反求工程

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反求工程的理解及应用

反求工程的理解及应用
针对一现有的样品,利用3D数字化测量仪器准确、快速 地将其轮廓坐标量得,并加以构建曲面,编辑修改后,传至 一般的CAD/CAM系统,再由CAM产生刀具的NC加工路径送 至CNC加工机械制作所需的模具,或者送到快速成型机(RP) 将样品制作出来。这一过程称为反求工程。
其流程图如下:
样品
3D 扫描
资料 处理
实物原型的数字化技术
七、超声波断层法测量技术 对超声波而言,不同的介质有它特定 的声阻抗和衰减特性,当超声波脉冲 到达被测物体时,其在两种介质边界 表面会发生回波反射,通过测量回波 与零点脉冲的时间间隔,即可计算出 各面到零点回波的距离,利用这些特 征便可对物体进行断层数字化测量。
实物原型的数字化技术
3。点云处理软件:滤杂讯、曲线曲面重构、曲面修改、插补 4。CAD/CAM软件:PC级CAD/CAM系统 5。CNC机械:进行模具加工制造 6。快速成型机:SLS、LOM、SLA等
1.3反求工程的关键技术



反求工程包括实物表面三维坐标数据的测量技术(即实物原 型的数字化技术)和CAD模型重建两个关键的技术。 原型数字化技术是指通过坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,简称CMM)或激光扫描器等测量装置 获取零件原型表面点三维坐标值的过程。通过测量实物表 面特征点,记录下反映实物外形的特征数据,实现实物模 型的数字化离散。一般测量装置仅能获取原型表面点的坐 标值(x,y,z)经过特殊设计的测量装置和测头系统还可以获 取表面点处原型表面的法矢方向。 CAD模型重建是指在原型数字化所获得的测量坐标点的基 础上,应用计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design,简称CAGD)的有关技术,构造原型CAD 模型的过程。一般包括数据点的预处理、特征线的提取、 曲面生成、曲面光顺、CAD模型生成等过程。

反求工程

反求工程

确定产品的造型
对产品的外形构型,色彩设计等进行分析,从美学 原则,顾客需求心里,商品价值等角度进行构型设计和色 彩设计.
பைடு நூலகம்
三.应用领域
反求工程(逆向工程)是近年来发展起来的消化,吸收 和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合, 其主要目的是为了改善技术水平,提高生产率,增强经 济竞争力。世界各国在经济技术发展中,应用反求工程 消化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。据统计, 各国百分之七十以上的技术源于国外,反求工程作为掌 握技术的一种手段,可使产品研制周期缩短百分之四十 以上,极大提高了生产率。因此研究反求工程技术,对 我国国民经济的发展和科学技术水平的提高,具有重大 的意义。
①实物类:主要是指先进产品设备的实物本身; ②软件类:包括先进产品设备的图样,程序,技术文件等; ③影像类;包括先进产品设备的图片,照片或以影像形式出 现的资料.
反求工程包含对产品的研究与发展,生产制造过程,管理
和市场组成的完整系统的分析和研究.主要包括以下几个方面:
探索原产品设计的指导思想 掌握原产品设计的指导思想是分析了解整个产品设计的前提.如 微型汽车的消费群体是普通百姓,其设计的指导思想是在满足一般功 能的前提下,尽可能降低成本,所以结构上通常是较简化的. 探索 原产品原理方案的设计各种产品都是按定的使用要求设计的,而满足 同样要求的产品,可能有多种不同的形式,所以产品的功能目标是产 品设计的核心问题.产品的功能概括而论是能量, 物料信号的转换.例 如,一般动力机构的功能通常是能量转换,工作机通常是物料转换,仪 器仪表通常是信号转换.不同的功能目标,可引出不同的原理方案.设 计一个夹紧装置时,把功能目标定在机械手段上,则可能设计出斜楔 夹紧,螺旋夹紧,偏心夹紧,定心夹紧,联动夹紧等原理方案;如把功能目 标确定扩大,则可设计出液动,气动,电磁夹紧等原理方案.探索原产品 原理方案的设计,可以了解功能目标的确定原则,这对产品的改进设 计有极大帮助.

反求工程的原理以及应用

反求工程的原理以及应用

反求工程的原理以及应用概述反求工程(Reverse Engineering)是一种通过对已有产品、系统或软件进行分析和逆向工程,来获取其设计和功能实现方式的过程。

它主要通过观察、测试和分析目标产品的结构、行为和性能来推断其工作原理和设计思路,从而帮助开发人员理解和改进现有产品,或者开发出相似的产品。

原理反求工程的主要原理是将已有的产品或软件分解成其组成部分,并对这些组成部分进行逆向分析。

具体来说,反求工程通常包括以下步骤:1.逆向分析:通过分析目标产品的功能、结构和性能来理解其工作原理。

这一步骤包括动态分析和静态分析两种方法。

–动态分析:在运行时观察和分析目标产品的行为。

这可以包括调试程序、监视网络通信、记录系统调用等。

–静态分析:对目标产品的代码和二进制文件进行分析,包括反汇编、反编译、静态分析工具等。

2.重构设计:根据对目标产品的分析,重新设计产品的结构和功能。

这可以包括改进现有产品的性能、优化代码、修复漏洞等。

3.定位差异:将已有产品与目标产品进行对比,找出它们之间的差异,从而更好地理解目标产品的设计思路和实现方式。

这可以包括比较代码、分析算法等。

应用反求工程有着广泛的应用领域,下面列举了几个常见的应用场景:1. 逆向工程逆向工程是反求工程的一种具体应用,主要用于对已有的硬件设备、软件程序或网络协议进行分析。

逆向工程可以帮助开发者理解已有的产品或系统,并推断其工作原理和设计思路,从而根据需求进行修改、优化或开发类似的产品。

2. 恶意代码分析恶意代码分析是反求工程在安全领域的应用之一,它通过对恶意软件进行逆向工程,分析其行为和功能,以发现并抵御潜在的威胁。

恶意代码分析可以帮助安全专家了解恶意软件的特征、传播途径和攻击方式,从而提供有效的保护措施。

3. 数据恢复当一个软件产品或文件损坏或者无法访问时,反求工程可以帮助恢复被损坏的数据。

通过对损坏文件进行逆向分析,可以尝试修复文件或从损坏文件中提取出有用的数据。

现代设计理论与方法第7章反求工程设计

现代设计理论与方法第7章反求工程设计
利用快速原型制造技术,将设 计模型转化为实物模型,进行
验证和评估。
反求工程设计的流程
1 2
数据采集
利用测量、扫描等技术手段获取产品实物数据。
数据处理
对采集的数据进行预处理、降噪、拼接等操作, 得到完整、准确的数据。
3
逆向建模
利用反求工程软件进行逆向建模,生成三维模型。
反求工程设计的流程
创新设计
在逆向建模的基础上,结合设计需求和创意, 进行产品的创新设计。
03 反求工程设计的方法与流 程
反求工程设计的方法
逆向建模
通过测量和扫描等手段获取产品实 物数据,然后利用反求工程软件进
行逆向建模,生成三维模型。
创新设计
在逆向建模的基础上,结合设 计需求和创意,进行产品的创 新设计。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优 化等方面的设计,提高产品的 性能和品质。
快速原型制造
现代设计理论与方法第7章反求工 程设计
目录
• 反求工程设计概述 • 反求工程设计的基本原理 • 反求工程设计的方法与流程 • 反求工程设计案例分析 • 反求工程设计的挑战与展望
01 反求工程设计概述
反求工程设计的定义与特点
反求工程设计的定义
反求工程设计是指通过分析、研究已有的产品或模型,获 取其设计参数、设计思想和制造技术,进而开发出相似或 新的产品的一种设计方法。
快速原型制造
利用快速原型制造技术,将设计模型转化为 实物模型,进行验证和评估。
优化设计
对产品进行结构优化、性能优化等方面的设 计,提高产品的性能和品质。
设计评估与改进
对实物模型进行测试和评估,根据评估结果 进行设计改进和优化。
反求工程设计的软件工具

反求工程

反求工程

二、点云数据的预处理 取样及点云的修整, 取样及点云的修整,是反求工程重要步骤
1、点云数据中噪音点的剔除 、 噪音点的剔除指令: 噪音点的剔除指令:Poind Extranct Point Circle-Select Poind。或见图 所示方式操作。 。或见图3-14所示方式操作。 所示方式操作
上述扫描机的测量精度为± 上述扫描机的测量精度为±0.05mm,各直线运动坐标轴的分辨率为 , 0.005mm,旋转测量台的分辨率为 ,旋转测量台的分辨率为0.004°,被扫描物体的最大尺寸为: ° 被扫描物体的最大尺寸为: Φ457m m×457mm ×
所示为英国3D Scanners 图2.5所示为英国 所示为英国 公司生产的Reversa扫描头的原理 图, 公司生产的 扫描头的原理 这种扫描头可安装在CNC加工机或 加工机或CMM 这种扫描头可安装在 加工机或 测量机上,构成激光扫描机。 测量机上,构成激光扫描机。
常用的扫描机有传统有: 常用的扫描机有传统有:
ห้องสมุดไป่ตู้
坐标测量机(Coordinate Measurement Machine, 坐标测量机 , 简称(MM) 简称 激光扫描机(Iaser Scanner) 激光扫描机 零件断层扫描机(Croos Section Scanner) 零件断层扫描机 CT(Computer Tomography,计算机 线断层照相术 线断层照相术) ,计算机X线断层照相术 MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像 ,磁共振成像)
二、结构光法 结构光法: 结构光法:是基于相位偏移测 量原理的莫尔条纹法。 量原理的莫尔条纹法。 该种方法将光栅条纹投射到 被测物体表面,光栅条纹受被 被测物体表面, 测物体表面形状的调制, 测物体表面形状的调制,其条 纹间的相位关系会发生变化, 纹间的相位关系会发生变化, 用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。 获取被测物体表面的三维信息。

反求工程 案例分享

反求工程 案例分享

反求工程案例分享反求工程是指根据已知结果或现象推导出相关的工程设计、参数或方法。

下面将列举10个反求工程的案例分享:1. 案例一:根据已知建筑物的设计需求,通过逆向计算得出所需的基础承载力。

根据建筑物的重量、地基土壤的承载能力等因素,通过反求工程得出合适的基础设计参数。

2. 案例二:根据已知的流量和管道长度,反求出管道的直径。

通过流体力学的计算方法,根据所需的流速和管道材料的摩擦阻力等因素,反向计算出合适的管道直径。

3. 案例三:根据已知的电路参数,反求出电路中的未知元件值。

通过电路分析和计算,根据已知的电压、电流和电阻等参数,反向推导出电路中的未知元件值。

4. 案例四:根据已知的机械系统的运动学参数,反求出系统的动力学参数。

通过动力学分析和运动学方程,根据已知的速度、加速度和质量等参数,反向计算出系统的力和力矩。

5. 案例五:根据已知的声音信号和传感器的响应特性,反求出信号源的特性。

通过声学信号处理和传感器的响应模型,根据已知的接收信号和传感器响应,反向计算出信号源的频率、幅度和相位等特性。

6. 案例六:根据已知的地震波形和结构的响应,反求出结构的刚度和阻尼参数。

通过地震工程分析和振动响应计算,根据已知的地震波形和结构的响应,反向计算出结构的刚度和阻尼参数。

7. 案例七:根据已知的气象数据和建筑物的能耗,反求出建筑物的能源利用效率。

通过能源分析和气象数据统计,根据已知的气温、湿度和建筑物的能耗数据,反向计算出建筑物的能源利用效率。

8. 案例八:根据已知的水质和污染源的位置,反求出污染源的排放浓度。

通过水质模型和污染扩散方程,根据已知的水质监测数据和污染源的位置,反向计算出污染源的排放浓度。

9. 案例九:根据已知的交通流量和道路参数,反求出道路的通行能力。

通过交通流模型和道路设计参数,根据已知的交通流量和车速,反向计算出道路的通行能力。

10. 案例十:根据已知的物料流量和工艺要求,反求出生产线的生产能力。

反求工程

反求工程

关键技术
• • • 1 实物原型的数字化技术 实物样件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法,获取零件表面离散点的几 何坐标数据的过程。随着传感技术、控制技术、制造技术等相关技术的发展,出现了 各种各样的数字化技术,如图所示。 2数据点云的预处理技术 以上获得的数据一般不能直接用于曲面重构,因为:1)对于接 数据点云的预处理技术 触式测量,由于测头半径的影响,必须对数据点云进行半径补偿;2)在测量过程中,不 可避免会带进噪声、误差等,必须去除这些点;3)对于海量点云数据,对其进行精简也 是必要的。包括:半径补偿 、数据插补、数据平滑、点云数据精简、不同坐标点云的 数据插补、 半径补偿 数据插补 数据平滑、点云数据精简、 归一化 3 三维重构基本方法 复杂曲面的CAD重构是逆向丁程研究的重点。而对于复杂曲面产品来说,其实体 模型可由曲面模型经过一定的计算演变而来,因此曲面重构是复杂产品逆向工程的关 键。包括:多项式插值法、双三次 多项式插值法、 多项式插值法 双三次Bspline法 法 法、Coons法、三边Bezier曲面法、BP神经网络法、 法 三边 曲面法、 神经网络法、 曲面法 神经网络法 4 曲线曲面光顺技术 在基于实物数字化的逆向工程中,由于缺乏必要的特征信息,以及存在数字化误 差,光顺操作在产品外形设计中尤为重要。根据每次调整的型值点的数值不同,曲线/ 曲面的光顺方法和手段主要分为整体修改和局部修改。光顺效果取决于所使用方法的 原理准则。方法有:最小二乘法、 能量法回弹法、 基于小波的光顺技术 最小二乘法、 最小二乘法 能量法回弹法、 5 逆向工程的误差分析与品质分析
研究内容
• 反求工程技术的研究对象多种多样 所包含 反求工程技术的研究对象多种多样,所包含 的内容也比较多,主要可以分为以下三大类 主要可以分为以下三大类: 的内容也比较多 主要可以分为以下三大类 • ①实物类:主要是指先进产品设备的实 物本身; • ②软件类:包括先进产品设备的图样,程 序,技术文件等; • ③影像类;包括先进产品设备的图片,照 片或以影像形式出现的资料

第十章 反求工程技术

第十章 反求工程技术

第10章 反求工程技术10.1反求工程的基本概念反求工程(Reverse Engineering )也称为逆向工程,它以先进产品或设备的实物、软件(图纸、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作为研究对象,应用现代设计理论与方法、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,进而开发出同类的先进产品,是针对消化吸收先进技术的一系列方法和应用技术的组合。

反求工程含义广泛,包括设计反求、工艺反求和管理反求等方面。

(1)反求工程的一般步骤反求工程一般按以下步骤进行:1)引进技术的应用过程 学会引进产品或生产设备的技术操作和维修,使其在生产中发挥作用并创造经济效益。

在生产实践中,了解其结构、生产工艺、技术性能、特点以及不足之处,做到“知其然”;2)引进技术的消化过程 对引进产品或生产设备的设计原理、结构、材料、制造工艺、管理方法等项内容进行深入的分析研究,用现代的设计理论、设计方法及测试手段对其性能进行测定和计算,了解其材料配方、工艺流程、技术标准、质量控制、安全保护等技术条件,特别要找出它的关键技术,做到“知其所以然”;3)引进技术的创新过程 在上述基础上,消化综合引进的技术,取众家之长,进行创新设计,开发出适合我国国情的新产品。

最后完成从技术引进到技术输出的过程,创造出更大的经济效益。

这一过程是利用反求工程进行创新设计的最后阶段,也是反求工程中最重要的环节。

(2)传统设计与反求设计如图10-1(a )所示,传统设计是通过工程师的创造性劳动,将一个事先并不知道的事物变为人类需求的产品。

为此,工程师首先要根据市场需求,提出目标和技术要求,再进行功能设计,创造新方案,在经过一系列的设计活动之后,得到预期的新产品。

概括地说,传统设计是由未知到已知、由想象到现实的过程,回答的是“怎么做?”的问题。

反求设计则是从已知事物的有关信息(包括实物、技术资料文件、照片、广告、情报等)出发,去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性等,并充分消化和吸收,在此基础上进行改进和再创造。

第六讲反求工程设计

第六讲反求工程设计

数据预处理内容
❖ 数据拼合 ❖ 数据光滑 ❖ 数据简化 ❖ 数据修复 ❖ 数据分块
数据拼合
也叫多视拼合,因为一次测量完成对全体件的 数字化是很困难的
❖ CMM中多次装夹 ❖ 光学测量仪中,多视角测量 可以在测量过程中由软件自动拼合,也可以在
测量结束后输入到反求工程软件中拼合
拼合方法
点位法:测量点中确定三个非共线点,作为分视图 的局部坐标系标准
❖ 测量点没有明显的几何分布特征,呈散乱无 序状态
❖ 随机扫描下的CMM,光学测量系统多张数据 拼合后
散乱点云数据
扫描线点云
❖ 点云由一组扫描线组成,扫描线上的所有点 位于扫描平面内
❖ CMM、激光三角形测量系统沿直线扫描、线 结构光扫描测量
扫描线点云数据
扫描线点云数据
网格化点云
❖ 点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的 顶点对应
CyberWare测量机
构成: •平台 •传感器(光学系统) •计算机 •处理软件
Cyberware
激光测距法
❖ 激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面 间的距离
投影光栅法
❖ 采用普通白光将矩形光栅投影于物体表面, 摄取变形光栅图像,根据灰度值变化,算出 空间坐标
ATOS流动光学三坐标测量系统
6.1 反求工程的概念
在机械领域中,反求工程(Reverse Engineering)是在没有设计图 纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件 的模型(称为零件原形),利用各种数字化技术及CAD技术重新构 造原形CAD模型的过程。
据统计,各国百分之七十以上的技术源于国外,应用反求工程消 化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。其主要目的是为了改善 技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。

第21讲 反求工程设计

第21讲 反求工程设计

4. 反求工程设计的基本原理



反求工程可以看成是一个系统,因此具 有输入-处理-输出三要素。 反馈是输入经过处理后将其结果再送回 到输入,并对再输入产生影响的过程。 反馈的处理方法是反求。
1)数据采样


从已有的实物获取产品数据,通常采用 三维激光扫描仪等数字化方法来快速, 准确地获取数据。 将较完整的采样数据,通过三维图形处 理技术以三维图形的方式显示出来,以 得到直观简略的产品结构外形。
实物反求的分类



整机反求:反求对象是整台机器或设备。 如一架飞机,一部汽车等。 部件反求:反求对象是组成机器的部件。 如机器上的阀泵,机床的尾架等。 零件反求:反求对象是组成机器的基本 单元。如减速箱的齿轮,传动轴等。
实物反求的一般进程




工作准备:对产品的性能参数等作广泛了解; 对反求工程设计的项目进行分析研究;写出可 行性分析报告。 功能分析:找出相应的功能载体和工作原理。 反求实物性能测试:对整机性能,运转性能, 可靠性等进行性能测试,测试时应把实际测试 和理论计算结合起来。 反求实物分解:分解工作必须保障能恢复原机。 测绘零件:完成零件工作图,部件装配图和机 器总装图。
零件模型
CAD模型
数字化技术 CAD技术等
3. 反求工程研究内容及对象
设计反求 原型 研究对象 实物 软件
研究内容
工艺反求 材料反求
管理反求
影像
4. 研究方法
实物 实测 参数,性能 材料,尺寸 尺寸,结构等 性能,工艺
图样
直接分析 试制试验
影像 材料 工艺
透视法 解析法
尺寸间的大 小相对关系
试制 试验

第07章 反求工程设计

第07章 反求工程设计
(3)反求结构方案。分析资料,探求其结构要素的新颖性,新材 料、新工艺的特点,先进技术的应用,创造性地满足其结构设计原理 。
3. 影像反求
既无实物,又无技术软件、仅有产品相片、图片、广告介绍、参 观印象和影视画面等,要从中去构思、想象来反求,称影像反求。这

是反求对象中难度最大的反求工作。
影像反求本身就是创新过程。 目前还未形成成熟的技术,一般要利用透视变换和透视投影,形 成不同透视图,从外形、尺寸、比例和专业知识,去琢磨其功能和性 能,进而分析其内部可能的结构。
(4)在生物医学工程领域,采用反求工程技术,摆脱原来的以手 工或者按标准制定为主的落后制造方法。通过定制人工关节和人工 骨骼,保证重构的人工骨骼在植入• 人体后无不良影响。
如在牙齿矫正中,根据个人制作牙模,然后转化为CAD模型, 经过有限元计算矫正方案,大大提高矫正成功率和效率。
通过建立数字化人体几何模型,可以根据个人定制特种服装, 如宇Байду номын сангаас服、头盔等。
软件反求工程设计的一般进程是: (1)工作准备。与实物反求设计相似。 (2) 反求原理方案。分析引进的• 软件资料,探求其成品的工作可 靠性和能否达到技术要求。其原理方案的科学性。技术、经济方面的 可行性、生产率的合理性与先进性、使用维护的宜人性、零部件的加 工与装配的工艺性、外观造型的艺术性等。
第07章 反求工程设计
第7章 反求工程设计
内容简• 介
反求工程设计是一种十分有用的现代设计方法。它是针对消化 吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的综合的一项新技术。
本章主要介绍了如下方面内容: ■ 反求工程与反求设计的概念及特点 ■ 反求工程设计的基本内容及原理 ■ 相似理论及相似设计方法简介 ■ 反求工程的原理与方法

反求工程

反求工程
2.3反求工程
反求工程出现



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60年代初出现的 日本在60年代初提出科技立国方针:一 代引进、二代国产化、三代改进出口、 四代占领国际市场 Reverse Engineering
反求工程定义


广义定义:针对消化吸收先进技术的一系列分 析方法和应用技术的组合。它是以先进产品设 备的实物、软件(图纸、程序、技术文件等) 或影像(图片、照片等)作为研究对象,应用 现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有 关专业知识进行系统深入的分析和研究,探索 其关键技术,进而开发出同类的先进产品。 包括:设计反求(几何、材料)、工艺反求等
*.ibl檔
Pro/ENGINEER曲线建构 (Ⅰ)
利用From File功能读取*.IBL檔
Pro/ENGINEER曲线建构 (Ⅱ)
Pro/ENGINEER曲线建构 (Ⅲ)
明显的破 碎曲线。
Pro/ENGINEER曲面建构 (Ⅰ)
利用Blended Surf 指令建构曲面
Pro/ENGINEER曲面建构 (Ⅱ)
得到固定 坐标系矩阵
转换坐标系矩阵 乘齐次转换矩阵
MATLAB执行坐标转换 (Ⅰ)
z
z
y
x
y
中心偏移(x0, y0, z0) 角度位移(α , β )
x
转换坐标系
固定坐标系
MATLAB执行坐标转换 (Ⅱ)
转换坐标系矩阵 齐次转换矩阵
固定坐标系矩阵
MATLAB执行坐标转换 (Ⅲ)
齐次转换矩阵 [T]
反求工程定义


狭义定义:根据实物模型的坐标测量数 据,构造实物的数字化模型(CAD模 型),使得能利用CAD/CAM、RPM、 PDM及CIMS等先进技术对其进行处理 或管理。 包括:几何形状的反求

反求工程技术介绍

反求工程技术介绍
(熟练人员3-5天,非熟练人员15-20天)
●核心技术和功能有待进一步开发和完善。主要包括:
■有效去除噪声 ■数据补全及可控制压缩 ■点云快速三角化 ■内外边界特征提取 ■关键工艺特征提取和描述 ■特征尖锐边提取 ■二次曲面约束提取 ■旋转曲面特征提取 ■拉伸曲面特征提取 ■曲线约束逼近 ■曲面小波光顺 ■复杂多边域混合约束逼近 ■任意局部曲面再设计 ■曲面交互裁剪算法 ■曲面光顺性分析 ■曲面重构误差分析 ■最佳曲面匹配分析 ■基于点云的细分曲面造型
数据补全过程和实例
■数据压缩:随着激光测量技术的广泛应用,测量结果往往是 大规模的,因此可能存在大量的冗余数据,在曲面造型前需要 按一定要求减少测量点的数量,即进行数据压缩。不同类型的 数据其压缩方法也不同。
扫描点(68531个点)
均匀压缩(8298个点)
均匀压缩处理(0.31mm压缩至1.13mm)
4.曲面重构技术
■曲面重构是反求工程的最重要的一步,也是反求工程CAD建 模的主要目的之一。重构曲面的品质和精度直接影响最终产品 的CAD模型的优劣。 ■反求工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型,它有着 自身的特点:数据海量、不规则散乱分布、大量噪声和冗余数 据、多次测量结果的拼合、特征提取、数据分块等。 ■按曲面模型的表达形式分类,反求工程中的曲面重构方法大 致分为以三角Bezier曲面为基础的非拓扑矩形曲面构造方案, 以四边域B样条曲面、NURBS曲面为基础的曲面造型方案,以及 直接函数逼近和神经网络理论等综合方法。 ●三角曲面造型:(1)Bernstein-Bezier插值和全局G1协调; (2)Hope分片细分;(3)其他局域插值
裁剪曲面与一组平面求交
曲面/曲面求交
曲面/平面求交、裁剪

名词解释反求工程

名词解释反求工程

名词解释反求工程名词解释反求工程,又称为反向工程,是指通过对已经存在的产品、软件、系统等进行逆向研究和分析,来破解它的设计原理、技术细节和实现过程的一种技术手段。

由于反求工程是一种非常有效的技术手段,在很多场合都可以得到广泛的应用。

比如在产品设计领域上,有时候为了提高产品的质量、降低成本和缩短开发时间,可以通过对竞争对手的产品进行逆向研究来了解它的设计思路、材料选型、工艺流程等,并进而优化自己的产品。

在软件研发方面,反求工程也可以帮助开发人员理解软件的编程逻辑、交互方式、数据结构等重要细节,这样可以更好地维护软件、优化算法,甚至实现部分功能的再开发。

那么,反求工程具体的操作流程是怎样的呢?1. 收集目标信息做任何事情首先需要明确目标,反求工程也是一样。

在进行反向工程之前,需要先收集目标对象的样本、数据、图片、文档等信息。

比如,如果是要研究一个机械零部件,那么就必须要收集它的三维模型图、加工工艺文件、零部件标准等。

如果是一个软件系统,就可以收集它的二进制程序、源代码、API文档、用户手册等。

2. 分析目标信息一旦收集到了足够的信息,就需要对这些信息进行分析,找出其中的规律、特点和突破口。

这一步需要对目标信息进行分类、比较、过滤、归纳等操作,并对其进行模拟、演示、试验和验证等。

3. 构建模型在分析目标信息的基础上,需要根据发现的规律和特点来构建目标对象的模型。

这一步可以使用一些模型构建的工具,比如SketchUp、Blender、SolidWorks等,也可以自己编写一些程序来实现模型构建。

4. 模型验证和优化在构建出模型之后,需要对模型进行验证和优化。

这一步可以使用一些CAD软件、集成开发环境(IDE)或者其他专门的工具来进行,主要是为了确保模型的精度和可靠性,达到真正的反向工程效果。

总之,反求工程是一项技术非常复杂而且需要极高技术素质的技术工作,需要结合多种科学技术来实现。

它对于产品设计、软件研发、电子元器件维护和复制、防伪和反盗版等领域都具有重要的应用价值。

反求工程及反求设计讲稿

反求工程及反求设计讲稿

反求工程及反求设计讲稿引言在工程设计过程中,我们通常是根据已知条件和要求来进行设计和计算。

然而,在某些情况下,我们可能需要反过来推导出设计者所做的决策,这就是反求工程。

反求工程是一种逆向工程的方法,通过分析已有的产品或结构,尝试恢复出设计者的意图和设计过程,并进行优化或改进。

在本次讲稿中,我们将介绍反求工程及反求设计的概念、方法和应用领域,并讨论其在工程设计中的重要性和潜在价值。

反求工程与反求设计的定义反求工程反求工程,又称为逆向工程,是指通过对已有产品或结构的分析和测试,以获取其设计原理、制造工艺或其他相关信息的过程。

它的目的是理解和复制已有产品,并可以应用于产品的改进、优化或修复。

反求工程通常包括以下步骤:1.收集已有产品的相关信息,包括结构、功能、性能等;2.进行材料分析、成分测试、力学性能测试等;3.利用逆向工程软件或测量仪器,获取产品的三维模型或图纸;4.对已有产品进行分析和测试,以了解其设计原理和制造方法。

反求工程在许多领域得到了广泛应用,例如复制古建筑、逆向设计产品、破解软件等。

反求设计反求设计是指根据已知的需求和条件,推导出满足这些需求和条件的设计方案。

与传统的设计过程相反,反求设计是从结果出发,逆向推导设计过程。

反求设计主要有以下特点:1.以结果为导向:反求设计是从已知的目标或需求出发,通过逆向推导得到满足这些目标或需求的设计方案。

2.迭代优化:反求设计一般需要进行多次迭代和优化,以找到最优的设计方案。

3.综合考虑:反求设计需要综合考虑多种因素,包括技术要求、经济成本、制造工艺等。

反求设计在许多工程领域得到了广泛应用,如机械设计、电路设计、系统设计等。

反求工程与反求设计的应用领域工程结构分析反求工程和反求设计在工程结构分析中具有广泛的应用。

通过对已有的结构进行力学分析和测试,可以推导出结构的设计原理和决策依据,进而进行优化和改进。

例如,在航空航天领域,对飞机结构进行反求工程可以了解到飞机的载荷分布、材料特性等,从而优化设计、减轻结构重量、提高强度和耐久性。

第三章 反求工程技术

第三章 反求工程技术

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3-3 点数据处理
3-3-1 多视数据拼合(1) 多视数据拼合(1)
可以定义为:在不同的坐标系中测量得到同一目标的多视角数据, 可以定义为:在不同的坐标系中测量得到同一目标的多视角数据,而坐 标系之间的相对关系未知,以某个评判指标为准则, 标系之间的相对关系未知,以某个评判指标为准则,寻求坐标系之间的 相对形位参数, 相对形位参数,以达到将多视数据拼合在同一坐标系中的目的 过去, 过去,人们在处理这类问题时多借助于对应牲的帮助来确定两个坐标 系之间的关系.对应特征既可以是实在的几何元素,如对应点,直线, 系之间的关系.对应特征既可以是实在的几何元素,如对应点,直线, 平面,也可以是对称中心,球心等隐含的几何元素, 平面,也可以是对称中心,球心等隐含的几何元素,如图3.3 我们知道要确定刚体的位置,需要6个独立的参数,为了得到6 我们知道要确定刚体的位置,需要6个独立的参数,为了得到6个独立参 在选择对应特征考虑提供至少6 数,在选择对应特征考虑提供至少6个不相关的约束方程
对于空间曲线,则可考虑以下光顺准则: 对于空间曲线,则可考虑以下光顺准则:
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Hale Waihona Puke 反求工程应用领域汽车设计,复杂艺术品造型等领域 汽车设计, 重新建立零件的CAD模型 重新建立零件的CAD模型 不断对修改后的样品进行测量和模型重建 提供对机械产品零件的修复能力 借助CT技术 产生物体的外部形状,快速发现,度量, 借助CT技术,产生物体的外部形状,快速发现,度量,定位物体的 技术, 内部缺陷 方便地产生基于模型的计算机视觉 使产品设计充分利用CAD技术的优势 使产品设计充分利用CAD技术的优势,适应信息交换 技术的优势, 特殊领域的应用
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3-4 曲线曲面的构造
3-4-4 曲线与曲面的编辑与光顺
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反求工程摘要:本文详细介绍了反求工程的含义、方法、发展等情况,对于反求工程的应用以及涉及到知识产权的问题也一并作了概述。

从一个较高的层面全面的介绍反求工程,注重对概念及思想、理论的探索,而不是直接的方法论。

从某种意义上讲,这应该是一篇介绍反求工程的文章,不论是对其意义还是对其方法都作了概述,指引读者向着更深的层次前进。

关键词:反求工程技术创新Abstract: This paper introduces the meaning of reverse engineering, the method, the development and so on, for reverse engineering application and related to intellectual property is also a and summarized. From a higher level comprehensive introduction reverse engineering, pays great attention to the concept and idea, theoretical exploration, not directly methodology. In a sense, this should be an introduction reverse engineering of the article, whether for its meaning or the methods were reviewed, directs readers to deeper levels of forward.Keywords: Reverse Engineering Technology Innovation1.序言反求工程(Reverse Engineering,RE),也称逆向工程、反向工程,是指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。

2基本介绍反求工程(Reverse Engineering)这一术语起源于20世纪60年代,但对它从工程的广泛性去研究,从反求的科学性进行深化还是从20世纪90年代初刚刚开始。

反求工程类似于反向推理,属于逆向思维体系。

它以社会方法学为指导,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,对已有的产品进行解剖,分析,重构和再创造,在工程设计领域,它具有独特的内涵,可以说它是对设计的设计。

反求工程技术是测量技术,数据处理技术,图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。

随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟,近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用,因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术,所以在汽车,摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计,家电产品外形设计,艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。

3含义反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。

反求工程是综合性很强的术语,它是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,对已有新产品进行解剖、深化和再创造,是已有设计的设计,这就是反求工程的含义,特别强调再创造是反求的灵魂。

4研究内容反求工程技术的研究对象多种多样,所包含的内容也比较多,主要可以分为以下三大类:实物类:主要是指先进产品设备的实物本身;软件类:包括先进产品设备的图样,程序,技术文件等;影像类:包括先进产品设备的图片,照片或以影像形式出现的资料。

反求工程包含对产品的研究与发展,生产制造过程,管理和市场组成的完整系统的分析和研究。

主要包括以下几个方面:探索原产品设计的指导思想,掌握原产品设计的指导思想是分析了解整个产品设计的前提。

如微型汽车的消费群体是普通百姓,其设计的指导思想是在满足一般功能的前提下,尽可能降低成本,所以结构上通常是较简化的。

探索原产品原理方案的设计各种产品都是按定的使用要求设计的,而满足同样要求的产品,可能有多种不同的形式,所以产品的功能目标是产品设计的核心问题。

产品的功能概括而论是能量,物料信号的转换。

例如,一般动力机构的功能通常是能量转换,工作机通常是物料转换,仪器仪表通常是信号转换。

不同的功能目标,可引出不同的原理方案。

设计一个夹紧装置时,把功能目标定在机械手段上,则可能设计出斜楔夹紧,螺旋夹紧,偏心夹紧,定心夹紧,联动夹紧等原理方案;如把功能目标确定扩大,则可设计出液动,气动,电磁夹紧等原理方案。

探索原产品原理方案的设计,可以了解功能目标的确定原则,这对产品的改进设计有极大帮助。

研究产品的结构设计产品中零部件的具体结构是实现产品功能目标是保证,对产品的性能,工作能力,经济性,寿命和可靠性有着密切关系。

确定产品的零部件形体尺寸分解产品实物,由外至内,由部件至零件,通过测绘与计算确定零部件形体尺寸,并用图样及技术文件方式表达出来。

它是反求设计中工作量很大的一部分工作。

为更好地进行形体尺寸的分析与测绘,应总结箱体类,轴类,盘套类,齿轮,弹簧,曲线曲面及其它特殊形体的测量方法,并合理标注尺寸。

确定产品中零件的精度确定零件的精度(即公差设计),是反求设计中的难点之一。

通过测量,只能得到零件的加工尺寸,而不能获得几何精度的分配。

精度是衡量反求对象性能的重要指标,是评价反求设计产品质量的主要技术参数之一。

科学合理地进行精度分配,对提高产品的装配精度和力学性能至关重要。

确定产品中零件的材料通过零件的外观比较,重量测量,力学性能测定,化学分析,光谱分析,金相分析等试验方法,对材料的物理性能,化学成分,热处理等情况进行全面鉴定,在此基础上,遵循立足国内的方针,考虑资源及成本,选择合用的国产材料,或参照同类产品的材料牌号,选择满足力学性能及化学性能的国有材料代用。

确定产品的工作性能针对产品的工作特点机器主要性能进行试验测定,反计算和深入地分析,了解产品的设计准则和设计规范,并提出改进措施确定产品的造型对产品的外形构型,色彩设计等进行分析,从美学原则,顾客需求心里,商品价值等角度进行构型设计和色彩设计。

确定产品的维护与管理分析产品的维护和管理方式,了解重要零部件及易损零部件,有助于维修及设计的改进和创新。

5关键技术5.1实物原型的数字化技术实物样件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法,获取零件表面离散点的几何坐标数据的过程。

随着传感技术、控制技术、制造技术等相关技术的发展,出现了各种各样的数字化技术,如图所示。

5.2数据点云的预处理技术获得的数据一般不能直接用于曲面重构,因为对于接触式测量,由于测头半径的影响,必须对数据点云进行半径补偿;在测量过程中,不可避免会带进噪声、误差等,必须去除这些点;对于海量点云数据,对其进行精简也是必要的。

包括:半径补偿、数据插补、数据平滑、点云数据精简、不同坐标点云的归一化等。

5.3三维重构基本方法复杂曲面的CAD重构是逆向丁程研究的重点。

而对于复杂曲面产品来说,其实体模型可由曲面模型经过一定的计算演变而来,因此曲面重构是复杂产品逆向工程的关键。

包括:多项式插值法、双三次Bspline法Coons 法、三边Bezier曲面法、BP神经网络法等。

5.4曲线曲面光顺技术在基于实物数字化的逆向工程中,由于缺乏必要的特征信息,以及存在数字化误差,光顺操作在产品外形设计中尤为重要。

根据每次调整的型值点的数值不同,曲线/曲面的光顺方法和手段主要分为整体修改和局部修改。

光顺效果取决于所使用方法的原理准则。

方法有:最小二乘法、能量法回弹法、基于小波的光顺技术等。

5.5逆向工程的误差分析与品质分析6反求工程的四个阶段反求工程一般可分为四个阶段:6.1零件原形的数字化通常采用三坐标测量机(CMM)或激光扫描仪等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。

6.2从测量数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割,采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。

6.3零件原形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,并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。

6.4重建CAD模型的检验与修采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要,对不满足要求者重复以上过程,直至达到零件的逆向工程设计要求。

7反求工程中常用的测量方法7.1接触式测量方法7.1.1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。

7.1.2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。

7.2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。

7.2.1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。

7.2.2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。

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