一個環(huán)節(jié)。逆向工程是設計下游向設計上游反饋信息的一個回路。廣義的逆向工程包括了影響逆向、軟件逆向和實物逆向。目前，國內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產(chǎn)品實物的CAD，稱為“實物逆向工程”。 逆向工程技術(shù)誕生上個世紀80年代，逆向工程技術(shù)的發(fā)展及應用也只有幾年的時間。如今，逆向工程技術(shù)在我國的應用領域主要是飛機、汽車、玩具和家電等模具相關(guān)行業(yè)。近年來隨著生物、材料技術(shù)的發(fā)展，逆向工程技術(shù)也開始應用在人工生物骨骼等醫(yī)學領域。但是其最主要的應用領域還是在模具行業(yè)。通過逆向工程的運用，使產(chǎn)品模具的開發(fā)周期能大大的縮短，精度更是有不小的提高，從而提高產(chǎn)品的競爭力。逆向工程技術(shù)在我國，特別是以生產(chǎn)各種汽車、玩具配套件的沿海地區(qū)、企業(yè)有著十分廣闊的應用前景。近年來我國的模具技術(shù)有了很大的發(fā)展，在大型模具方面，已能生產(chǎn)大屏彩電注塑模具、大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。機密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。在成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成行模、高效多色注塑模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新業(yè)取得了較大進展。氣體輔助注射成形技術(shù)的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有些單位還采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。 本課題的研究目的及研究意義通過男式摩托車前燈罩逆向造型的制作和模具的設計，對逆向造型和模具設計的有關(guān)知識進行更深入的了解和探究，更清晰的認識一個產(chǎn)品從實物到數(shù)據(jù)模型到三維建模到再到模具的制造過程。通過本課題的研究，綜合運用四年大學所需的專業(yè)知識，初步體驗運用逆向造型技術(shù)獨立完成一個項目的開發(fā)設計的流程及工作方法，這將對個人在逆向造型及模具設計方面的應用和發(fā)展情景的認識有著重要的作用，能對所學專業(yè)知識有更深一步的認識和升化及對以后從事模具設計工作有著重要的意義。隨著3D模型的使用快速成長與模具制作對時間、造型與精度的要求日益嚴格，傳統(tǒng)的正向造型已經(jīng)不能滿足其發(fā)展的需要，現(xiàn)在正向造型也不是唯一的吃力方式。近年來逆向工程處理技術(shù)逐漸成熟，通過逆向工程的運用，使產(chǎn)品模具的開發(fā)周期能大大的縮短，精度更是有不小的提高，從而提高產(chǎn)品的競爭力。逆向工程技術(shù)與模具設備在設計生產(chǎn)中扮演著非常重要的角色。本設計以男式摩托車前燈罩為載體，完成男式摩托車前燈罩的逆向造型設計及注塑模具設計過程。通過本次設計學習及掌握先進設計制造工藝，并進一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準備。2 逆向工程概述 逆向工程的概念傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計過程，是一個由需求分析、概念設計到CAD 模型創(chuàng)建的過程，稱為正向設計。然而在很多情況下，產(chǎn)品的原始設計圖紙和數(shù)字化模型并不可得。這時，需要對產(chǎn)品樣件或?qū)嵨镞M行測量，獲得具有三維坐標信息的測量數(shù)據(jù)點，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新建立其CAD模型，然后就可以對模型進一步地力學分析、改型設計和數(shù)控加工。這種根據(jù)實物、樣件重新建立計算機模型的方法，與傳統(tǒng)的正向設計的過程正好相反，它與數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合，大大加快了產(chǎn)品的研制過程。近年來，這種從實物樣件獲取產(chǎn)品設計、制造工藝等相關(guān)信息的技術(shù)，已成為CAD/CAM中相對獨立的范疇，統(tǒng)稱為逆向工程或反求工程（Reverse Engineering）。 逆向工程技術(shù)的基本原理極其流程框架逆向工程的原理就是一個“從有到無”的過程，根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，通過各種測量手段及三維幾何建模方法，將原有實物轉(zhuǎn)化為計算機上的三維數(shù)字模型，反向推出產(chǎn)品的設計數(shù)據(jù)的過程。逆向工程是由高速三維激光掃描機對已有的樣品或模型進行準確、高速的掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，配合逆向軟件進行曲向重構(gòu)，并對重構(gòu)的曲面進行在線精度分析、評價構(gòu)造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進行快速成型或CNC數(shù)控加工。逆向工程的流程由以下幾步組成，模型曲面分析→確定掃描方案→進行實體點云掃描→進行點云數(shù)據(jù)處理→建立需要的曲線→建立曲面→進行實體建模。我們可以用圖來更加清晰的表達逆向工程的整個流程，如圖(21)所示。圖21 逆向工程流程圖 逆向工程技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程中的應用和意義逆向工程技術(shù)主要包括坐標點的測量、數(shù)據(jù)處理、曲面模型重建三部分。數(shù)據(jù)采集技術(shù)。即樣件表面數(shù)據(jù)的數(shù)字化，它是逆向工程的基礎。根據(jù)測量方式不同，可以將數(shù)據(jù)采集的方法分為接觸式測量、非接觸式測量兩大類。目前數(shù)據(jù)采集方面的主要研究工作集中在，如何快速提取有效的表面數(shù)據(jù)及對不同零件的測量規(guī)劃方法等方面。當零件比較大時，測量所涉計的數(shù)據(jù)比較多，由于測量行程等的限制，需要對表面數(shù)據(jù)進行分塊測量，因此在測量中需要進行多視拼合方法的研究，常用的數(shù)據(jù)拼合方法有點位式，坐標轉(zhuǎn)換法等。點云數(shù)據(jù)處理。無論是接觸式還是非接觸式數(shù)據(jù)獲取，在得到的大量密集的云點數(shù)據(jù)中，由于測量過程的一些異常震動、樣件的裝夾、鏡面反射等原因，在真實數(shù)據(jù)中不可避免的引入了“躁聲”數(shù)據(jù)，過濾躁聲數(shù)據(jù)是逆向工程數(shù)據(jù)處理的基礎，國內(nèi)外學者對此進行了大量研究，開發(fā)不同的軟件進行去躁處理。曲面擬合與曲面重構(gòu)。逆向工程中，曲面擬合和曲面重構(gòu)是研究的熱點，難點在于對數(shù)據(jù)處理過程中最能反映曲面特征的特征點線面的智能提取，基于散亂數(shù)據(jù)點的曲面重構(gòu)和曲面光順問題，是目前科研工作所力求解決的問題。在瞬息萬變的產(chǎn)品市場中，能否快速地生產(chǎn)出合乎市場要求的產(chǎn)品就成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于各種原因我們都會遇到只有一個實物樣品或手工模型，沒有圖紙或CAD數(shù)據(jù)檔案，沒法得到準確的尺寸，這就為我們在后續(xù)的工作中采用先進的設計手段和先進的制造技術(shù)帶來了很大的障礙，制造模具也就更為煩雜。但是逆向工程技術(shù)很好的解決了這一問題。傳統(tǒng)的復制方法時間長而效果不佳，已漸漸為新型數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個全新、高效的三維制造路線。并給出一個一體化的解決方案：從樣品→數(shù)據(jù)→產(chǎn)品。通過畢業(yè)設計認識逆向工程，在以后的設計中考慮逆向工程，因為它縮短了開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。如果將逆向工程與已有的計算機輔助設計（cad），計算機輔助制造（cam）等技術(shù)有機的結(jié)合在一起，將有效地提高產(chǎn)品設計與制造的水平。對設計人員來講，將傳統(tǒng)的設計方法與逆向工程相結(jié)合，提高設計人員的整體水平；對國家而言，具有縮小發(fā)展中國家與發(fā)達國家之間的差距具有重要意義。 逆向工程技術(shù)的應用領域逆向工程已成為聯(lián)系新產(chǎn)品開發(fā)過程中各種先進技術(shù)的紐帶，并成為消化、吸收先進技術(shù)。實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。其主要應用領域如下：對產(chǎn)品外形美學有特別要求的領域，由于設計師習慣于依賴3D 實物模型對產(chǎn)品設計進行評估，因此產(chǎn)品幾何外形通常不是應用CAD 軟件直接設計的，而是首先制作全尺寸的木質(zhì)或粘土模型或比例模型，然后利用逆向工程技術(shù)重建產(chǎn)品數(shù)字化模型。當設計需要實驗才能定型的工件模型時，通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽車等領域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學等的要求，需進行風洞等實驗建立符合要求的產(chǎn)品模型。此類產(chǎn)品通常是由復雜的自由曲面拼接而成的，最終借助逆向工程，轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的三維CAD 模型及其模具。在模具行業(yè)，常需通過反復修改原始設計的模具型面。這將實物通過數(shù)據(jù)測量與處理產(chǎn)生與實際相符的產(chǎn)品數(shù)字化模型，對模型修改后再進行加工，將顯著提高生產(chǎn)效率。因此，逆向工程在改型設計方面可發(fā)揮正向設計不可替代的作用。逆向工程也廣泛用于修復破損的文物、藝術(shù)品、或缺乏供應的損壞零件等。借助于工業(yè)CT技術(shù)，逆向工程不僅可以產(chǎn)生物體的外部形狀，而且可以快速發(fā)現(xiàn)、定位物體的內(nèi)部缺陷。3 三維測量技術(shù) 三維測量技術(shù)的發(fā)展概況1985年，(Phase Shift Interferometry, PSI)實現(xiàn)了變形測量和振動分析[2]。1986年，形成了一種新的三維形貌測量技術(shù)：相位測量輪廓術(shù)（PMP）。并成立了自己的實驗室，專門從事此方面技術(shù)的研究，近20年來相繼推出了不同型號的測量系統(tǒng)，并在工業(yè)檢測、文物數(shù)字化、人體測量等多個領域得到了廣泛的應用[35]。 以外，[69]、[10]及德國Technical University of Braunschweig的Reinhold Ritter教授[1112]，也是結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)領域的先驅(qū)。他們在上世紀90年代分別成立了Steinbichler GmbH、 GmbH和GOM GmbH，并相繼推出了多款結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)。 近10年來，國內(nèi)的清華大學、華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學等多所高校也在跟蹤、消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎上，對結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)進行了系統(tǒng)研究，并推出了商品化的系統(tǒng)，如：北京天遠三維科技有限公司的OKIOII型三維掃描儀，華中科技大學的PowerScanner系列結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)、上海數(shù)造機電科技有限公司的3DSS 綜合型三維掃描儀等?！　纳鲜鰢鴥?nèi)外的發(fā)展情況可知，結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)已較為成熟，但在相位計算和系統(tǒng)參數(shù)標定2個關(guān)鍵技術(shù)方面尚有很多問題需要解決。 三維測量技術(shù)的測量原理和分類三維測量就是指用光學、聲學和機械原理來采集物體表面三維空間信息的方法和技術(shù)。在測量技術(shù)中，獲取三維表面信息的基本方法總的來說有接觸式和非接觸式兩種，如（圖31）所示。圖31 表面數(shù)據(jù)獲取方法接觸式測量可獲得準確可靠的數(shù)據(jù)，不受工件表面光學性質(zhì)的影響，但由于和零件表面接觸，探頭易磨損，測量速度低，且對零件表面硬度有一定的要求，有半徑誤差補償，接觸式數(shù)據(jù)采集通常使用三坐標測量機。隨著計算機、傳感、控制等技術(shù)的發(fā)展與更新，非接觸式測量近幾年得到了很快的發(fā)展，出現(xiàn)了三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計算機視覺法、激光干涉法等。非接觸式測量中，由于探測源與工件無接觸，可測表面較軟、薄和不可接觸的高精密件，它的數(shù)據(jù)采集速度快、精度高，排除了由測量摩擦力和接觸壓力造成的測量誤差，獲得的密集點云信息量大、精度高，可以探測到一般機械測頭難以測量的部位，最大限度地反映被測表面的真實形狀。非接觸式測量可以密集的對產(chǎn)品表面進行測量，從而形成“點云’’數(shù)據(jù)，但是上述方法難以采集到物體內(nèi)表面的數(shù)據(jù)，因此斷層掃描技術(shù)在逆向工程中取得較為廣泛的應用，但它們成本較高，是破壞性測量，且測量過程復雜。所以非接觸式測量被廣泛應用于表面形狀復雜，精度要求不特別高的未知曲面的測量，例如：汽車、摩托車、玩具、工藝品的木模、泥模等。 三維測量技術(shù)的應用三維測量技術(shù)作