逆向工程中的數(shù)據(jù)采集技術(shù)

1、收稿日期:2008-05-09基金項(xiàng)目:重慶市科委攻關(guān)項(xiàng)目(CSTC,2005AC3033.作者簡(jiǎn)介:崔秀梅(1981,女(滿(mǎn)族,遼寧人,碩士,主要從事逆向工程、CADCAECAM技術(shù)研究.逆向工程中的數(shù)據(jù)采集技術(shù)崔秀梅,馮文杰(重慶工學(xué)院重慶汽車(chē)學(xué)院,重慶400050摘要:闡述了數(shù)據(jù)采集技術(shù)及測(cè)量機(jī)在逆向工程中的作用,對(duì)汽車(chē)逆向工程中應(yīng)用測(cè)量機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究.以汽車(chē)行業(yè)廣泛應(yīng)用的測(cè)量機(jī)及測(cè)量方法為例,探討逆向工程中的數(shù)據(jù)采集技術(shù),實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的低成本、短周期、高質(zhì)量逆向設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:逆向工程;數(shù)據(jù)采集;測(cè)量機(jī);汽車(chē)中圖分類(lèi)號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-0

2、924(200808-0014-03StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineeringCUIXiu 2mei,FENGWen 2jie(ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050,China Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandmeasuringma 2chineinreverseengineering,anal

3、yzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasuringmachinesused inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidelyusedin automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedinautore 2verseengineeringsoastorealizecost2efficient,short 2cycled

4、andhighqualityreversedesign.Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation1測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī)按測(cè)量方式主要分為接觸測(cè)量、非接第22卷第8期Vol.22No.8重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience 2008年8月Aug.2008觸測(cè)量2種方式.隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展,接觸式測(cè)量與非接觸式掃描組合的數(shù)字化設(shè)備也在工程實(shí)際中開(kāi)始應(yīng)用.1.1接觸式測(cè)量機(jī)傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(coordin

5、atemeasuringma2 chine,CMM是接觸式測(cè)量的典型三維數(shù)據(jù)采集儀器.在逆向工程應(yīng)用的初期,CMM是實(shí)物三維數(shù)據(jù)采集的主要手段.按結(jié)構(gòu)主要分為龍門(mén)式、水平臂式、橋式、關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)等3.CMM工作過(guò)程由事先編號(hào)的程序或手動(dòng)控制各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng),由數(shù)控裝置發(fā)出移動(dòng)脈沖,經(jīng)位置伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng),再由位置檢測(cè)裝置(旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、角度編碼器、光柵尺、磁柵尺等檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際位置.當(dāng)檢測(cè)頭接觸到被測(cè)工件表面時(shí)產(chǎn)生信號(hào),讀取各坐標(biāo)軸位置寄存器值,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得出測(cè)量結(jié)果.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),但測(cè)量速度慢,對(duì)微細(xì)部分的測(cè)量受限制,適用于精密測(cè)量.目前,

6、英國(guó)雷尼紹(Renishaw公司、意大利DEA公司、美國(guó)的sheffield公司、德國(guó)Zess公司及Brownandsharpe等公司的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用范圍較廣.1.2非接觸式測(cè)量機(jī)隨著市場(chǎng)的發(fā)展,汽車(chē)的更新?lián)Q代速度日趨加快,其設(shè)計(jì)、改型速度也隨之加快.在逆向工程中,傳統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的采集速度顯然不能滿(mǎn)足要求,非接觸式測(cè)量機(jī)有采集速度快、數(shù)據(jù)密集等優(yōu)勢(shì),在數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮了重要的作用.非接觸式測(cè)量機(jī)主要有光學(xué)、聲學(xué)和磁學(xué)測(cè)量機(jī),無(wú)需與被測(cè)樣件接觸就能獲取數(shù)據(jù).光學(xué)測(cè)量機(jī)是汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用最廣泛,技術(shù)最成熟的一種非接觸式測(cè)量機(jī).其采用的光學(xué)測(cè)量法主要有結(jié)構(gòu)光法、激光三角形法、激光測(cè)距法、干涉測(cè)量法、

7、圖像分析法等.最常用的是激光三角形測(cè)量法,激光掃描三角法的原理是:采用激光作為光源,照射到被測(cè)物體上,利用CCD接受漫反射光成像點(diǎn),根據(jù)光源、物體表面反射點(diǎn)和成像點(diǎn)之間的三角關(guān)系,計(jì)算出表面反射點(diǎn)的三維坐標(biāo).激光掃描三角法的最大特點(diǎn)是速度快且不與被測(cè)工件表面接觸,數(shù)據(jù)點(diǎn)密集,因此特別適合于測(cè)量大尺寸且具有復(fù)雜外部曲面的零件.德國(guó)Steinbichler公司的Comet光學(xué)系統(tǒng)和德國(guó)COM公司的Atos光學(xué)測(cè)量系統(tǒng),采用線結(jié)構(gòu)光相位移動(dòng)投影獲得被測(cè)表面的三維數(shù)據(jù),是目前使用廣泛的光學(xué)測(cè)量設(shè)備.1.3復(fù)合型測(cè)量機(jī)部分測(cè)量將接觸式測(cè)量與非接觸式掃描并用,在同一臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)激光掃描和接觸掃描相結(jié)合,解

8、決了一般激光掃描不能掃描二維輪廓的問(wèn)題,且保證一定精度 4.如FARO公司的便攜式多關(guān)節(jié)三維測(cè)量臂及掃描系統(tǒng)、美國(guó)德力的CIM2 CORE激光掃描系統(tǒng)等.2汽車(chē)逆向工程的數(shù)據(jù)采集2.1汽車(chē)整車(chē)外部數(shù)據(jù)采集整車(chē)的初步控制尺寸,如汽車(chē)的總長(zhǎng)、總寬、總高、軸距、輪距等,測(cè)量時(shí)使用水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī).圖1為中測(cè)CLY-N(電動(dòng)系列水平臂三維測(cè)量機(jī),其測(cè)量范圍:長(zhǎng)度5m以上,寬度、高度2m以上,測(cè)量精度在0.02mm以?xún)?nèi),足以滿(mǎn)足測(cè)量需要.目前,有些研究采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行車(chē)身數(shù)據(jù)測(cè)量,這種方法受系統(tǒng)測(cè)量范圍的影響,需將多視數(shù)據(jù)拼合,影響了測(cè)量精度,不利于數(shù)據(jù)采集及整車(chē)坐標(biāo)系的建立.圖1水平臂式三坐標(biāo)

9、測(cè)量機(jī)2.2汽車(chē)靜態(tài)參數(shù)測(cè)量汽車(chē)靜態(tài)參數(shù),如前懸、后懸、前、后風(fēng)窗位置及傾角、前圍板位置、發(fā)動(dòng)機(jī)高度、地板高度、座椅布置、操縱機(jī)構(gòu)布置,以及內(nèi)部空間的控制尺寸等.部分靜態(tài)參數(shù)可以在測(cè)量汽車(chē)車(chē)身數(shù)據(jù)時(shí),利用水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量.對(duì)于難以通51崔秀梅,等:逆向工程中的數(shù)據(jù)采集技術(shù)過(guò)水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù),可以使用柔性的關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù),隨測(cè)量需要移動(dòng)測(cè)量機(jī),最終將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下,確保數(shù)據(jù)的一致性.目前應(yīng)用較廣的是美國(guó)FARO公司的便攜式多關(guān)節(jié)三維測(cè)量臂系統(tǒng),其測(cè)量臂具有重量輕、高硬度、柔性好、抗彎曲性強(qiáng)等特點(diǎn);測(cè)量手柄使用靈活方便,對(duì)于邊界、拐角處理靈活.2.3

10、白車(chē)身數(shù)據(jù)掃描白車(chē)身是指將整車(chē)用顯像劑等噴白處理后的車(chē)身5.對(duì)于白車(chē)身數(shù)據(jù)地采集,大多使用非接觸式測(cè)量方法.非接觸式測(cè)量法最重要的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量速度快、效率高、采集數(shù)據(jù)密集.對(duì)于精度要求不高的大型覆蓋件,非接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是最佳選擇,可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本.目前應(yīng)用最廣泛的掃描白車(chē)身的非接觸式測(cè)量機(jī)主要有德國(guó)的ATOS光學(xué)掃描系統(tǒng)、德國(guó)Steinbichler公司的COMET三維掃描設(shè)備.這2種測(cè)量機(jī)均采用可見(jiàn)光,將特定的光柵條紋投影到測(cè)量工件表面,借助2個(gè)高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋進(jìn)行拍照,利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測(cè)量原理,可在極短的時(shí)間獲得工件表面的完整點(diǎn)云6.這2

11、種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都能滿(mǎn)足白車(chē)身數(shù)據(jù)采集的基本要求,只是在掃描出的點(diǎn)云效果及軟件的拼接功能上有所差異,但2種非接觸式測(cè)量機(jī)價(jià)格成本都較高,選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮.由于設(shè)備購(gòu)置昂貴,使用成本較高.2.4汽車(chē)零部件掃描對(duì)于大型汽車(chē)零部件掃描,可以使用ATOS、COMET 等三維掃描設(shè)備,數(shù)據(jù)采集速度快、效率高.對(duì)于外形復(fù)雜的汽車(chē)零部件掃描,建議使用關(guān)節(jié)臂式的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),這種測(cè)量機(jī)柔性較好使用更靈活方便,對(duì)于邊界、拐角處理比ATOS、COMET等三維掃描設(shè)備更靈活7.目前應(yīng)用較多的是美國(guó)FARO公司的便攜式多關(guān)節(jié)三維測(cè)量臂及掃描系統(tǒng)(如圖2、美國(guó)德力的CIMCORE激光掃描系統(tǒng).這種兩種測(cè)量機(jī)都是將接觸式測(cè)

12、頭與激光掃描頭結(jié)合使用,對(duì)于關(guān)鍵特征使用接觸式測(cè)頭測(cè)量,對(duì)于曲面使用激光掃描頭掃描,最終將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下,對(duì)于復(fù)雜曲面零件掃描非常有優(yōu)勢(shì).只是FARO的接觸式測(cè)頭和非接觸式測(cè)頭可以自由切換不必重新安裝,CIMCORE 的掃描測(cè)頭和接觸測(cè)頭互換時(shí)必須重新安裝.圖2FARO測(cè)量臂系統(tǒng)2.5 汽車(chē)零部件精密測(cè)量需要精密測(cè)量的汽車(chē)零部件,不能使用以上的非接觸式測(cè)量機(jī),必須使用接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),以保證測(cè)量精度.由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度的影響因素很多,硬件方面三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、光柵尺等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度都有影響;軟件方面機(jī)器誤差補(bǔ)償及溫度、濕度的補(bǔ)償能力等對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度

13、的影響較大.因此高精度的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)必須使用高精度的部件,價(jià)格也相應(yīng)較高.在選用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí),應(yīng)按精度、測(cè)量范圍等需求適當(dāng)選擇,合理利用資源.一般可根據(jù)被測(cè)工件要求的精度與測(cè)量機(jī)給定的測(cè)量不確定度相對(duì)比,選擇精度適合的測(cè)量機(jī).對(duì)于中等尺寸的工件,多采用移動(dòng)橋式;對(duì)于小型工件,多采用活動(dòng)橋式(如圖3、懸臂式等;對(duì)于大型工件,則多采用龍門(mén)式;對(duì)于需回轉(zhuǎn)測(cè)量的工件,可選用帶分度臺(tái)的測(cè)量機(jī).圖3活動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(下轉(zhuǎn)第21頁(yè)61重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)2005第3階段限值要求,2#Fuel與1#Fuel的排放結(jié)果相比,THC排放增加,NO x,CO和PM排放降低.柴油中的硫約有98%在燃燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化為SO

14、2,其余2%轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,成為PM的一部分.柴油中的硫在燃燒過(guò)程中先被氧化為SO2,部分SO2被繼續(xù)氧化為SO3,SO3與排氣中的水結(jié)合生成H2SO4,H2SO4與部分金屬磨損物反應(yīng)成為硫酸鹽,成為PM中的一部分.硫除了在燃燒過(guò)程中生成硫酸鹽固體,使PM數(shù)量增加外,其中間產(chǎn)物還能夠催化未燃碳?xì)涞牧鸦?生成碳煙,使PM總量增加.試驗(yàn)表明,硫含量越高生成的顆粒物排放也越高.4結(jié)束語(yǔ)柴油質(zhì)量對(duì)柴油機(jī)排放具有明顯的影響.隨著柴油十六烷值的增高,CO、NO X排放會(huì)降低,但是THC排放會(huì)增加.柴油硫含量顯著地影響PM 排放,柴油硫含量越低,PM排放越好.因此,為了降低柴油機(jī)的排放,滿(mǎn)足未來(lái)更嚴(yán)格的排放法

15、規(guī),減少環(huán)境污染,改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,必須改善和嚴(yán)格控制柴油質(zhì)量.參考文獻(xiàn):1TadaoOgawa,MasaeInoue.FuelEffectsonParticulateE2missionsfromDIEngines2PreciseAnalysesandEvaluationofDieselFuelJ.SAE,2000(1:2882.2RichardStradling,PerterJZ.FuelEffectsonRegulatedE2missionsfromAdvancedDieselEnginesandVehiclesJ.SAE,2004(1:1880.3楊健.柴油品質(zhì)對(duì)車(chē)輛排放的影響J.交通節(jié)

16、能與環(huán)保,2006(2:27-28.4陳杰峰.柴油質(zhì)量對(duì)NOx和PM排放的影響及控制措施J.北京汽車(chē),2006(4:21-23.(責(zé)任編輯陳松(上接第16頁(yè)3結(jié)束語(yǔ)探討了逆向工程中的數(shù)據(jù)采集技術(shù),對(duì)測(cè)量機(jī)在汽車(chē)逆向工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究,給出汽車(chē)數(shù)據(jù)采集的選用測(cè)量機(jī)的建議,闡述的汽車(chē)逆向工程中使用的數(shù)據(jù)采集技術(shù),經(jīng)理論研究和實(shí)踐是行之有效的.該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)率,降低產(chǎn)品成本.參考文獻(xiàn):1金濤,童水光.逆向工程技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2劉祚,倪瀟涓.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)J.機(jī)械制造,2004,42(8:32-3

17、4.3SeokbaeSon,HyunpungPark,KwanH.LeeAutomatedLaserScanningSystemforReverseEngineeringandInspec2 tionJ.InternationalJournalofMachineTools&Manu2 facture,2002,42(8:889-897.4GiovannaSansoni,FrancoDocchio.Three2dimensionalOp2ticalMeasurementsandReverseEngineeringforAutomotiveApplicationsJ.RoboticsandComputer2integratedManu2