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基于CMM的逆向工程中测量技术的研究的开题报告一、选题背景随着工业设计的发展，人们对产品的外形美观性、功能性和可靠性的要求越来越高，因此逆向工程技术逐渐受到关注，成为现代制造业中重要的工艺手段之一。
逆向工程是在保持被测零件原有形状及结构特征的基础上，通过测量手段获取其几何信息的过程，也是从模型到零件的重建过程。
测量是逆向工程中的一个重要环节，测量结果的准确性和可靠性直接影响到后续的建模、分析和制造等工作。
然而，传统的手工测量存在着精度低、效率低等问题，因此需要使用先进的测量技术和设备，提高测量的精度、效率和可靠性。
CMM（Coordinate Measuring Machine，坐标测量机）是一种先进的测量设备，具有高精度、高效率、高可靠性等优点，能够对复杂曲面零件进行三维测量和分析，广泛应用于逆向工程领域。
二、研究内容和目标本文将以CMM为核心，针对逆向工程中的测量技术进行研究，主要包括以下内容：1.分析传统测量方法的优缺点，研究CMM测量原理及技术特点；2.探究CMM在逆向工程中的应用，通过实验验证CMM测量的准确性；3.研究CMM测量数据的处理方法，包括数据的预处理、噪声滤除、数据拟合和精度评估等方面；4.探讨CMM测量技术在逆向工程中的应用前景，对于推动制造业升级，提高产品设计、制造和质量控制水平具有重要意义。
三、研究方法本文主要采用文献调研、实验研究和数据分析等方法，具体步骤如下：1.收集相关文献，对逆向工程及CMM测量技术进行梳理和总结；2.通过实验验证CMM测量的精度和可靠性，比较不同测量方法的优缺点；3.对实验数据进行处理和分析，探讨CMM测量数据的处理方法；4.综合研究结果，探索CMM在逆向工程中的应用前景。
四、预期结果和意义本文预期通过研究逆向工程中的测量技术，强调CMM在逆向工程中的重要作用，并深入探讨了CMM测量数据的处理方法。
本文对于推动制造业升级、提高产品设计、制造和质量控制水平具有重要意义。
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤,也是逆向工程测量最关键的技术之一。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法,是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标,再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据,从而获取得到整体测量数据。
这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性,又消除了数据拼接时的累积误差。
1逆向工程概念逆向工程,又称反求工程、反向工程,指通过各种测量手段和三维几何建模方法,将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程,是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。
近几十年来,随着计算机技术的发展,CAD技术已经广泛地应用于工程测量工作,但由于多种因素的限制,现实世界中的很多物体形状并不能完全用CAD设计的方法进行描述。
因而,我们提出了逆向工程的概念。
这种实物数字化建模的方法如今己经发展为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴,成为复杂工程测量的重要手段之一。
2逆向工程测量数据获取技术研究数据获取是反求工程的关键技术,数据的获取通常是利用一定的测量设备对所测工程进行数据采样,得到的是采样数据点的(x,y,z)坐标值。
数据获取的方法大致分为两类:接触式和非接触式。
2.1接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头,通过与工程表面接触来获取表面信息,目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机(CMM)。
传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头,可通过编程规划扫描路径进行点位测量,每一次获取被测形面上一点的(x,y,z)坐标值,测量速度都很慢。
CMM的优点是测量精度高,对被测工程无特殊要求,对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程,CMM是一种非常有效可靠的三维数字化手段。
逆向工程的关键步骤及主要技术2011-02-27 10:28:16 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[大][中][小]0前言逆向工程技术Reverse Engineering)．是20世纪80年代后期出现在先进制造领域里的新技术。
与传统的“产品概念设计一产品CAD模型一产品(物理模型)”的正向工程不同，逆向工程首先对实物原型进行数据采集，经过数据处理和曲面重构等过程，构造出实物的三维模型，然后再对原型进行复制或在原型基础上进行再设计，实现创新。
1 数据采集实物的数字化是逆向工程实现的初始条件，是数据处理、模型重建的基础。
该技术的好坏直接影响对实物(零件)描述的精确度和完整度，影响数字化实体几何信息的进度。
进而影响重构的CAD曲面和实体模型的质量，最终影响整个逆向工程的进度和质鼍。
所以，数字化测量方法的选择和研究对逆向工程至关重要。
根据测量的方式不同，可以将三维测量设备分为接触式和非接触式两大类型。
1．1接触式数据采集接触式数据采集方法是用机械探头接触表面，机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。
最常见也是应用最广泛的接触式数据采集方法是三坐标测量机．当探针沿被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使探针发生形变．这种形变触发测量传感器将测到的信号反馈给测量控制系统．经计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。
一般来说．三坐标测量机可以对被测物体边界精确测量．同时不受被测物体表面颜色和色泽的限制。
其主要缺点是速度慢、效率低，摩擦力和弹性变形易引起被测件变形产生测量误差。
对微细部分的测量收到限制，不适于对软质材料或薄型实体的测量。
另外。
探头有一定的半径，不能直接测出实体表面的坐标值，需要进行半径补偿。
接触式数据采集的缺点限制了它的应用领域．随着测量技术的发展和市场的需要，产生了非接触式测量，其克服了接触式测量的一些缺点，是逆向工程中数字化测量的发展方向。
1．2非接触式数据采集非接触式数据采集方法主要利用了光、声、磁场等原理。
《逆向工程技术的研究与工程应用》篇一一、引言逆向工程技术，又称为反向工程或反向设计，是一种从已有的产品或样品中，提取出设计思想、工艺过程以及核心技术，并进行研究、改造和创新的过程。
这项技术在当今工业和产品设计中占有举足轻重的地位。
在过去的几年里，随着科技的发展和知识产权保护意识的增强，逆向工程技术的研究与工程应用逐渐成为国内外学者和企业关注的焦点。
二、逆向工程技术的理论基础逆向工程技术的理论基础主要包括计算机视觉、计算机图形学、计算机辅助设计、制造技术、材料科学等。
通过对产品进行测量、数据采集和模型重建，逆向工程技术能够提取出产品的三维几何形状和表面特征等信息。
同时，借助专业的软件和算法，还可以进一步分析产品的结构、材料、制造工艺等核心技术。
三、逆向工程技术的工程应用1. 汽车制造行业：在汽车制造行业中，逆向工程技术被广泛应用于新车型的研发和改进。
通过对竞品车型的测量和分析，可以提取出其设计思想和制造工艺，从而为新车型的研发提供参考。
此外，通过对现有车型的改进和优化，可以提高产品的性能和外观质量。
2. 机械制造行业：在机械制造行业中，逆向工程技术被用于设备的维修和升级。
通过对损坏或老化的设备进行测量和分析，可以提取出其关键部件的几何形状和尺寸信息，从而为设备的维修和升级提供依据。
此外，逆向工程技术还可以用于新设备的研发，通过借鉴其他设备的成功经验和技术，加速新设备的研发进程。
3. 电子产品行业：在电子产品行业中，逆向工程技术被广泛应用于产品的仿制和创新。
通过对竞品产品的测量和分析，可以提取出其电路设计、结构设计和外观设计等信息，从而为新产品的研发提供参考。
此外，通过对老旧产品的改进和升级，可以提高产品的性能和用户体验。
4. 医学领域：在医学领域，逆向工程技术被用于生物医学工程和医疗设备的研发。
通过对人体器官或组织的测量和分析，可以提取出其三维几何形状和结构信息，为医学研究和手术提供精确的数据支持。
逆向工程测量技术探究一、逆向工程所谓逆向工程，是指对实体产品开展的一种逆向分析研究，将产品从设计到生产的过程重现，主要是为了对产品的结构组织、设计原理、特点性能以及技术等关键因素有更明细的了解，从而仿制出相似产品。
传统的仿制产品没有如此复杂，往往只是对事物模型的复制，即借助相关设备机器按照1：1的比例仿制出原物模具，外形无法修改，继而批量生产。
逆向工程是通过对高科技测量仪采集实物的三维坐标状况，对数据进行处理，构建曲面，而后再编辑修改，发送到CAD系统，作进一步的设计。
利用CAD软件整理出加工图纸，再借助传统的机床生产出产品零件。
从中可看出，和传统的防止工程相比，逆向工程更具体、更深入。
通过实物模型分析其设计原理，进而构造出CAD模型；对有关参数进行适当调整，来模仿原物。
二、逆向工程测量技术任何工程都要先进行测量工程，获得足够的数据，才能开展下一步工作，逆向工程也一样。
只不过，一般的测量是为了制作出完善的产品，而逆向工程是为了分解产品。
在测量中，首先借助相关测量工具，采取所测对象的三维坐标值（x，y，z）。
其测量技术通常包括以下两种。
1.接触式测量此方法主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作。
从当前来看，三坐标测量机是应用较普遍的设备。
以前多用机械探针等触发式测量头，但其测量速度相当慢。
与其相比，三坐标测量机具有诸多优势，如要求少、精确度高、具有较高的可靠性。
其常用的扫描方式从小到大依次是点、线、面扫描，需根据具体情况而做出适当选择。
检测点样本的分布和大小的制定需遵循一定的原则，如精度一定要达到规范要求。
为缩短检测时间，尽量选择较小的样本。
三坐标测量机能够将样件的表面数据化，在测量的过程中，应注意探头的补偿。
测量必然会存在不同程度的误差，在数据采集后，应对其仔细处理，出除坏点、保持数据的平滑、补齐测量盲区的数据等，处理完毕后才能够重构曲面。
三坐标测量机有较高的可靠性，也存在着某些不足，其缺陷在于所测物体多为硬质物。
试析逆向工程测量技术的应用发表时间：2016-03-15T16:44:07.307Z 来源：《基层建设》2015年20期供稿作者：李亚平[导读] 河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000 随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
李亚平河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000摘要：数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤，也是逆向工程测量最关键的技术之一。
本文介绍了逆向工程技术及其应用范围；对涉及到的关键技术：数据获取、数据处理与曲面重构等研究现状进行了系统地阐述。
关键词：逆向工程；数据获取；测量技术；非接触式；接触式随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的现实意义。
1研究逆向工程测量技术的意义1.1逆向工程技术历经几十年的研究与发展，是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体。
1.2现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。
虽然关于摄影测量技术的研究几乎是自照相机发明以来就开始了，但是用于逆向测量工程的数字近景摄影测量技术仍然是一门“年轻”的技术，它继承了“摄影测量与遥感”领域的许多知识和技术，同时又发展出许多自身特有的技术和方法。
1.3随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。
逆向工程关键技术研究及误差因素分析摘要：近十几年来，随着测量技术、计算机软、硬件技术的发展，有别于传统正向工程的一门新技术正在蓬勃兴起，即逆向工程RE。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向，即通过测绘及数据分析，实现产品实物CAD模型的重建，称为实物逆向工程。
本文主要对逆向工程技术和误差因素进行了简要的分析。
关键词：逆向工程；关键技术；误差因素；分析1、逆向工程技术数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，在此基础上进行复杂曲面的建模、改进及设计，最终实现产品逆向制造。
因此，高效、高精度地实现实物表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术。
目前，逆向工程使用的测量工具可根据方式的不同分为接触方法和非接触方法。
接触方法和非接触方法根据原理不同又分为不同的形式。
如表所示。
逆向工程使用的测量工具分类①接触式测量接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的形状选择不同的测量探头，采用接触移动的形式采集并记录实物表面轮廓的坐标数据。
由于测量探头的限制，无法测量零件的细小特征；由于必须接触测量，不能测量易碎、易变形的零件。
同时，接触测量时探头与零件表面接触，测量速度慢，测量后需要进行测量探头补偿，因此工作效率较低。
②非接触式测量非接触式数据采集主要运用光学原理进行数据的采集，主要包括激光三角形法、激光测距法、结构光法和图像分析法等。
非接触式测量数据采集方式速度快、精度较高，获得的数据点云信息量大，能最大限度地反映被测零件表面的真实形状。
同时，排除了接触测量时由于摩擦力及接触压力造成的部分数据偏差。
非接触式数据采集法，适用于测量柔软、易变形物体；不受探头体积影响，适用于表面形状复杂、精度要求不高的细小特征及未知曲面的测量，例如汽车、考古、泥模、人体扫描等。
由于采用光学原理测量，物体表面的颜色、光亮度、粗糙度、形状等都影响到测量数据的精度，其测量误差比接触式测量要大。
测量逆向工程之核心技术
王淦
摘要:逆向工程的核心技术就是测量技术、数据的获取。
可以说是逆向工程技术是在测量技术的基础之上发展起来的，一个国家或地区逆向工程的发展程度就是取决于其测量技术的发展程度。
目前逆向工程的测量技术可大致分为接触式和非接触式测量技术。
而测量技术面临的主要问题就是精度问题。
要解决精度问题笔者认为可以在提高仪器精度和寻找新的测量方法上下功夫。
关键词：逆向工程；接触式测量；非接触式测量；误差分析；新的测量方法。
一、逆向工程简介
逆向工程，又称反求工程、反向工程，指通过各种测量手段和三维几何建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程，是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。
随着计算机技术的发展，CAD 技术已经广泛地应用于工程测量工作，但由于多种因素的限制，现实世界中的很多物体形状并不能完全用 CAD 设计的方法进行描述。
因而，我们提出了逆向工程的概念。
其大致过程为：实物/模型测量三维数字模型计算机辅助制造（CAM）产品。
数据的获取、测量是逆向工程测量最关键的技术之一。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象应用最广泛的一种工程测量方式。
【1】
二、接触式工程测量技术
接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头，通过与工程表面接触来获取表面信息，目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机（ CMM）。
传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头，可通过编程规划扫描路径进行点位测量，每一次获取被测形面上一点的坐标值，测量速度都很慢。
CMM 的优点是测量精度高，对被测工程无特殊要求，对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程，CMM 是一种非常有效可靠的三维数字化手段。
它的缺点是不能对软物体进行精密测量；价格昂贵，对使用环境要求高；测量速度慢，测量数据密度低，测量过程需人工干预；还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿，无法测量小于测头半径的凹面工程，这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。
【2】
三、非接触式测量技术
激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用 CCD 摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。
每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。
这类设备的扫描速度可达 15000 点/秒，测量精度在±0.01～±0.1mm量工程对象型面的光学特性要求不高。
投影光栅测量技术是一类主动式全场三角测量技术，通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据 CCD 摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度，是近年发展起来的一类较好的三维传感技术。
根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。
直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量；而相位测量法测量精度相对较高。
计算机断层扫描（ CT）技术最具代表的是基于 X 射线的 CT 扫描机，它是以测量物体对 X 射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算
机处理而重建断层图像，这种方法最早是应用于医疗领域，目前已经广泛用于工程测量领域，即称为“工程CT”。
对中空物体的无损三维测量，这种方法是目前较先进的非接触式检测方法，它可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。
但它存在造价高，测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。
立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。
立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。
【1】
四、测量误差分析
4.1接触式测量误差的影响因素使用三坐标测量机进行测量时，存在一个很复杂的综合误差，这一复杂的综合误差造成了三坐标测量机测量结果的不确定性。
误差有系统性误差和随机性误差，只有系统性误差可以被预测和补偿。
引起三坐标测量机测量系统性误差的主要原因有：三坐标测量机本身的几何误差、三坐标测量机结构的受力受热变形测量误差。
测量误差是指光栅读数时，由于接触力及摩擦力的作用探针将发生偏转，这种偏转是随机的、无法预料的。
由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备，其机房环境条件，对测量机的影响至关重要。
这其中包括检测工件状态、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。
4.2非接触式测量误差的影响因素（1）测量精度误差因非接触式探头大多使用光敏位置探测PSD（position sensitive detector）来检测光点位置，目前的 PSD 的精度仍不够，约为 20 pm以上；（2）因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或散射光，易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率等；（3）PSD 易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，噪声信号的处理比较困难；（4）非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难；（5）使用 CCD 作探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度，因工件几何外形变化大时成像会失焦，成像模糊；（6）工件表面的粗糙度会影响测量结果。
综上所述，影响测量精度的因素很多，如测量的原理误差、测量系统的精度及测量过程中的随机因素等，都会对测量结果造成影响，从而产生误差。
【3】
五、新的测量方法构想
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的特点，笔者想到可不可以把这两者结合起来发展一种新的测量方法。
寻找一种对可透性的声波或者光波反射性很强的微尘或者颗粒覆盖在被测件所有表面，其覆盖方法可以是喷刷或涂抹等方法。
再用相应的光波或声波对被测件进行透射扫描，用计算机立体成像技术得到被测件的数字立体模型。
这样就解决了接触式工程测量技术对具有复杂表面或内部型腔、特征几何尺寸繁多的物体测量速度慢，测量数据密度低的问题；也解决了非接触式工程测量技术对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难的问题。
但是也要注意喷涂材料的厚度问题不能过少使反射率过低成像不良，也不能过多影响了被测件的表面精度，同时使反射率过高到达背面的波过少使其他面不能反射波形从而不能成像的问题。
同时希望有人能开动大脑想到更多更好的方法。
寻找新的测量方法是为了消除在测量原理上的误差。
但是在设备和环境因素造成的误差也是一个重大的误差来源，要减小这些误差只能在制造水平上下功夫了。
参考文献：
【1】张自有.逆向工程测量技术研究.工程与质量.2010-18
【2】张义力.逆向工程数据获取中测量关键技术研究.上海交通大学学报，2009-12 【3】廖志锋.逆向工程中数据测量的误差分析.科技天地.2011-14。
