先进制造技术2b-fx

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先进制造技术（2B）
机械工程学院
吕志军
反求工程概述
通俗说，从某种意义上分析，逆向工程就是仿造这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正。

这里的前提是默认我们传统的设计制造为正向工程（当然，没有这种说法）”。

反求工程技术为快速制造提供了很好的技术支持，它已经成为现代产品设计中消化吸收和二次开发的重要途径之一。

实际上任何产品的问世包括创新改进和仿 实际上，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术的继承和应用借鉴反求思维在工程中的应用源远流长而提借鉴。

反求思维在工程中的应用源远流长，而提出这种术语并作为一门学问去研究，则是6o 年代初出现的。

反求工程的含义
反求工程（英文是reverse engineering）亦称反向工程或逆向工程，是指针对已有产品原型．消向程或逆向程是指针对有产品原型消
化吸收和挖掘蕴含其中的涉及产品设计、制造和
管理等各个方面的一系列分析方法、手段和技术管等各个方面的系列分析方法手段和技术的综合。

它以产品原型、实物、软件(图纸、程序技术文件等图片照片等
、技术文件等)或影像(图片、照片等)等作为研究对象，应用系统工程学、产品设计方法学和计算机辅助技术的理论和方法。

探索并掌握支持产品机辅助技术的理论和方法探索并掌握支持产品全生命周期设计、制造和管理的关键技术，进而开发出同类的或更先进的产品。

开发出同类的或更先进的产品
三类逆向工程
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
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。

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。

目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的CAD，称为实物逆向工程。

逆向即重建产品实物的称为“实物逆向工程”
反求工程GAD建模的基本步骤
数据测量
数据测量是反求工程CAD 建模的首要环节，根据测量方式不同，数据采集方法可分根据测量方式不同数据采集方法可分为接触式测量和非接触式测量两大类。

接触式测量方法通过传感测头与样件的接触而录样件表面点的标位置
触而记录样件表面点的坐标位置。

非接触式测量方法主要是基于光学、声学磁学等领域中的基本原理将一定的物、磁学等领域中的基本原理，将定的物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。

使用不同的测量方法及测量软的坐标点使用不同的测量方法及测量软件，得到的测量数据组织方式不同。

不同的数据格式之间需要转换。

的数据格式之间需要转换
测量数据的测头半径补偿
为什么要进行补偿
如何补偿：实时自动补偿（二维补偿法、微平面补偿法），事后数据补偿法（复杂曲面、轮廓曲线）
计算补偿量的核心是计算接触点的发向矢量
微平面补偿法
三点共圆补偿法（仅适用于二维，已知P1、P2、三点共圆补偿法（仅适用于二维
P3、r，求实际曲线点）
参数曲面补偿法（曲面整体偏移补偿
参数曲面补偿法（曲面整体偏移补偿、B样条曲面补偿法）
测量数据预处理
测量数据预处理是反求工程CAD 建模的关键环节，它的结果将直接影响后期重建模型的质量。

此过程中经常包括多视拼合、噪声处理与数据精简等多方面的工作。

多视拼合的任务就是将多次装夹获得的测量数据融合到统一坐标系中，亦可称为坐标归一或坐标统一。

目前，多视拼合主要有点位法固定球法以及平面法由于实
、固定球法以及平面法。

由于实际测量过程中受到各种人为和随机因素的影响，使得测量结果包含噪声。

数据分块与曲面重构
数据分块（Segmentation ）是将点云数据分割成属于不同曲面片的数据子集。

在反求工程中，成属于不同曲面片的数据子集在反求程中
产品表面往往无法由一张曲面进行完整描述，而
是有多张曲面片组成，因而必须将测量数据进行是有多张曲面片组成因而必须将测量数据进行分块，然后对各数据分别构造曲面模型。

数据分块大体可以分为基于边（edge 一based ) ，基
d b d)基
于面（face 一based ）和基于边和面的数据分块混合技术。

曲面重构是反求工程的关键环节，块混合技术曲面重构是反求程的关键环节其目的是要满足精度和光顺性的要求，并与相邻的曲面光滑拼接的曲面模型。

根据曲面拓扑形式的曲面光滑拼接的曲面模型根据曲面拓扑形式的不同，可以将曲面重构方法分为两大类：基于矩形域曲面的方法，和基于三角域曲面的方法。

矩形域曲面的方法和基于三角域曲面的方法
CAD 模型构造
曲面重构满意后，即可进行实体造型，这两方面的良好结合才能构造精确的实体模型。

(1)基于曲的良好结合才能构造精确的实体模型
面的实体造型：如果曲面重构生成的曲面，其间
隙在规定允许的范围内．可将曲面沿着法线方向隙在规定允许的范围内可将曲面沿着法线方向
产生一定的厚度，从而生成实体。

此方法一般用
于复杂自由曲面组成的实体，也是在反求工程中于复杂自由曲面组成的实体也是在反求程中常用的实体造型方法。

(2)基于体素特征的实体造型：通常将实体定义为简单的实体体素的组合，通常将实体定义为简单的实体体素的组合
采用布尔运算——交、并、差实现这种组合．此建模方式通常用于规则表面构成的实体。

对于散建模方式通常用于规则表面构成的实体对于散乱型、网格型、线型等点云，很难用这种方法生成实体模型。

成实体模型
CAD 模型构造
构造完整一致的边界表示（B 一rep ) CAD 模型，即用完整的面、边、点信息来表示模型的位置和形状，由于重构的曲面
之间可能存在着裂缝，或者缺少曲面边界
信息等因素，使得表示产品模型的几何信信息等因素使得表示产品模型的几何信
息和拓扑信息不完整。

因此必须使用其它
的手段，比如延伸、求交、裁剪、过渡、的手段比如延伸求交裁剪过渡
缝合等信息的高级计算功能，建立模型完整的面、边、点信息。