逆向工程技术及其应用

在实际操作中，用一定的测量手段对实物或模型 进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实 物的CAD模型的过程，是一个从样品生成产品数字化 信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及生产的 全过程。
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1、什么是逆向工程
正向工程是泛指按常规的从概念(草图)设计到具体模型
设计再到成品的生产制造过程。逆向工程常指从现有 模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概 念模型和工程设计模型乃至成品的过程。
逆向工程技术及其应用
一、逆向工程技术
1、什么是逆向工程 2、逆向工程流程 3、逆向工程软件介绍 4、产品制造技术介绍 5、逆向工程应用 6、逆向工程技术发展展望
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1、什么是逆向工程
20世纪60 年代，日本为了恢复和振兴经济，提 出科技兴国和大力发展制造业的方针：“一代引进， 二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”， 并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发 展给予优惠政策。
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1、什么是逆向工程
逆向工程 (Reverse Engineering）以设计方法学为指 导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种 专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有 产品进行解剖、深化和再创造，这就是逆向工程的含 义。可以说，逆向设计是对已有设计的再设计，其中 再创造是逆向设计的灵魂。
网格光顺技术
缺点：邻域点权值均等，与实际不符。 导致过渡光顺，模型尖边特征也会 模糊……
网格光顺技术
改进：修改邻域权值 ，i 可有效光顺模型，同时保留特征。
然而，如何确定权值是难点，此外，噪声和小的尖特征也难 以区别……
i
从左至右精：选课原件始模型，噪声模型，光顺模型 21
数据拼合
受激光扫描仪的限制，很多零件是不能一次就采集 全所有数据的，多次扫描后每块点云的坐标都发生 了变化，数据拼合就是把它们统一在一个坐标系下。
概念设计
a)正向工程 详细设计 CAD数模
模具
成品
b)逆向工程
实物样件 数据获取 CAD数模 模具 成品
2、逆向工程流程
实物样 件
数字化测量 量
二维图样、 技术文档
仿制改制 产品
CAD 模 型 重构
快速成型 RP
产品样本 件
CAD/CAE 系统
CAM系统
模具
新产品
逆向工程流程
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P D M 系 统
• 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。
非接触式测量
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数据格式
模型重建方法：等值面抽取(MC)算 法、径向基函数(RBF)算法及德洛 内三角化(DT)等
… …
3D重建流程
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2.2 数据预处理
在数据采集阶段，几乎所有的测量方式、测量系统在 测量过程中都不可避免地存在误差。对于大型或复杂 的零件我们也不得不进行多次扫描。这样就需要对采 集后的数据进行拼合处理。由光学方法得到的极为密 集的测量数据称为“点云”，对于点云我们也要做必 要的精简处理。数据的预处理是十分必要的。对于点 云的预处理主要包括以下几个方面：
• 球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探 头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。
• 测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。
• 对三维曲面的测量，探头测量到的点是探头的球心位置，欲求得物体真 实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。
精选接课件触式测量
去除杂点
数据拼合
数据细分及精简
去除噪声
受扫描设备和环境因素的影响，扫描以后得到的点云 会存在大量的噪声点，这些噪声点会干扰我们后继工 作的展开，所以在进行曲面重构之前要把这些噪声点 去除。
噪声就是表面高频小凸起等 细小结构。
去除噪声也称为 网格光顺
网格光顺技术
新的网格点等于邻域点的平均坐标值，循环递归可以有效去 除噪声，改善网格三角片形状，且不会改变模型拓扑。
日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进 技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展 的一条捷径。观点很快被事实验证，由此引发了逆向 设计（Reverse Design）的概念。
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1、什么是逆向工程
明确提出逆向工程（Reverse Engineering）这 个术语并作为一门学问和实用技术进行系统研究则 是近30年的事情。
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2、逆向工程流程
实物样件
简单流程图
数据采集 数据预处理 曲面重构
2.1数据采集
数据采集是逆向工程建模的第一步，它是用一定的设 备对实物进行测量来获取实物的表面数据(有时也包括 内部数据)。测量的方法有很多，如图所示：
接触式
三坐标测量仪 三角几何测量法
测
机械手
干涉法
量
设
基于光学
光速测距法
备 非接触式
基于声学
结构化光照法
基于磁学
图像分析法
测量设备
接触式测量
非接触式测
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量
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数字获取方法
测量方法的比较
优点 • 接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有 较高的准确性和可靠性。
缺点
• 接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲 率关系不大。
• 为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不 同的夹具，因此导致测量费用较高。
20世纪80年代初分别由美国3M公司、日本名 古屋工业研究所以及美国UVP公司提出。
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1、什么是逆向工程
逆向工程发展至今，已经成为世界各国在发展经 济中不可缺少的手段和重要策略之一。
据统计，各国70%以上的技术源于国外，逆向工 程作为掌握、改进和发展技术的一种手段，可使产品 研制周期缩短40%以上，从而极大地提高了生产率。 逆向工程的实际应用为许多企业的发展带来了生机， 进而为创新设计和各种新产品开发奠定了良好基础。
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测量方法的比较
优点 • 不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。
• 测量数度非常快，不必像接触式探头那样逐点进出测量。
• 软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。 缺点 • 测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位
置，目前其精度仍不够。
• 因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件 表 面反射特性的影响，如颜色、曲率等。