逆向工程-非接触式测量
反向工程的详细介绍
反向⼯程的详细介绍反向⼯程指通过技术⼿段对从公开渠道取得的产品进⾏拆卸、测绘、分析等⽽获得的有关技术信息。
反向⼯程在司法解释中被定义为，通过技术⼿段对从公开渠道取得的产品进⾏折卸、测绘、分析等⽽获得该产品的有关技术信息。
为避免该条款被滥⽤，司法解释同时规定：“当事⼈以不正当⼿段知悉了他⼈的商业秘密之后，⼜以反向⼯程为由主张获取⾏为合法的，不予⽀持。
”反向⼯程⼜称逆向⼯程。
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。
(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、治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：①既有实物，⼜有全套技术软件;②只有实物⽽⽆技术软件;③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来构思、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外形的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向⼯程”。
2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，将产品的⼏何外形数字化。
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外形、位置公差及其它⼏何数据。
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。
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。
3第二章 逆向工程测量系统
逆 向 工 程 技 术 及 其 应 用 第 二 章 逆 向 工 程 测 量 系 统 ---
坐标测量原理:
将被测物体置于三坐标机的测量空间，可获得 被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间 坐标值，经计算可求出被测对象的几何尺寸、形状 和位置。
逆 向 工 程 技 术 及 其 应 用 第 二 章 逆 向 工 程 测 量 系 统 ---
测量速度 非常快， 不必像接 触触发探 头那样逐 点进行测 量；
软工件、 薄工件、 不可接触 的高精密 工件可直 接测量。
非接触式测量主要缺点如下：
测量精度较差 易受工件表面的反射特性 的影响，如颜色、斜率；
逆 向 工 程 技 术 及 其 应 用 第 二 章 ---
工件表面的 粗糙度会 影响测量结果
Text
工件几何外形 变化大时成像 会失焦，成像模糊； 逆
向 工 程 易受环境光线及杂散光 测 影响，故噪声较高，困难； 量 系 统
对边线处理、 凹边处理及 不连续形状的 处理较困难
第二节 接触式测量
三坐标测量机 Coordinate Measuring Machine CMM 一种高效率的新型精密测量仪器，是一种具有 很强柔性的大型精密三坐标测量设备。 广泛应用于对各类零件的自动检测和测量。 三坐标测量机具有适应性强功能完善等特点。
三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大 部分，如图所示。
逆 向 工 程 技 术 及 其 应 用 第 二 章 逆 向 工 程 测 量 系 统 ---
三坐标测量机的组成
（1）主机 框架结构 标尺系统 导轨 驱动装置 平衡部件 转台与附件 （2）三维测头 即三维测量传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号 和微小位移，以实现瞄准和测微两项功能。 （3）电气系统 包括电气控制系统、计算机硬件部分、测量机软件、 打印和绘图装置
逆向工程
逆向造型方法与技巧
建面
1. 所有构造线必须光顺连接,也就是相切或曲率连续 2. 相邻边应尽量垂直,角度不能太大 3. 同类型的构造线要尽量平行，线的长度要尽可能差不多,
不能相差太大 4. 所有构造线尽量在一个平面内，并且和最终所做的曲面
垂直 5. 疏密有致,也就是说在我们所要做的面变化比较大的地方
逆向造型质量判定标准
1.造型范围
产品造型范围所括所有外表面及表面可见的搭扣，造型边界应至分型 线，不属造型范围的配合螺钉孔应给出轴线。
应给出塑件的拔模方向和反面结构的测量数据。
2.外观
产品造型应形象表达塑件的形状特征，做到清晰、准确、简洁、流畅。 曲面要光顺，曲率变化要平缓，不得有与产品不符的凸凹现象。 倒角面应清晰流畅，半径大小与产品一致。 产品结构部分应表达规范严谨，细长结构或面应保持均匀美观。
逆向造型质量判定标准
3.精度与配合
不得随意修改产品的外形与尺寸，严禁出现主尺寸超差。在不确定情 况下，孔洞宁大勿小，产品则相反。
非自配的配合边界应精确逼近测量数据，误差一般应小于0.3mm。 曲面要基本通过测量点，在不影响外观和配合的前提下，点离曲面的 偏差可以适当放宽。
4.配合
无间隙配合：表面相接处不得有间隙与错位 均间隙配合：表面相接处应保持间隙均匀 变间隙配合：表面相接处的间隙应均匀变化
逆向造型方法与技巧
确定产品的拔模方 向
拔模方向在造型中非常重要,它要影响以后的开模。 所以我们在做产品时一定要注意拔模方向,不能使 做出来的产品产生倒拔模 。
确定产品的分型线的走向
产品的分型线的走向非常重要，是造型过程中进行 拔模的重要依据。
逆向造型方法与技巧
面的分解
的分析在造型过程中特别重要,只有深刻理解产品 的面与面之间的拓扑关系,抓住产品中的特征,在抓 住产品特征的基础上确定面之间的拓扑关系,这样 才能快速、高质量的完成。
测量逆向工程之核心技术
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。
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。
浅谈逆向工程测量技术
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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 －
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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
精选逆向工程技术概述
三、逆向工程的工作流程
逆向工程的一般过程可分为：（见图1-3）
样件三维数据测量
数据处理
模型重构
模型制造。
CAD三维
1.数据测量：
是逆向工程的第一步，是后续工作的基础。
数据测量的设备：三坐标测量机（CMM）、激光三维扫 描、结构光测量，光栅照相式三维扫描仪、CT扫描仪等。
就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，
二、逆向工程的定义：
1.逆向工程的发展历史：
从20世纪60年代的“如何做的更多” 、 70年代的 “如何做的更便宜”、80年代的 “如何做的更好”、发展到90年代的 “如 何做的更快”。因此，市场要求技术革新， 逆向工程技术在20世纪90年代开始引起各国 工业界和学术界的重视，到目前只有十多年 的历史。所以可称之为“新技术”。
（3）CopyCAD是由英国DELCAM公司出品的功能强大的逆 向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模 型中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的 CAD 曲面的产生提供了复杂的工具。CopyCAD能够接 受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫 描器。
（4）RapidForm是韩国INUS公司出品的全球四大 逆向工程软件之一，RapidForm 提供了新一代 运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的 多边形曲面，使它成为三维扫描后处理之最佳 化的接口。 RapidForm主要优势包括：多点云数据管 理介面、多点云处理技术、快速点云转换成多 边形曲面的计算法、彩色点云数据处理及点云 合并功能。
CAD模型的情况下，可使用逆向技术复制一个相同零件。 4）应用在模具行业。（应用在经常需要反复修改原始设计
的模具型面）
5）用在一些艺术产品领域。 6）应用在新产品开发和创新设计上。 7）应用在破损的文物、艺术品的修复上。 8）特种服装、头盔的制造需要使用者的身体作为原始设计
光学三维测量技术
23-18
3
应用
3、医学图像三维表面重建：
现代医疗诊断常常需要借助一些辅助设备为诊
断提供可靠的、完整的信息，因此，人体组织与
器官的三维成像技术在现代临床医学中起着越来
越重要的作用.
医生可以将重构出的器官图像进行旋转缩放等
操作，使医生能够更充分地了解病情的性质及其
周围组织的三维结构关系，从而帮助医生做出准
线照明
2D线探测器
1D扫描
面光源法
面照明
2D线探测器
不需要扫描
相位测量技术
序列编码技术
如：格雷（Gray） 如：相位测量轮廓术
傅里叶变换轮廓术
编码序列
彩色编码技术
如：彩色多通道
编码实现相移
23-12
2
测量原理
23-13
2
测量原理
直射式三角法：激光器发出的光垂直入射到被测物体表面，
Scheimpflug 条件可表示为
地对待测物体进行测量。
23-04
1
概述
图
1
：
三
坐
标
测
量
机
23-05
1
概述
接触式测量
优势
物体三维形状测量
灵活性强
精度高且可靠
测量方便
非接触式测量
非接触式测量
微波技术
三角法
光波技术
干涉法
超声波技术
飞行时间法
23-06
1
概述
微波技术
非接触式测量
适合于大尺度三维测
量，爱里斑半径较大，
角度分辨率低。
光波技术
展示三维景像，模拟未知环境和模型）；
2、文物保护
互换性复习提纲
第二章1、逆向工程所需的测量方式有几类？各自的优缺点。
反求工程中（逆向工程）的测量方法可分成两类:接触式与非接触式。
(1) 接触式测量方法坐标测量机坐标测量机是一种大型精密的三坐标标测量仪器，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。
坐标测量机一般采用触发式接触测量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。
九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三维力一位移传感的扫描测量头，该测头可以在工件上滑动测量，连续获取表面的坐标信息，扫描速度可达8米/秒，数字化速度最高可达500点/秒，精度约为0.03mm。
这种测头价格昂贵，目前尚未在坐标测量机上广泛采用。
坐标测量机主要优点是测量精度高，适应性强，但一般接触式测头测量效率低，而且对一些软质表面无法进行逆向工程测量。
层析法层析法是近年来发展的一种反求工程逆向工程技术，将研究的零件原形填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据，并将其组合起来获得零件的三维数据。
层析法的优点在于任意形状，任意结构零件的内外轮廓进行测量，但测量方式是破坏性的。
(2) 非接触式逆向工程测量方法非接触式测量根据测量原理的不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。
以下仅将在反求工程中最为常用与较为成熟的光学测量方法（含数字图像处理方法）作一简要说明。
基于光学三角型原理的逆向工程扫描法这种测量方法根据光学三角型测量原理，以光作为光源，其结构模式可以分为光点、单线条、多光条等，将其投射到被测物体表面，并采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，根据光点或光条在物体上成象的偏移，通过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的深度信息。
基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法这种测量方法将光栅条纹投射到被测物体表面，光栅条纹受物体表面形状的调制，其条纹间的相位关系会发生变化，数字图像处理的方法解析出光栅条纹图像的相位变化量来获取被测物体表面的三维信息。
非接触式测量技术
目录摘要 (1)1 引言 (1)2 非接触式测量技术简介 (1)2.1 非接触式测量方法的定义 (1)2.2 非接触式测量方法的分类 (2)3 非接触测量技术发展的现状 (2)3.1 光学法 (2)3.1.1 结构光法 (2)3.1.2 激光三角法 (3)3.1.3 激光测距法 (4)3.1.4 光学干涉法 (5)3.1.5 图像分析法 (6)3.2 非光学法 (7)3.2.1 声学测量法 (7)3.2.2 磁学测量法 (8)3.2.3 X射线扫描法 (9)3.2.4 电涡流测量法 (10)3.3 非接触测量技术存在的不足和总结 (11)4 非接触式机器人测量系统 (11)5 非接触测量技术在船体分段测量中的应用 (14)5.1 非接触测量技术在船厂的应用情况 (14)5.2 船体分段测量方法介绍 (14)5.2.1 传统测量方法系统 (14)5.2.2 激光经纬仪测量系统 (14)5.2.3 近景摄影测量系统 (15)5.2.4 全站仪测量系统 (17)5.2.5 三维扫描测量系统 (18)5.3 测量方法的比较 (19)6 非接触测量技术的发展趋势 (21)7 结束语 (21)参考文献 (22)摘要非接触测量方法以光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的感受元件不与被测物体表面接触的情况下，即可获取被测物体的各种外表或内在的数据特征。
详细阐述了部分常用的光学法和非光学法测量技术及相应的测量仪器，并结合船体分段测量方法说明了这些非接触测量方法的原理、优缺点、精度及适用范围，指出了未来非接触测量技术的发展趋势。
关键词：非接触测量; 光学法; 非光学法；船体分段1 引言开展船体分段测量技术研究的意义在于首先它是实现分段无余量对接的保证,可以大大缩短分段吊装搭接的船台占用时间,其次采用这项技术有助于实现船舶建造的信息流闭环,以及生产状态下的船体建造的“动态虚拟装配”。
最后精确、快速、可靠的船体分段测量技术的突破有助于提升我国造船企业的国际竞争力[1]。
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。
非接触式测量技术在工程测量中的应用
非接触式测量技术在工程测量中的应用近年来，随着科技的不断进步，非接触式测量技术在工程测量领域得到了广泛应用。
非接触式测量技术是指通过利用传感器和光电子设备等无需直接接触测量对象的方法来获取物理量的测量值。
这种测量方式具有高效、准确、安全等优点，因此在工程测量中得到了广泛的应用。
一、光学测量技术在工程测量中的应用光学测量技术是非接触式测量技术中的一种重要手段。
它通过利用光学原理来达到测量的目的。
例如，三维扫描仪通过发射激光束，利用激光反射回来的时间差来计算测量对象的距离，从而实现对物体形状和尺寸的测量。
光学测量技术在工程测量中可以广泛应用于建筑物、桥梁、隧道等大型工程结构的变形监测，以及机械零件的形状测量、表面质量检测等方面。
二、红外热像仪在工程测量中的应用红外热像仪是一种能够测量物体表面温度分布的仪器。
它利用物体发射的红外辐射来反映物体表面的温度分布情况，并通过显示屏上显示出热像图。
红外热像仪在工程测量中的应用非常广泛。
例如，它可以用于建筑物的能量损耗检测，通过测量表面温度分布来确定建筑物的热保护性能；它也可以用于电力设备的异常检测，通过测量电力设备表面温度来判断设备是否存在故障。
三、雷达测距技术在工程测量中的应用雷达测距技术是利用电磁波传播和回波时间差来测量物体距离的一种技术。
它通过发射电磁波并接收其回波，根据回波的时间差来计算出物体到雷达的距离。
雷达测距技术在工程测量中具有广泛的应用。
例如，在大型工程建设中，可以利用雷达测距技术来测量地质构造、地层厚度和水位等参数，为工程建设提供可靠的地质测量数据。
四、激光雷达技术在工程测量中的应用激光雷达技术是通过利用激光束来实现对物体的测量。
它通过发射激光束并接收其回波，并根据回波的时间差来计算物体到激光雷达的距离。
激光雷达技术在工程测量中的应用十分广泛。
例如，它可以用于地形测绘，通过测量激光束与地面的交互反射来获得地面高程和三维地形模型；它也可以用于道路测量，通过测量激光束与路面的交互反射来获得道路的平整度和坡度等信息。
逆向工程
一、填空：1.逆向工程中数据测量的方法可以分为接触式测量方法和非接触式测量方法。
其中接触式测量又分为触发式和连续式。
非接触式测量方法分为光学式和非光学式。
其中，光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法。
2. 三坐标测量机的组成包括主机、测头、电器系统三大部分。
三坐标测量仪的测量过程中测量前的准备有：校准、工件的找正。
3. 应用三边域曲面重构方法的典型商用软件是Imageware。
Imageware是应用曲线拟合造型的典型商用软件。
4. 对点云数据进行预处理的步骤分别为：多视点云的对齐，拼合，点云过滤，数据精简，点云分块四步。
5. 3DSS三维扫描仪的系统由硬件和软件组成，其中软件部分包括：系统软件、控制软件、后处理软件。
6. 3DSS三维扫描仪进行扫描前对物体表面要进行处理，那么理想的表面状况为亚光白色。
7. 快速成型技术按照所使用的材料不同和零件的建造技术不同可分为多种工艺，其中包括：光固化技术、叠层技术、选择性激光烧结技术、熔融沉积技术。
8. 3DSS系统组成由硬件和软件组成，其中硬件部分包括：电脑、标顶板、三角架、投影装置、连接电缆、镜头。
9. 在3DSS三维扫描仪的使用中，需要对深色、粗糙、反光的物体表面进行喷一薄层白色显像剂处理。
二、问答1.数据测量方法。
答：2. 三坐标测量原理。
答：P93. 数据测量方法中的结构光法的基本原理。
答：4. 简要叙述3DSS三维扫描仪的操作过程。
答：5. TDV扫描仪的基本组件有哪些？答：6. 点云数据预处理的步骤有哪些？答:多视点云的对齐，拼合，点云过滤，数据精简，点云分块。
7. Imageware软件具有哪些工作模块？（P184）答：基础模块点处理模块评估模块曲面模块多边形造型模块8.说出逆向工程中基于曲线的模型重构过程。
(P143)答：采集数据,数字化设备——数据与处理——曲线拟合——曲线片重建——曲面模型——实体模型——下游应用曲面模型————————9.说出逆向工程中基于曲面的模型重构过程。
逆向工程-非接触式测量
测量精度较差
对边线， 对边线，凹孔及不 连续形状的处理比 较困难
第2章
成像镜头的焦距会 影响测量精度
第四节 数据测量各种方法的比较
第2章
第五节 测量数据的误差分析
第2章
影响测量精度的主要因素
物体自身的因素 标定的因素 摄像机的分辨率 可测性问题 测头半径补偿误差 参考点误差
第2章
第2章
2 结构光法
结构光法的原理
是把一定模式的光源（如光栅）投影到被 测件表面，受被测物体表面高度的限制，光栅 影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的 图像，通过解调变形光栅影线，就可以得到被 测表面的整幅图像上像束的三维坐标。
第2章
2 结构光法
第2章
2 结构光法
用激光穿过平行等距 直线的振幅光栅组件， 或使用干涉仪，形成 直线干涉条纹，即面 条纹结构光。将此面 条纹结构光投射到物 体上，由于物体表面 曲度或深度的变化使 条纹变形，利用ccD 摄像机摄取此变形条 纹的图像，即可分析 物体表面轮廓变化。
第2章
激光三角法
1—光电检测器 2—激光器 3—聚光镜 4—被测物 5—成像镜
第2章
激光三角法
第2章
点激光三角法
bs sin i e= s sin(i + k )a sin k
第2章
线激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
激光三角法特点
工作距离大 测量范围大
受被测工件影响较大 精度较低
第2章
工业CT法
第2章
工业CT法特点
准确测量物体内部形状
对被测物体材料没有限制
分辨率低
获取数据时间较长
逆向工程技术及其应用
章 逆
量测量等方面。
向 工
程
测
量
系
统
花岗岩 操作台
控制机柜
逆
向
扫描仪的基本组件
工 程
技
术
及
其
应
用
---
计算机控制系统 第
二 章
逆
向
工
Ｘ、Y、Z 轴运动组件
数控转台旋转轴R
扫描头组件
程 测 量
系
统
逆
向
工
程
三维激光扫描仪
技 术
及
其
应
用
---
第 二 章
逆 向 工 程 测 量 系 统
逆
向
三维激光扫描仪的测量过程
逆向工程技术及其应用
逆
向
工
程
技
❖第一节 测量方法的分类及比较
术
及
其
应
❖第二节 接触式测量
用
---
第
二
❖第三节 非接触式测量
章
逆
向
工
❖第四节 数据测量的误差分析
程
测
量
系
统
逆
第三节 非接触式测量
向 工
程
光学式 非光学式
技 术
非接触式按其原理 不同，又可分为：
及
其
三角形法 CT 测量法
应
用
---
结构光法
测 量
接测量。
系
统
逆
向
各种测量方式比较：
工 程
技
测量
精度
测量
测量轮廓的 对材料 测量
术 及
方式
速度
三坐标 0.6~30 慢
逆向工程之毕业设计(论文)
西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：风扇叶片的非接触测量和三维建模研究年级：2004级■本科□专科学生学号：20045659学生姓名：都方军指导教师：乐莉学生单位：制造科学与工程学院技术职称：副教授学生专业：机械0408 教师单位：制造学院西南科技大学教务处制西南ug网 Ⅰ风扇叶片的非接触测量和三维建模研究摘要：随着计算机技术的迅速发展，计算机三维造型技术特别是逆向工程技术在工业上已经得到了广泛的应用。
为了解决风扇叶片难以精确测量的问题，本文研究了风扇叶片外形的逆向工程造型方法，并对逆向工程概念、方法进行系统的阐述。
通过光学扫描仪的非接触测量获取风扇叶片表面的云状数据,并利用Imageware和geomagic软件对测量数据进行处理,且基于NURBS曲面重构理论进行叶片造型表面重构,最终实现了风扇的曲面重构，产生风扇的三维模型及二维图。
与传统的正向设计方法相比,该方法提高了工作效率,缩短了新产品的开发周期。
关键词：逆向工程；非接触测量；点云；建模Fan Blade non-contact measurement and 3D ModelingAbstract：With the rapid development of computer technology, Three-dimensional computer modeling technology, especially the reverse engineering technology in the industry, has been widely used. Fan Blade difficult to solve the issue of accurate measurement, This paper studies the shape of the fan blade reverse engineering modeling method, And reverse engineering concepts, methods and systematic elaboration. By optical scanners access to the non-contact measurement of the fan blade surface cloud of data, with Imageware and geomagic, the measurement data is processed and NURBS surface reconstruction based on the theory blade shape surface reconstruction, The ultimate realization of a fan surface reconstruction, Being designed with the traditional method, The method improves the working efficiency, Shorten the development cycle of new products.Key words:Reverse Engineering; Non-contact measurement; Point Cloud; Modeling目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题提出的背景及意义 (1)1.21 逆向工程在国内外研究状况 (1)1.22 逆向工程的原理及特点 (2)1.23 逆向工程的流程及应用领域 (3)1.24 课题的目的及意义 (5)1.3 研究内容 (5)第2章逆向工程软硬件设备及过程 (5)2.1 扫描设备 (5)2.2 点云处理软件 (8)2.3 曲面处理软件 (8)2.4 实体建模软件 (10)2.5 实体三维数据的扫描 (12)2.6 点云处理 (13)2.7 曲面重构 (14)2.8 实体建模 (19)2.9 后续加工处理 (20)第3章建立风扇叶片数模的具体步骤 (22)3.1 风扇叶片逆向开发的流程 (22)3.2 模型分析 (22)3.3 扫描 (22)3.4 点云数据处理 (34)3.4.1 清除噪点 (34)3.4.2 手动注册 (35)3.4.3 全局注册 (36)3.4.4 合并 (36)3.4.5 补洞 (37)3.4.6 边界优化 (37)3.4.7 简化数据及保存 (37)3.5 曲面造型 (38)3.5.1 对齐点云 (39)3.5.2 建立圆柱面 (40)3.5.3 建立球面 (40)3.5.4 建立球底面 (40)3.5.5 偏移球面及上下底面 (41)3.5.6 剪切中间凹槽及洞 (41)3.5.7 建立小圆柱及洞 (42)3.5.8 提取一个叶片及建立曲面 (42)3.5.9 偏移扇叶曲面并倒角 (43)3.5.10 建立另外2个叶片面 (43)3.5.11 数据转化导出通用格式 (44)3.6 实体造型 (44)3.6.1 数据导入 (45)3.6.2 曲面缝合及模型实体化 (46)3.6.3 产生风扇叶片的二维图 (46)结论 (48)参考文献 (53)致谢 (54)第1章绪论1.1 引言反求工程(Reverse Engineering)是根据现有实物模型的测量数据演绎出零件的设计概念和CAD模型，其目的就是消化吸收并改进国内外先进技术，快速赶上或超过世界先进生产技术水平、赢得市场竞争．作为近年来迅速发展的快速设计制造技术的重要分支，可大大缩短产品制造周期，因而在制造领域得到了广泛的应用。
1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非常重要的问题。
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。
根据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可以分为接触式(Contact)和非接触式（Non-contact）两种。
接触式包括三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，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根据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殊要求，可达到很高的测量精度（±0.5μm），对物体边界和特征点的测量相对精确，对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，特别是对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也由以前的机械式发展为目前的计算机数字控制（CNC）型的高级阶段。
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。
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2 结构光法
结构光法的原理
是把一定模式的光源（如光栅）投影到被 测件表面，受被测物体表面高度的限制，光栅 影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的 图像，通过解调变形光栅影线，就可以得到被 测表面的整幅图像上像束的三维坐标。
第2章
2 结构光法
第2章
2 结构光法
用激光穿过平行等距 直线的振幅光栅组件， 或使用干涉仪，形成 直线干涉条纹，即面 条纹结构光。将此面 条纹结构光投射到物 体上，由于物体表面 曲度或深度的变化使 条纹变形，利用ccD 摄像机摄取此变形条பைடு நூலகம்纹的图像，即可分析 物体表面轮廓变化。
第三节 非接触式测量
第2章
一 非接触式测量的分类
激光三角法 结构光法
工业CT法 工业 法 核磁共振法
第2章
非接触式测头
第2章
1
激光三角法
基本原理:
由激光器（通常为半导体激光器） 由激光器（通常为半导体激光器）发出的 经光学系统形成一个很细的平行光束， 光，经光学系统形成一个很细的平行光束，照 到被测工件上面。由工件表面反射回来的光， 到被测工件上面。由工件表面反射回来的光， 可能是镜面反射光，也可能是漫反射光。被测 可能是镜面反射光，也可能是漫反射光。 表面处于不同的位置时， 表面处于不同的位置时，漫反射光斑按照一定 三角关系成像于光电检测器件的不同位置， 三角关系成像于光电检测器件的不同位置，从 而探测出被测表面的位置。 而探测出被测表面的位置。
第2章
ATOS流动光学三坐标测量系统
第2章
ATOS流动光学三坐标测量系统
第2章
贴标签定位
第2章
贴标签定位
第2章
第2章
第2章
Atos测量数据
第2章
光照图
第2章
结构光法特点
测量范围大 成本低 携带方便
受环境影响小
稳定 速度快
易操作
精度低
只能测量较平坦物体
第2章
3 工业CT法
工业CT法原理:
第2章
激光三角法
1—光电检测器 2—激光器 3—聚光镜 4—被测物 5—成像镜
第2章
激光三角法
第2章
点激光三角法
bs sin i e= s sin(i + k )a sin k
第2章
线激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
面激光三角法
第2章
激光三角法特点
工作距离大 测量范围大
受被测工件影响较大 精度较低
第2章
工业CT法
第2章
工业CT法特点
准确测量物体内部形状
对被测物体材料没有限制
分辨率低
获取数据时间较长
重建图像计算量大
第2章
设备造价高
4 其他非接触测量法
核磁共振法 超声波法 层析法
第2章
二 非接触式测量的特点
不必进行测头补偿 测量速度较快
不受被测物体材料的限制
易受被测物体表面 的反射特性影响
测量精度较差
对边线， 对边线，凹孔及不 连续形状的处理比 较困难
第2章
成像镜头的焦距会 影响测量精度
第四节 数据测量各种方法的比较
第2章
第五节 测量数据的误差分析
第2章
影响测量精度的主要因素
物体自身的因素 标定的因素 摄像机的分辨率 可测性问题 测头半径补偿误差 参考点误差
第2章
工业CT对对被测物体进行断层截面扫描， 工业 对对被测物体进行断层截面扫描， 对对被测物体进行断层截面扫描 射线的衰减系数为依据， 以X射线的衰减系数为依据，用数学方法经过 射线的衰减系数为依据 电子计算机处理而重建断层截面图像， 电子计算机处理而重建断层截面图像，根据不 同位置的断层图像可建立物体的三维信息。 同位置的断层图像可建立物体的三维信息。