基于接触式测量的逆向工程研究
基于逆向工程测量技术的分析
文章 编 号 ： Ｏ ２ ６ ８ （ ０ ７ ０ —０ １ ～０ １ ０ — ８ ６ ２ ０ ）６ ０ １ ４
基 于 逆 向 工 程 测 量 技 术 的 分 析
鞠 俊 亭 ， 高 建 ， 飞 云 钟 杨
（ 海 大 学 机 电 工程 与 自动 化 学 院 ， 海 ２ ０ ４ ） 上 上 ０ ４ ４
一
套 三 维投 影 光 学 测 量 系统 ， Ｔ Ｉ Ｏ 系统 的 作 用 是 由像 片 上 的 点 坐 标 确 定 测 量 物 体 表 面 上 的 参 考 点 的 空 闻 几 何 关 而 ＲＴ Ｐ
系。
关键 词 ： 向 工 程 测 量 ＡＴ０Ｓ ＴＲＩ ） 逆 Ｔ（Ｐ
Ａ ｎ Ａｎａ ｙ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈｅ Ｍ ｅ ｕｒ ｍ ｅ ｃ ｎｉ ｅ ｉ ｖ ｒ ｅ Ｅｎｇｉ ｅｒｎｇ ｌ ｓｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ａｓ ｅ ｎｔＴｅ ｈ ｑｕ ｎ Ｒｅ ｅ ｓ ｎｅ ｉ
ｄ ｔ ｒ ｉｅ ｓ ａｔａ ｏ ｅ ｒｃ ｒ ａ ｉｎｓ ｐ ｏ ｅｅ ｅ ｃ ｏｉ ｓ ａ ｔ ｃ ｄ ｏｎ ｔ ｕｒａ ｅ ｆｏ ｅ ｅ ｍ ｎ ｐ ｉｌｇｅ ｍ ｔ ｉ ｅｌｔｏ ｈｉ ｆｒ ｆｒ ｎ ｅ ｐ ｎｔ ｔａ ｈｅ ｈｅ ｓ ｆ ｃ ｒ ｍ ｐ ｉ ｔｃ ｏ ｄｎａ ｅ ｆｐ ｏ ｎ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｏ ｈｏｔ ｒ ｐ ｏｇ ａ ｈ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｅ ｒ ｅｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ； Ｔ（Ｓ； ｄ ｒ ｖｅ ｓ ｇ ｎ ｅ ｉｇ； ａ ｕｒ ｍ ｎｔ Ａ ） ＴＲＩ ＴＯ Ｐ
ｌ 引 言
逆 向 工 程 （ ｖ ｒｅｅ ｇｎ ｅｉｇ ＲＥ） 也 被 称 作 反 求 Ｒｅｅｓ ｎ ｉｅ ｒ ， ｎ ，
擅 要 ： 着现代 工业 的 迅 速 发 展 ， 向工 程 开 始 发 挥 着 越 来越 大 的 作 用 ， 量 作 为 逆 向 工程 的 第 一 步 ， 下 游 的 步 骤 起 着 随 逆 测 时
逆向工程的现状及发展前景
逆向工程也称反求工程或者反向工程，是根据已存在的产品或者零件原型构造产品或者零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。
(1)设计前的准备工作。
设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。
(2)零件原形的数字化。
根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用 3D 扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。
(3)提取零件的几何特征。
按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法普通可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。
区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。
(4)零件 CAD 模型的重建。
将分割后的三维数据在 CAD 系统 中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD 模型。
(5)重建 CAD 模型的检验与修正。
由于测量得到的数据点往往 存在一些数字误差，所以需要对曲面或者曲线进行光顺处理，提高曲面 质量。
此外还要检验重建的 CAD 模型是否满足精度或者其他试验性能 指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件 的标准接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine ，CMM)可 谓接触式测量的代表。
接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原 理，通过探头测取三维几何坐标数据。
操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数 据。
普通来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精 坐标测量机非接触式机械手 坐标测量机 光学测量机 声学测量机 磁学测量机结构光法 激光三角形法 激光测距法 干涉测量法 图象分析法接触式度高，对被测物体的材质和色泽没有特殊要求。
其主要缺点是测量效率低，测量探头的半径必须进行补偿，并且有可能会浮现探头测不到的盲区。
逆向工程应用现状及方向 论文
逆向工程应用现状及研究方向[摘要] 近年来, 逆向工程作为一种新的产品设计思想和方法越来越广泛地用于工业领域, 并取得了不少成果。
本文全面地总结了反向工程的环节、目前的研究应用状况及现有系统的不足之处, 进一步提出了今后逆向工程的研究方向。
[关键词] 逆向工程几何建模集成系统引言随着科技的发展和市场竞争的日益激烈，对产品的设计提出了更高的要求，即产品多样化、外形美观、更新换代周期短；同时也促进了产品制造过程的发展。
近年来，许多产品的设计、制造要求基于现有的原型或实物，由此产生了逆向工程的概念。
逆向工程是指根据实物模型测定的数据，构造出cad模型的过程。
逆向工程为客户和制造者在并行工程环境下应用快速原型技术提供了强有力的工具，是缩短产品开发周期的有效途径，特别是形状复杂的物体或自由曲面组成的物体，例如：流线型物体、人体器官、雕塑品、模具等。
这种技术在工程上正得到越来越广泛的应用。
1.逆向工程建模过程由实物产生cad设计模型的过程称为逆向工程的几何建模，是逆向工程的关键技术，也是逆向工程的研究重点，此过程分两个阶段：数据采集；cad模型的建立。
1.1 数据采集数据采集是由实物测量出数据点的过程，根据测量方式不同，数据采集方法分为接触式和非接触式测量两大类。
接触式测量方法是通过传感器测头与样件的接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，将一定的物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。
使用的测量方法及测量设备不同，得到的测量数据组织方式也不同。
数据采集是逆向工程准确建模的基础,采集的质量受很多因素影响, 主要有以下几方面: 测量方法本身的精度、仪器的校准、测量范围的限制、定位的准确性、多视图问题、数据的局部丢失、被测表面的光洁度、零件数据的统计性分布等。
由于以上原因, 测量数据需要进行预处理，包含多视拼合、噪声处理及数据精简等多方面的工作。
经过预处理的数据才可进行曲面拟合及cad 模型的建立。
逆向工程测量技术研究
摘要 ： 据 的获取 、 数 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 ＿程 测量技 术 和非接 触 式工程 测 Ｔ － 量技 术工程 测量技 术 中针对 大型 的、 是 结构 复杂 的测量 对 象最具有 高效 性 的一种 ＿程测 量方 式。 Ｔ －
中图 分 类 号 ：Ｕ１ Ｔ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ ｌ （０ ０）８ ０ ５ — １ １０ — ３ １２ １ １ －０ ２ ０
量工程对象型面 的光学特性要求不高。】 ｌ ｓ ②投影光栅 测量技术。 投影 数 据 的获 取 、 量 是 逆 向工 程 中 的第 一 个 步 骤 ， 是 逆 向 工 程 光 栅 测 量 技 术 是一 类主 动 式 全场 三 角 测 量 技 术 ， 常 采 用 普 通 白光 测 也 通 测量 最 关键 的技 术之 一 。 合 接 触 式 工 程 测量 技 术 和 非 接触 式 工 程 将 正 弦 光 栅 或 矩 形 光 栅 投 影 于 被 测 物面 上 ，根 据 Ｃ Ｄ摄 取 变 形 光 综 Ｃ 测 量 技 术 的 实物 数 据 获 取 方 法 ， 目前 众 多逆 向工 程 测 量 技 术 中 针 栅 图像 ， 是 根据 变形 光栅 图像 中条纹像素的灰 度值 变化 ， 可解算 出被 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 测 物 面 的空 间 坐标 ， 类测 量 方 法 具 有很 高 的 测量 速 度 和 较 高 的精 这 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 度 ， 近年 发 展 起 来 的一 类 较 好 的 三 维传 感 技 术 。 据 形 变 、 是 根 高度 关 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 系 的描 述 方 法 的 不 同 ， 栅 测 量 可 分 为 两 类 ： 接 三 角 法 和 相 位 测 光 直 测 量 数 据 拼 接 的依 据 ， 而 获 取 得 到整 体 测 量 数 据 。 这 种 综 合 方 法 量 法 。 接 三角 法 原 理 简 单 、 从 直 速度 快 ， 易 受被 测 工 程 物面 不 连 续 等 不 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 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 差。 法测量精度相对较高。 ③计算机断层扫描（ Ｔ） Ｃ 技术。 计算机断层 扫 １ 逆 向工 程 概 述 描 （ Ｔ） 术 最 具 代表 的是 基 于 Ｘ射 线 的 Ｃ Ｃ 技 Ｔ扫 描 机 ， 它是 以测 量 物 逆 向工程 ， 又称 反 求工 程 、 向工 程 ， 通 过 各种 测 量 手 段 和 三 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 反 指 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 建 断层 图像 ， 种 方 法最 早 是 应 用 于 医 疗 领 域 ， 这 目前 已经 广 泛 用 于 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 ， 工 程 测 量 领 域 ， 即称 为 “ 程 Ｃ ” 工 Ｔ 。对 中空 物 体 的无 损 三 维测 量 ， 这 随 着计 算 机 技 术 的 发展 ，Ａ 技 术 已经 广 泛 地 应 用 于 工 程 测 量 工 种 方法 是 目前 较 先进 的非 接 触 式检 测 方法 ， 可对 被 测 工 程 的 内部 ＣＤ 它 作 ， 由于 多 种 因素 的 限制 ， 实 世 界 中 的很 多物 体 形 状 并 不 能 完 形状 、 但 现 壁厚 、 材料 ， 尤其是 内部 构造 进行测量 ， 方法同样 能够获得 该 全 用 Ｃ Ｄ 设计 的方 法 进 行 描 述 。 因而 ，我 们 提 出 了逆 向工 程 的概 被 测 工 程 内 表面 数 据 ， 不 破 坏 工程 结 构 。 它存 在 造 价 高 ， Ａ 且 但 测量 系 念 。这 种 实 物数 字化 建 模 的 方 法如 今 己经 发展 为 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ 中 的一 统 的空间分辨率低 ， Ａ ／Ａ 获取数据时间长， 设备体积 大等缺点。ｉ 立体 ④ 个 相 对 独 立 的范 畴 ， 为复 杂 工 程 测量 的重 要 手 段 之一 。 ［ 成 １ １ 视 觉测 量 技 术 。 立体 视 觉 测量 是根 据 同 一 个三 维 空 间 点在 不 同空 间 ２ 逆 向工 程 测 量 数据 获 取 技 术 研 究 位 置 的两 个 （ 多 个 ） 像 机 拍摄 的 图像 中 的视 差 ， 或 摄 以及 摄 像 机 之 间 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 位 置 的空 间 几何 关 系来 获 取 该 点 的三 维 坐 标值 。 体 视 觉测 量 方 法 立 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 （ ， 可 以对 处于 两 个 （ 多 个 ） 像 机 共 同视 野 内 的 目标 特 征 点 进 行 测 Ｘ 或 摄 而 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。 量 ， 无须 伺 服 机 等 扫描 装 置 。 立体 视 觉 测量 面 临 的最 大 困 难是 空 ２１接 触 式 工 程 测 量 技 术 接 触 式 工 程 测 量 技 术 是 在 机 械 手 臂 间特 征 点 在 多 幅数 字 图 像 中 提取 与 匹配 的 精度 与 准 确 性 等 问题 。 ． 近 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 来 出现 了将 具 有 空 间编 码 的 结构 光投 射 到 被 测 工 程 表面 ， 造 测 量 制 但在测量精度 用的接触式 测量 系统 是三坐标测量机（ Ｍ Ｃ Ｍ ｏ传统的坐标测量机 特征 的方法有效解决了测量特征 提取和 匹配 的问题 ， 多采 用 机械 探 针 等触 发 式 测 量 头 ， 通 过 编程 规 划扫 描 路 径 进 行 点 与测 量 点 的 数 量上 仍 需改 进 。 可 位 测量 ， 一 次获 取被 测形 面 上 一 点 的（ ，，） 标 值 ， 量 速 度 都 每 ｘＹ ｚ坐 测 ３ 结语 很 慢。 Ｃ ＭＭ 的优 点 是 测 量 精 度 高 ， 被 测 工 程 无 特 殊 要 求 ， 不 具 对 对 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 其 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 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 ， 虽然 关 于 摄 影测 量 技 术 的研 究几 乎 是 自照相 机 发 程 ，ＭＭ 是 一 种 非 常 有效 可 靠 的三 维 数 字化 手 段 。它 的缺 点 是 不能 使 用越 来 越 广 泛 。 Ｃ 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 明 以来 就 开 始 了 ， 是 用于 逆 向测 量 工 程 的 数 字 近 景摄 影 测 量 技 术 但 年 的技 术 ， 它继 承 ��
用接触式三坐标测量机进行逆向工程的方法研究
用计 算机 辅助 几何 设计 的有 关技 术 ， 经过点 一 面一 体 或点 一线 一 面一 体 的过程 构造 出原形 的 Ｃ ＡＤ模 型。 在 曲面 的拟合 过程 中 ， 原 形数 字化后 的所有 数据 点用 一 张拟 合 曲面 表示 通 常 是不 可 行 的 ， 将 即使 可 行 ， 也
用 逼 近方法 时 ， 拟合 的 曲面不 一定通 过所 有 的数据点 ， 是构造 一个 曲面 使之 在一 定条 件下 最为接 近给 所 而
定的数据点 。这种方法通常适用于数据点 比较多， 测景数据点本身很粗糙 ， 为了消除噪音， 要求拟合的曲
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№ ．６
陕西科技大学学报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＨＡＡＮＸＩＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｃ Ｅ Ｉ ＯＦ Ｓ Ｉ ＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｄｅ ． ０ ６ ｃ２ ０
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文 章 编 号 ：０Ｏ ５ １ （０ ６Ｏ — ０ ７ 一Ｏ １ ｏ 一 ８ １２ ０ ）６ ０ ７ ４
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陕 西 科 技 大 学学 报
一一
第 ２ 卷 ４
一— — — — — — —— — — —— — — —— — —— — — —— — ——｜ ！ ！ Ｉ１ １ ｜
插 值方法 时 ， 拟合 的 曲面通 过所 有的数 据点 ， 而适合 于测 量设备 精度 高 、 据点 坐标 比较 精确 的场合 ； 因 数 使
针 对 工程 实 际应 用的要 求 ， 出了一 种精 度可控 、 量 过 程 能够 自动 进 行 的数 字化 方 法 ， 此 提 测 在
逆向工程技术及工程应用研究
向 工 程 已经 作 为 一 种 先 进 的 新 产 品 快 速
开 发的有 效工具 ， 到人 们的广 泛重 视 。 受
结 构 形 状 、 料 性 能 、 工工 艺 等 方 面 有 全 材 加
１ 逆向工程的概念及 其关键 技术
１． １逆 向工 程的概 念 传 统 的 产 品 实 现 通 常 是 从 概 念 设 计
分 析 阶 段 分 析 样 本 ，确 定 技 术指 标
定 义 零 什 的 拓 扑 关 系
泛 。 单 地说 ， 向 工程 就 是 根 据 已经 存 在 式 主 要 有 激 光 三 角 测 量 法 、 光测 距 法 、 简 逆 激 光 的产品模型 ， 向推出产品的设计数据（ 反 包 干 涉 法 、 构 光学 法 、 结 图像 分 析 法 等 。 另外 ，
零 件 层 面 上 ， 化 设 计 出 一 种 更 好 的 产 有 到 无 ”的 过 程 。 优
逆 向工程（ ｖ ｒ ｎ ｉ ｅｒ ｇ Ｒ ） Ｒｅ ｅｓ Ｅ ｇ ｎ ｅｉ ， Ｅ ， ｅ ｎ 是 设 备 和 测 量 方 法 获 取 零 件表 面 离散 点 的几
一
种 以 先 进 产 品 设 备 的 实 物 、 件 、 件 何 坐 标 数 据 。 样 软 即样 件 表 面 的 数 据 采 集 ， 使反
逆 电子 产 品 等 逆 向 工 程 ， 称 反 求 工 程 ， 一 项 涉 年 来 ， 向 工 程 技 术 在 汽 车 、 又 是 及 多学科 、 种 技术 交 叉的综 合工程 。 多 逆 领 域 应 用 日 益 广 泛 。
下几个设计阶 段。
（ ） 析 阶 段 ： 反 求 对 象 的 功 能 原理 、 １分 对
一
有 接 触 式 和 非 接 触 式 。 触 式 有 基 于 力 一 接 变形 原 理 的触 发 式 和 连 续 扫 描 式 数 据 采 集
逆向工程关键技术
１。
３逆向工程中的关键技术1、3。
1 数据采集技术目前,用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样,其原理也各不相同。
测量方法的选用是逆向工程中一个特别重要的问题。
不同的测量方式,不但决定了测量本身的精度、速度和经济性,还造成测量数据类型及后续处理方式的不同。
依照测量探头是否和零件表面接触,逆向工程中物体表面数字化三维数据的采集方法基本上能够分为接触式(Contact)和非接触式(Noｎ—contact)两种。
接触式包括三坐标测量机(Coordｉｎate ＭeasurｉnｇＭａchinｉng,ＣＭM)和关节臂测量机;而非接触式主要有基于光学的激光三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等。
这些方法都有各自的特点和应用范围,具体选用何种测量方法和数据处理技术应依照被测物体的形体特征和应用目的来决定、目前,还没有找到一种完全使用于工业设计逆向测量方法、各种数据采集方法分类如图1、3所示、在接触式测量方法中,CMM是应用最为广泛的一种测量设备;ＣMM通常是基于力-变形原理,通过接触式探头沿样件表面移动并与表面接触时发生变形,检测出接触点的三维坐标,按采样方式又可分为单点触发式和连续扫描式两种。
CMM 对被测物体的材质和色泽没有特别要求,可达到特别高的测量精度(±0、5μｍ),对物体边界和特征点的测量相对精确,关于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则零件反求特别有效、主要缺点是效率低,测量过程过分依赖于测量者的经验,特别是关于几何模型未知的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径、图1、3 逆向工程数据采集方法分类随着电子技术、计算机技术的发展,CMM也由往常的机械式发展为目前的计算机数字控制(CＮC)型的高级时期、目前,智能化是ＣMM发展的方向。
智能测量机的研究是利用计算机内的知识库与决策库确定测量策略,其关键技术包括零件位置的自动识别技术、测量决策智能化和测量路径规划、CＡD/ＣAM集成技术等。
模具设计制造中逆向工程技术的应用
并输人相关 的数据 ； 通常产品设计会使用传统正 向工程技术 。其基 数字化点数据进行处理 ， （ ２ ） 对 模型 的相 关特 征 进行构 造 ， 以及划 分 二 次 本 流程如下 ：首先设计者会对相关产 品进行市场调
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ４ — ０ ８
其可 以使产 品的快速制造能 在 广泛意 义上 ， 人们 常称逆 向工程 为反 向工程 、 反 法也有很多优点。例如 ， 产品的设计手段得以增加 ， 并不断 求 工程及 测量造 型 。 逆 向工程主要测量 零件产 品实 物 ， 力得以有效提高 ， 同时还要处理相应的数据。 在缺失设计图纸与 Ｃ Ａ Ｄ模 丰 富 产 品的几 何 造型 ，计 算 机辅 助 建模 的相关 应 用 范 围也将 不 断扩宽 。 型 的时候 ， 一 般设 计 者都会 采 用逆 向工程 技术 。 作为一项专业技术 ， 逆 向工程技术的综合性却很
具体使用逆向工程技术之后 ，据其实物零件的
Hale Waihona Puke （ ４ ） 通 过 云测 试 的零 件可 以生 成具 体 的实 物 相应的数字化点云来构造数字模型 ，紧接着生成具 模型 ； 体的模型 ， 并处理分析其工艺 ， 归纳总结出一个合适 （ ５ ） 制造模具并对其进行优化处理 。 且详细 的关于模具设计 的方案 ， 构成 以 Ｃ Ａ Ｄ三维技 ２ ． ２ 采 集 三维 数据 术为基础的模具总体设计。 近些年 以来 ， 激光技术发展迅速 ， 为 了很好地克 ３ ． ３ 模 具 的创 新 服 由于机械接触式测量存在很多系统误差问题 ， 将逆 逆向工程技术广泛的应用 ，同时配合着相关仿 向工程技术 的运用发展提升到一个全新的高度 ， 可以 真技术对模具产品进行创新式设计 ，这其实就是一 充 分得 运用 激 光 的超 强定 性 特性 ， 在 扫描 过程 中将 非 种技术方面的创新的过程 ， 其应用相关科技的手段 ， 接触式的测量方式（ 即全息法、 激光三角法 、 光栅法、 对 于 国家 的长远 发展 来看 是很 适应 的 。 深 度 图像三 维 测量 法等 等 ） 运 用在 逆 向工程技 术 中 。 其相关设计 的人员应该有效完美地融合逆 向工 ２ ． ３ 相 关 实物 的零 件 几何 建模 程技术和仿真模拟技术 ，并在深入 了解原有 的实物 零 件 实 物 的几 何 建 模 则为 逆 向工 程 技术 应 用 中 零件模型之后加入 自己的创新之处 ，使其获得独立 最为关键的一个步骤。其实 ， 几何建模 的过程就是相 的知识产权 ，那逆向工程技术对模具创新发展方 面 应数据处理的过程 ，也就是要达到获取所输入在其 中数据 的基 础的信息特征的目的。 判 断一 个几 何模 型是 否建 立 得好 ， 需 要考 虑 曲面 以及它连接处光滑的程度 ， 模型与实物零件的拟合程 度食 谱适 当 。 另 一方 面 ， 可 以运 用距 调整 、 数据 密度 修 改、 复制 、 数据 光顺 、 去除噪音 、 保 留尖角 、 复制 等手 段， 即几何建模通用的手段来得到图像具体的形态。 ２ ． ４ 数字 化 检测 模 型 将零件 加工之后 ，必须对零件先进行相关的扫 描 和测 量 ，接 着 运用 逆 向工 程 技 术构 建 Ｃ Ａ Ｄ模 型 ， 最后与相关计算机的数据相 比较 ，以此达到排除误 差， 同时提 高在 检 测过 程 中的精 确 程度 的 目的。 确实是功不可没的。让相关技术人员在前人的基础 之上 ， 提升模具产 品的层次和水平 ， 经过反复 的实验 和优 化 修 改来 对 模 具进 行创 新 ，这也 是 我 国模 具 产 业提升 自主创造能力的必经之路 。 ３ 。 ４ 模 具 的修 复 模具 的修复实则利用材料 、 激光焊接 、 热处理或 者刷焊 、表面工程和数据加工之类 的技术来实现模 具产品物理修复。然而， 现在由于缺少科学的指导方 法和评判标准 ， 模具修复过程并不完美 ， 甚至造成模
逆向工程测量技术研究
逆向工程测量技术研究[摘要]逆向工程是设计下游向设计上游反馈信息的渠道，是工程测量技术计算机软硬件技术的综合。
随着工业的发展，逆向工程测量技术已经逐渐得到越来越广泛的应用。
本文对逆向工程测量数据获取技术及系统软、硬件控制进行探讨。
[关键词]逆向工程测量技术1逆向工程测量数据获取技术1.1接触式测量主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作，三坐标测量机是应用较普遍的设备。
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，去除坏点、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。
在测软质物时，精确度往往不能保证、测量数据的密度较低，且测量中需要人工进行干预。
还需对测量结果进行探头损伤及半径补偿，对逆向工程的发展形成了障碍。
1.2非接触式测量（1）激光线结构光扫描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。
（2）投影光栅测量技术投影光栅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。
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。
基于三坐标测量机的逆向工程方法研究
蠹 专题 ・ 逆向工程技术
ｗｗ ｗ ． ｏｕｌ． ｔ ｍ ｄ ｃｎ ｎｅ
来 指 导 三 坐 标 测量 机 进 行 自动 测 量 。如 图 ３ 示 ： 所
（ ｅＴｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｆ ｎｉｎ ａ ｙ ｏ ｐ Ｔｈ ｃ ｎｑ ｅＣｅ ｔｒｏ ｊａ ｇ Ｔｉｎ ｅＧｒ ｕ Ｈｕ ｎ ａ８ ２ ０ ） Ｘｉ ａ ｇＸｉ，３ ０ ０
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｔ ａ ｔＴｈｉ ｒ ｉ ｌ ｎｔ ｏｄｕｃ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｅ ｈｏｄ ｏ ｅ ｒ ｅ Ｅｎｇ ｎｅ ｒ ｎｇ ｆ ｏｍ ｈｒ ｅ ｋ ｙ ｓ ａ ｔｃ ｅ ｉ ｒ ｅ ｈｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｍ ｔ ｆ ｒ ｖｅ ｓ ｉ ｅ ｉ ｒ ｔ ｅ ｅ ｐｏｉ ｓ ｏｆｗ ｈｉ ｈ ｓ ｎｔ ｃ ｉ
法 相 比 ， 具 有 较 高 的 测 量 精 度 ，适 应 性 强 的 优 点 。
下 面 以 应 用 三 坐 标 测 量 机 为 例 对 逆 向 工 程 的 方 法 研 究 作
一
模 型 的 情 况 下 ， 以 产 品 原 型 为 研 究 对 象 ， 应 用 各
种 数 字 化 测 量 设 备 进 行 测 量 获 取 零 件 表 面 离 散 点 的 几 何 坐 标 数 据 ，使 之 能 准 确 反 映 产 品 的 特 征 ，经 过 点 面 体 或 点 ＿ ÷
根 据 给 定 的 数 字 化 精 度 ，在 前面 建立 的近 似 法 向等 距 面 上 产 生 更密 集 的 测 量 点 ，计 算 其 坐 标 位 置 及 曲面 在 该 点 的 法 向数
据 ， 以此 来 驱 动 三 坐 标 测 量 机 进 行 自动 测 量 ，从 而 实现 进 ～ 步 的数 字 化 ， 以新 产 生 的 测 量 点 重 新 拟 合 法 向等 距 面 。 如 此 反 复 进 行 迭 代 测 量 ，直 到 满 足 给 定 的 精 度 要 求 。 精 确 求 得被 测 曲 面
逆向工程关键技术研究及应用
逆向工程关键技术研究及应用摘要：逆向工程是一项计算机辅助设计的新技术，它是在现有产品数字化基础上进行设计创新的，其关键技术主要包括：实物数字化、数据预处理、三维模型重建等。
本文总结了国内外的逆向工程技术研究现状，对其关键技术进行了研究，并概括了目前逆向工程在设计中的应用情况，最后对逆向工程存在的问题进行了讨论。
一、绪论计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等各项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
作为计算机辅助设计的一项具体应用，逆向工程是近些年发展起来的消化、吸收先进技术的一系列分析方法及应用价值的组合。
传统的正向设计从实际需求出发得出产品的概念，进一步建立与之相符的CAD模型，通过一系列手段得到产品的实物模型。
相对于传统正向设计，逆向工程的过程采用了通过测量实际物体的尺寸并将其制作成CAD模型的方法，真实的对象可以通过如三坐标测量仪(Coordinate Measure Machine，CMM)，激光扫描仪，结构光源转换仪或者x射线断层成像这些3D扫描技术进行尺寸测量，然后通过后续处理进而得到3D模型。
概括地说，逆向工程是由产品样件到数字化模型的过程，相比于传统的正向设计，1它极大地缩短了产品的开发周期，提高了经济效益。
二、研究现状逆向工程是20世纪80年代初由日本名古屋研究所、美国3M公司和美国UVP公司提出并研制开发的[1]。
概论逆向工程技术的应用
原 型设计 阶段 ， 这是 一 种产 品 的再 设计 过 程 。所谓 产 品再 设计 ，就 是 通 过观 察 和 测 试 某 一种 产 品 ，对 其 进行 初 始
化 ， 后 拆 开 产 品 ， 一 分 析 单 个 零 件 的 组 成 、 能 、 配 然 逐 功 装 公 差 和 制 造 过 程 。 这 些 工 作 的 目 的 就 是 要 充 分 理 解 产 品 的制 造 过 程 ， 以此 为 基 础 在子 系统 和 零 件 层 面上 ， 化 并 优 设 计 出一 种 更 好 的 产 品 。
想 象来 逆 向 ，称 为影 像 逆 向 ，这是 逆 向对象 中难 度 最 大 的。 目前还 未 形成 成 熟 的技 术 ， 般要 利 用透 视 变换 和透 一
造 中 ， 常 是 由复 杂 的 自由 曲面 拼 接 而 成 ， 通 因此 在 概念 设 计 阶段 难 以用严 密 、 一 的数 学语 言 来描 述 。逆 向工 程 产 统 品设 计 就 是 根 据 已经 存 在 的 产 品模 型 ，反 向推 出 产 品设
品 的 三维 数 字 化模 型 ，最 终将 这个 模 型 转 入 到制 造 流程
中 ， 成 产 品 的整 个 设计 制造 周 期 ， 样 的产 品设 计 过 程 完 这
物， 又有 全套 技 术软 件 ；有 实物 而 无技 术 软 件 ； 无实 物 ， 仅
有全 套 或部 分技 术 软件 。
我们 称 为正 向设 计 过程 。这 一设 计 过程 难 度 系数 大 、 周期
软 件 逆 向 ： 品样 本 、 术 文 件 、 计 书 、 用 说 明 产 技 设 使 书、 图纸 、 关规 范 和标 准 、 理规 范 和质 量保 证 有 管 手册 等 均称 为技 术 软件 。软件 逆 向 中有三 类情 况 ： 既有 实
逆向工程技术的研究现状及发展趋势
*逆向工程技术的研究现状及发展趋势一、引言逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。
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、零部件或组件。
（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。
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”。
逆向工程示意图如下：二、逆向工程数据测量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，将产品的几何形状数字化。
其测量原理是：将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。
高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。
现有的数据采集方法主要分为两大类：（1）接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。
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特征和测量的要求选择测头及其方向，确定测量点数及其分布，然后确定测量的路径，有时还要进行碰撞的检查。
浅谈逆向工程测量技术
ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｔ Ｏ ｅｖ ｒ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ｌ ａ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ． ｗｈ ｉ ｃ ｈ Ｃ ａ ｌ ｌ ｅｄ ｒ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ｌｉ ａ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅｍｉ ｒ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ｈ －
ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ ｈｅ ｔ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｔ －
ｅ ｒ ｐｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ．
【 Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｊ ｅｖ ｒ ｅ ｒ ｓ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ， ｍｅ ａ ｓ ｕ ｅｍｅ ｒ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
结构 光法需用到投 影模板 ，而此 方法则是通过 匹 配 来 确 定 物体 在 图像 中 的位 置 ，然 后 凭借 视 差进
行距 离 计 算 的 。 匹 配精 度 起着 很 重要 的作 用 ，但 三
维物 体的曲面比较复杂 ，有一定的难度 。因此，该 方 法 在 描述 物体 形 状 时 主 要是 对 其边 界线 或 特 征 点 进 行 描述 。 三、 摩托车 的外形逆 向工程 随着 市场竞争的加 剧 ，摩 托车更新速度 越来越 快。许多生产企业为提 升竞争力，保 证企业能够 长 期 发 展 ， 纷 纷开 始 引入 逆 向 工程 技 术 ， 提 高 模 具 的 制 造 速 度 。 在 设 计 时 ， 往 往要 根 据样 品进 行 设 计 。 利用逆 向工程技术 ，可对样品的外形、 内在性能等 进 行 深 入 是 机 械 接 触 式 法 。 借 助 三 坐 标 测 量 机 来 求 得 摩 托 样 品的三维数据，依次为基础进行规划。同时利用系 统 软 件和 Ｃ Ａ Ｄ软 件 ，来 实 现摩 托 车整 车 外 形 Ｃ Ａ Ｄ模
逆向工程中的曲面测量技术研究
集 ，利用相应 的软件进行 实物模 型三 维Ｃ Ｄ重构的过程。大 Ａ
意是根据 已有 的条件和 结果 ，通过分析来推导 出具体 的实现 方法 。逆 向工程 技术和先进制造技术相结合 目前 已发展成 为 Ｃ ＤＣ Ｍ系统 中相对独立的研究领域。 自由曲面数字化是逆 Ａ ／Ａ 向工程 的关键 技术之一 ，它采用 了基于计算机视觉 的光学非 接触 式测量方法 ，能够得到 自由曲面 的三维几何数据 。本文 介绍 了逆 向工程数据测量技术和 等距面指 导的 自由曲面 自动 测量 以及 曲面数字化 的方法。
２１ ＡＤ ．Ｃ 模型拟合 曲面
格减少数据 的方法和减 少多变形三 角形达到减 少数据 点的方 法进行测量 。实现逆 向工程 的基础和 关键 是高效、高精度地
获取产 品的数字化信 息。数字化设备主要可分为接触式数据 采集和 非接触式数据采集两大类。 １１ ．接触式数据采集 方法 接 触 式 数 据 采 集 通 常 是 运 用 指 定 的三 坐 标 测 量 机 （ ＭＭ ），根据 实物 的特征和测量的要求选择测头和方向， Ｃ
用数学表示 方法拟合修改算法、控 制参数及 曲面 重构 方 法 ，得到高质量 、高精度 的曲面模型。拟合 的曲面用 隐形 方 程ｆ ，Ｙ，ｚ： 形式来表示 ，先按原形分别拟合出不同的区域 （ ｘ ）０ 曲面 ，将数据点 分成不 同的区域 ，将不 同的曲面 或者 曲面 间 过渡 的方法连接起来构成一个 Ｃ Ｄ整体 。运 用实体 重构技术 Ａ
进行 曲面拼接 时 ，要注意 曲面边界 的统 一和 光顺 及曲面裁减
首 先确 定测量 点数 和其 分布特 点 ，然后确 定测 量事 物的路 径 ，必要时要进行碰撞的检查采集数据。坐标测量机一般采
的限制 ，不能测量 一些易碎 、易变形的零件。如 ：内孔、窄
逆向工程测量技术的研究
１ 逆 向工程测 量技 术
所谓 的逆 向工程测量技 术， 俗名反 向工程 测量 ， 即是 指利用先进 的 Ｃ Ａ Ｄ制 图工具将相关工程的设计实物模拟为几何模 型， 将 实物工程数字 化， 然 后 通 过 对 数 字 化 的 模 拟 工 程 进 行 相 关 的试 验 研 究 ， 充 分 了 解 整 体 工程 的性能 以及 各项 参数 ， 提 高对实物工程 的了解 程度 ， 及 时对设计工 程 中存 在的 问题进行 科学的处理 ， 积极反馈相 关的设计工程信 息， 进而 有效提 高建设工程 的施工质量 ， 不断提高经济效益。 在逆 向工程测量过程 中， 对相 关工程数据 的有效测量是逆 向工程 正 常进行的 的根 本前提 ， 数据测 量是逆 向工程 测量中 的第一 部， 也是最 重 要的一步， 准确的数据测 量直接 决定了整个逆 向工程测量 的质量 。在电 力工程逆 向工程数据测量 过程中 ， 通 常有两种数据测量 方式， 即接触 式 测 量 和 非 接触 式 测量 。
工程测量是一个建设工程 的最根本 的前提 ， 只要完整的工程测量才 准直来提 高线路 铺设的质量 ， 此外 ， 也可 以利用激光 不易发散的特点 ， 通 能 够 有 效 确 保 工 程 的正 常 建 设 ， 保 证 建 设 工 程 的 质 量 。在 电 力 工 程 建 设 过激 光来扫描相 关的数据信 息， 从而 有效提 高数据扫描 的精准 度 ， 提 高 过程 中， 工程测量可 以为之提供大量科 学、 有效的测量数据 ， 向电力工程 数据测量 的质量 。 施 工提供科学 的设计 图纸和 设计方案 ， 工程测 量是 电力工程 设计、 施工 １ ． ２ ． ２ 红外 测量 技 术 的重要参照， 在 电力 工程施 工过程 中， 缺少了工程测量 ， 整个 电力工程 就 难 以进行。科学的工程测 量能够有效确保建设工程 的科学性 ， 提 高电力 工 程 的 建 设 质量 。 在 电力 工 程 测 量 过 程 中 ， 常 用 的 是 逆 向工 程 测 量 技 术 。 在逆 向工程数据澳 ０ 量中 ， 也可 以利用 红外 技术来实现对工程数 据的 测量 ， 由于 红外线对温度较 为敏感 ， 因此 ，红外技术对 相关 设施进行 内部结构扫描 ， 提高测量数据的精确度 。
试析逆向工程测量技术的应用
试析逆向工程测量技术的应用摘要：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。
软件逆向技术的目的是用来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。
也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。
1.4逆向工程通过各种测量手段和三维建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型，工程设计模型和概念模型，并在此基础上对现有的产品进行解剖、分析、深化、重新创造的过程。
基于三坐标测量机的逆向工程数字化技术研究
一
平 面， 利用面元素的法矢确定第一轴 ， 面元素的法矢始终
三坐标测量机是典型的机电一体化设备 ，它 由机械系 是垂直于 ｉ 亥平面的 。利用任意投 影到该平 面上的一条线来 统和电子系统两大部分组成。 建立第二轴 ， 能够保证第一轴和第二轴绝对垂直 ， 由软件 再 Ｆ Ｒ ￣量臂是使用球Ｔ作体的多轴的链接臂。 Ａ Ｏ 每个结 自动生成垂直于前两轴 的第三轴 。这样测量机软件就建立 合点都有个可旋转的传感 器。来 自这些传感 器的信号经过 了互相垂直的、 符合直角坐标系原理 的零件坐标系 。 建立好 处理并将位置数据通过 Ｕ Ｂ通讯电缆传输钊计’ 中。 Ｓ 算机
反向工程 。 它是将实物转化为Ｃ Ｄ 型相关 的数字化技术 ， 探针 的弯 曲或变形量较大 ，会使精度降低。 Ａ 模 几何模型重建技术和产品制造技 术的总称 ，是将己有产品 （ 选用的测球直径要尽量大 。这样能增大测球外侧到 ２ ） 或实物模 型转化为工程设计模 型和概念模型 ，在此基础上 测针杆 的距离 ， 而减少 由于碰撞测针杆所引起的误触发 。 从 对 已有产品进行解 剖 ，深化和再创造过程。逆向工程是消 同时测球直径越大 ，被测工件表 面光洁度的影 响越小。 化、 吸收先进技术的一系列丁作方法 的技术组合 ， 目前制 是 （） ３在测量 同一 曲面轮廓时 ，应使用 同一种半 径的测球 造 业 关 注 的 热 点 。工 业 产 品 的逆 向工 程 主要 技 术 之 一 就 是 头 ， 了使曲面上每点都能被测 到， 为 测头半径应小于或等于 实 物 数 字化 技 术 。 确 、 速 、 备地 获 取 产 品 实物 的几 何 曲 面上 最 小 曲率 半 径 。 准 快 完
逆向工程实践报告
《逆向工程综合实践》实践报告班级： K机设111学号： 240110138学生姓名：薛金成学期：2014-2015学年第一学期实践地点：工程中心7-C1实践时间：2015-01-05~2015-01-13报告成绩：指导教师：蒋平王慧批阅日期：南京工程学院机械工程学院一.基础知识1.综合实践目的通过本次综合实践，让学生在查阅和学习相关技术资料和手册的基础上，综合运用相关课程知识，进行机械产品零部件的反求设计，并采用激光快速原型制造技术将学生自己测量和重构的模型制造出来，从而达到加深学生对相关基础知识的理解，提高学生综合应用各方面知识的能力，以及提高分析问题、解决问题能力的目的.2.逆向工程概述新产品的开发有两种模式：●正向工程：由市场需求出发，经产品的概念设计、结构设计、加工制造、装配检验等开发过程。
●逆向工程（又称反求工程，Reverse Engineering）:以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行改进和创新，使之成为新产品。
2.1逆向工程的定义逆向工程是以先进产品的实物、软件或影像作为研究对象，应用现代设计理论和方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类型、更为先进的产品的技术。
目前，大多数有关逆向工程技术的研究和应用都集中在几何形状，即重建产品实物的ＣＡＤ模型和最终产品的制造方面，称为实物反求工程。
这是因为作为研究对象，产品实物是面向消费市场最广、最多的一类设计成果，也是最容易获得的研究对象。
在产品的反求时，需要通过一定途径将实物样件转化为ＣＡＤ模型，以期利用计算机辅助制造、快速原型制造和快速模具、产品数据库管理（Product data managament）及计算机集成制造系统等先进技术对其进行处理或管理。
随着现代测试技术的发展，快速、精确地获取实物的几何信息已变为现实。
2.2逆向工程技术的主要研究内容■反求对象设计指导思想、功能原理分析：产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。
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仪器仪表/检测/监控现代制造工程2006年第12期基于接触式测量的逆向工程研究李淑萍,岳玉梅,闻璋正,马耀陆(沈阳航空工业学院航空宇航学院,沈阳110034)摘要 针对目前逆向工程研究主要是利用非接触式测量获得点云这一方法,提出一种基于接触式测量的逆向工程建模方法,并相应开发了一些算法。
根据零件的构型规律对测量进行规划并测量,得到相关的数据文件。
利用自行开发的软件计算重构曲面的型值点,将型值点导入有关的造型软件中进行造型。
实践证明,该方法是可行的。
关键词:逆向工程 数学模型 接触式测量 三维造型软件中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2006)12—0089—03The reverse eng i n eer i n g research ba se on con t acti n g m ea sureL i Shup ing,Yue Yu mei,W en Zhangzheng,Ma Yaolu(Shenyang I nstitute of Aer onautical Engineering,Shenyang110034,CHN) Abstract I n vie w of the p r oblem that point2cl oud which is app lied t o the reverse engineering will be acquired mainly by“no contact measuring”and handled by the relevant s oft w are,a ne w modeling method of reverse engineering which is base on“con2 tacting measure”has been p r oposed and the relevant algorith m has been devel oped.The measuring r oute is p laned according t o the structure and surface of the part bef ore measuring and the relevant data file is received after measuring.The algorith m is used t o calculate the characteristic pointsπvalues of the surface which will be reestablished later.The data are inputed int o a modeling s oft w are t o get the model.It is p r oved that it is feasible.Key words:Reverse engineering Mathe matical model Contact measuring Three di m ensi onal modeling s oft w are0 引言接触式测量效率低,但是精确度高,主要应用于零件的几何尺寸检测。
非接触式测量可以在短时内获得大量的数据,在逆向工程研究方面,很多是采用非接触式测量,形成点云数据,再利用有关的软件对其进行处理。
利用接触式测量进行逆向研究的不多。
目前国外已有多种测量造型软件系统,如美国I m age ware公司产品Surfacer711、英国Del CAM公司产品Copy CAD、英国MDT V公司的ST R I M and Surface Reconstructi on、英国Renisha w公司的TRACE等。
许多通用的CAD/CAM系统,如UGII,Pr o/E,CATI A等也都增加了测量造型模块。
这些软件主要用于处理点云[123]。
事实上,飞机上的多数零件的构成都是有一定规律的,其中机身和机翼的零件很多是由简单的直纹面构成,对于这些零件,不需要测量海量的数据,形成点云。
采用接触式测量得到少量的点或由点扫描成的线,经过数据处理后得到一些造型必需的型值点,将这些型值点导入造型软件中,利用造型软件强大的功能进行造型,就可以完成逆向建模的工作。
下面通过一个实例说明这种方法。
1 测量规划和测量图1所示零件是某型飞机舱门拐角处的蒙皮类零件。
通过观察,发现该零件的各个曲面都是由直纹面构成的。
在利用CAD/CAM软件生成直纹面时需要零件中两个曲面的交线,但是,在零件的加工过程中由于倒圆角,已不存在交线。
交线上的一些点需要在数图1 零件实物据的预处理中求解[3]。
因此,决定在两个端面上各测一系列点(两个端面为图2中的a1b1e1f1和fec两个面),由这些点确定端面,在两个端面之间通过算法生成多个角平98 现代制造工程2006年第12期仪器仪表/检测/监控分面。
在零件的每个曲面上沿曲面长度方向用三坐标测量机扫描两条线(如图2中的虚线所示)。
由于在每个曲面上测量了两次,形成两条间距为012mm 的点集,将点顺次连接,生成两条折线,将两条折线与任一个平分面相交,都会得到两个交点,由这两个交点可以生成一条直线。
在相邻曲面上,这样的两条直线的交点便是造型需要的两个曲面的交点(棱线上的一点)。
还需要描述零件的外缘,方法是用三坐标测量机的测头在外缘处测量一系列点。
这些点也需要与各个平分面求交,交点在直线上的投影为外表面上的点。
图2 端面标注及测量轨迹(虚线所示)在具体测量时,利用国产海得斯康三坐标测量机进行间隔为012mm 的扫描式测量。
将这些数据存放在I GES 格式的数据文件中。
2 利用自行开发的算法计算交点在通用的CAD /CAM 中几乎没有求交点或者交线的功能。
在Aut oCAD 中可以分析交点的坐标,但是不能直接显示交点,而且无法得到两个平面的交线。
针对本文所述的逆向建模方法,需要自行开发一些算法,为在通用的CAD /CAM 中建模准备数据。
具体算法如下。
211 在两个不平行的平面之间计算等角平面为了计算各曲面的交点,需要在两个不平行的平面之间计算等角平面,可通过以下步骤获得。
21111 过三点生成平面若要确定端面的参数,只要知道端面上的三个点。
在实际测量中,多测一些点,其中每三个点形成一个平面并算出该平面的法向量。
然后求出这些法向量的平均法向量,结合该端面任意一点,就可以确定出这个端面。
本文中求平均法向量的方法是取每个法向量方向余弦cos α、cosβ的平均值,并计算出对应的cosγ的值,从而确定平均法向量。
21112 两平面求交线需要计算两个端面的交线。
为了得到交线的方程,应求出其上的点和它的方向向量。
它的方向向量可以由空间两平面的法向量求出,如果从平面方程中得知两平面法向量为A 1、B 1、C 1和A 2、B 2、C 2,那么交线的方向向量为:(B 1×C 2-C 1×B 2)i +(C 1×A 2-A 1×C 2)j +(A 1×B 2-B 1×A 2)k 。
再求交线上的任意一点,此点应该在这两个平面上。
由于两个平面方程联立解不出此点x 、y 、z 三个未知数,解决的方法是让z =0,因此该点的坐标变为(x 0,y 0,0),即两空间平面分别与z =0平面求出交线后,该两条交线的交点。
21113 计算等角平面图3 等角平面剖面示意图当输入一个角度,就可以生成以此角度为间距的多个平面(如图3所示)。
在后面的造型中如果发现点比较稀疏或者过密,可以通过改变此角度调整点的数量和位置。
212 计算交点通过以下步骤计算交点。
21211 计算直线与平面的交点计算测量得到的线与各个平面的交点。
因为该线是离散点集,所以交点的求法为前后两个点形成的线段,判断是否与各个平分面有交点。
21212 两个点形成直线由于在每个零件表面内都扫描了两条线,因此会得到直线与每个等角平面的两个交点,让这两个点形成直线。
21213 求直线的交点在同一个等角平面内,求分别位于相邻两个表面的两条上述直线的交点。
至此,得到造型需要的交点。
将交点的数据文件以及零件两个边缘的扫描数据导入CAD /CAM 软件中进行造型。
3 造型311 构造特征线利用三维造型软件CATI A 对零件建模。
将数据点利用CATI A 中的数字编辑器倒入,不同切面上同名(下转第132页)9 现代制造工程2006年第12期现场经验切废处理跑钢、堵钢等),从而能限制故障扩大,减少停车处理时间,提高轧机的生产率。
本系统在全线范围进行故障检测。
自动故障检测的实现依赖于轧机负载检测及轧件头部位置跟踪。
跟踪系统掌握轧件头部离开每一机架的距离,该距离通过对应机架出口线速度的积分求得。
机架的负载检测信号被用来启动及终止上述积分。
由于机架间距是已知的,如果跟踪系统计算出的轧件头部位置超出机架间距以上一定范围时,下一机架的轧钢检测信号仍未出现,则可认为这两个机架间发生了故障。
3 结语此系统改造经热调后,很快投入正常运行,故障率大幅下降,显著提高有效作业率,控制系统状态良好。
虽暂时满足了工艺和生产的要求,但该轧线从长远来看还存在一些不足。
主要表现在:1)摆槽式倍尺圆盘剪,摆动中造成轧件轨迹变化,在轧件高速运动中易“跑钢”,对轧制速度提高有较大制约;2)没有考虑控轧及控冷技术,不能生产优特钢及高附加值的螺纹钢,现提高螺纹钢级别需靠在炼钢工序增加合金元素来实现,生产成本高;3)生产线速度较低,生产小规格产品产量低。
参考文献:[1] 钟廷珍.短应力线轧机的理论与实践[M ].北京:冶金工业出版社,1999.[2] 高速轧机线材生产编写组.高速轧机线材生产[M ].北京:冶金工业出版社,1995.[3] 天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[M ].北京:机械工业出版社,1994.[4] 西门子传动(中国)有限公司.SI M OREGK 6RA70系列全数字直流调速系统使用手册.2005.作者简介:肖轶,本科,助理工程师,主要从事工业电气自动化方面的研究工作。
作者通讯地址:江苏省南通市唐闸河东北路161号宝钢集团南通钢铁有限公司轧钢厂(226002)E 2mail:ntzydxxjh@1631com收稿日期:2006208228(上接第90页)的点由SP L I N E 连接,所生成的曲线光顺性差。
通过分析发现光顺性差的原因是由于所测量的切面之间角度较大,数据的密集度差。
通过改变角度增加切面,从而增加了数据点,再倒入并且连接,获得了比较理想的特征线。
312 曲面构造 曲面生成质量的好坏直接影响零件实体质量的图4 最后生成的数学模型好坏。