逆向工程测量系统.pptx
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逆向工程教案PPT
光学扫描测头
模拟扫描测头
激光扫描测头
——机械接触式测头
三坐标测量机（CMM）－
接触测量 精度高，几个um
接触式特点
可直接测量特征尺寸
测量速度慢
硬质表面
内部尺寸受限制
光电式测头——结构形式
三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、 接触式光栅测头
三角法测头——基本原理
已有的相关科学技术成果进行创新构思， 设计出具有科学性、创造性、新颖性及实 用性的产品的一种实践活动，是创造具有 市场竞争优势商品的过程。 其基本特征是新颖性和先进性。
2、创新设计的分类
常规设计：一般只需对某些参数作些变动
原理开拓型：运用新技术原理解决新问题、应用新 技术原理解决老问题、对“旧”技术原理进行新的开 发应用 组合创新类：将已有的零部件，通过有机组合而成 为一种产品，这种产品又能达到一种新的整体功效
将被测物体置于 三坐标机的测量 空间，可获得被 测物体上各测量 点的坐标位置， 根据这些点的空 间坐标值，经计 算可求出被测得 几何尺寸、形状 和位置。
—— 组成：
三坐标测量机（CMM）
测头：按照结构原理，可分为机械式、光学式和电气式等
按测量方法，可分为接触式和非接触式 接触式触头可分为硬测头和软测头
电气式测头
类型：动态测头和静态测头 动态测头（触发式）的结构形式和特点
动态测头结构简单、成 本低，可用于高速测量， 但精度稍低，而且动态 测头不能以接触状态停 留在工件表面，因而只 能对工件表面作离散的 逐点测量，不能作连续 的扫描测量。
静态测头的结构形式和特点
静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外， 还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三 维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在 X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而 驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的 位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐 标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面 移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量， 因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可 以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢， 价格昂贵，适合于高精度测量机使用。
逆向工程测量系统
逆向工程分类
从广义讲，逆向工程可分以下三类。
(1)实物逆向：顾名思义，它是在已有实物条件下，通过试验、测绘和分 折。提出再创造的关键；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、 精度、使用规范等多方面的逆向。实物逆向对象可以是整机、部件、组件和 零件。 (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。软件逆向中有三 类情况：1)既有实物，又有全套技术软件；2)有实物而无技术软件；3)无实 物，仅有全套或部分技术软件。 (3)影像逆向：无实物，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，要从其中去构思、想象来逆向，称为影像逆向，这 是逆向对象中难度最大的。影像逆向本身就是创新过程。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。
正向工程:从高层抽象和独立于实现的逻辑设计到一个系统的物理实现的传 统开发过程。 逆向工程:分析目标系统，认定系统的构件及其交互关系，并且通过高层抽 象或其它形式来展现目标系统的过程。
c)再文档:主要是在同一抽象层次做语义等价描述，实际上是逆向工程的 一种简单形式; d)设计再现:利用领域知识和外部信息在较高抽象层次产生系统的等价描 述，这样要使用除了源代码外的很多信息; e)重构:在同一抽象层次把系统从一种表示方式转换到另一种表示方式， 一个重要方面是新系统和原始系统的语义行为应该一样，而且功能也不 能变; f)再工程:目的是研究系统，产生较高抽象层次描述，增加新功能到这个描 述，使用正向工程技术在原始系统的基础上开发一个新系统。
逆向工程，有的人也叫反求工程、反向工程(Reverse Engineering,RE)， 是20世纪80年代末期发展起来的一项先进制造技术，是以产品及设备的实 物、软件（图样、程序及技术文件等）或影像（图片、照片等）为研究对 象，反求出初始的设计意图。简单地说，就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。 在软件工程领域，迄今为止没有统一的逆向工程定义。较为通用的是Elliot Chikafsky和Cross在文献中定义的逆向工程的相关术语。
逆反工程PPT课件
三边域的重构曲面方法
三边域重构曲面的基本思路是将待处理的原始数据作为一 个整体对待。首先根据数据的局部微分几何特征提取它的 特征线(例如曲率极值、尖角等)，然后用这些特征线作为 基础来构成初始的三角网格，将测得的型值点按曲率的变 化插到前面的初始三角网格中，实现初始网格的细致划分， 在利用三角Bezier曲面在网格的基础上构造光滑曲面。
配备软件
软件组成：
（1）LKCEMS软件包：进行尺寸、形位公差测量。 （2）3D scanning：能实现高速度驱动、高精度 扫描，能 达到10点/秒的扫描速率。
按功能不同分：
(1)基本测量软件。(2)专用测量软件。(3)附加功能软件。
按软件的作用、性质不同分：(1)数据处理软件。
(2)控制软件。
国内外在该方向的研究现状及分析
国外：美国华盛顿大学、南澳大利亚大学、新加坡
国立大学和英国曼彻斯特大学。
国内：浙江大学、西北工业大学、南京航空航天大
学、西安交通大学、清华大学、上海交通大学、华中 科技大学和哈尔滨工业大学等先后开展了逆向工程 CAD问题的研究。
软件：美国DES公司的UG软件
；法国Matra公司的 Euclid和Strim软件 ；美国PTC公司的Pro/Engineer 软件 ；日本HZS公司的GRADE/CUBE-NC软件 。
四边域参数曲面重构方法
这种应用方法的对象是轮船、汽车等产品中的曲面零件，它 的特点是比二次曲面困难，但也比地貌模型有规律。我们采 用目前研究得最多的通用CAD软件的曲面表示方法，其中又 最多应用B样条和NURBS曲面。 在逆向工程中，型值点数据具有数量大、无规律的特点，而 B样条曲面的拟合又具有其自身的特点。因而，在B样条曲面 的拟合过程中，首要问题是单一矩形域内曲面的数据点散乱 导致的曲面拟合问题。 在真正的产品中，只由一张曲面构成的很少，产品型面多数 是由多个曲面组合(例如过渡、相交等)，因而，数学模型由 一张曲面重构成的很难保证它的精度。于是，人们又采用了 很多种方法处理数据的分块问题。
caxa逆向工程技术PPT课件
CAXA数控加工
山ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ建筑大学 机电学院
逆向工程与传统设计制造过程的关系： 逆向工程中．按照现有的零件原型进行设计生产，零件 具有的几何特征与技术要求都包含在原型中，而传统的 设计是根据零件最终所承担的功能以及各方面的影响因 素进行从无到有的设计。因此，从概念设计出发到最终 形成CAD模型的传统设计是一个确定的明晰过程，而通 过对现有零件原型数字化后再形成CAD模型的逆向工程 是一个推理、逼近的过程，具有功能导向描述模式 (descriptive mode)、系统仿造(system as--is)以及非所属权
CAXA数控加工
逆向工程流程图
山东建筑大学 机电学院
工件三坐标值
CAXA数控加工
模拟工件三坐标值 实验测得工件三坐标值
山东建筑大学 机电学院
逆向工程应用情况 ✓ 在缺少设计文档以及没有CAD模型的情况下，对零件原
型进行测量，形成零件的设计图纸或CAD模型．并以此 为依据生成数控加工的NC代码，加工复制零件。 ✓ 设计需要通过实验测试才能定型的零件模型，通常采 用逆向工程的方法。 ✓ 在美观设计特别重要的领域。 ✓ 各类模具加工企业皆积极引入逆向技术. ✓ 另一个重要的应用，如修复破损的艺术品或缺乏供应 的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制， 而是借助逆向工程技术抽取零件原型的设计思想，指 导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种 渐近过程。
重点
第八章 授课大纲
8.1 逆向工程 8.2 顺向工程 8.3 逆向工程系统组成及 工作原理
8.3.1逆向工程系统组成 8.3.2逆向工程系统的工作原理
8.4 快速原型与快速模具 8.5 几种先进制造技术
山东建筑大学 机电学院
山ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ建筑大学 机电学院
逆向工程与传统设计制造过程的关系： 逆向工程中．按照现有的零件原型进行设计生产，零件 具有的几何特征与技术要求都包含在原型中，而传统的 设计是根据零件最终所承担的功能以及各方面的影响因 素进行从无到有的设计。因此，从概念设计出发到最终 形成CAD模型的传统设计是一个确定的明晰过程，而通 过对现有零件原型数字化后再形成CAD模型的逆向工程 是一个推理、逼近的过程，具有功能导向描述模式 (descriptive mode)、系统仿造(system as--is)以及非所属权
CAXA数控加工
逆向工程流程图
山东建筑大学 机电学院
工件三坐标值
CAXA数控加工
模拟工件三坐标值 实验测得工件三坐标值
山东建筑大学 机电学院
逆向工程应用情况 ✓ 在缺少设计文档以及没有CAD模型的情况下，对零件原
型进行测量，形成零件的设计图纸或CAD模型．并以此 为依据生成数控加工的NC代码，加工复制零件。 ✓ 设计需要通过实验测试才能定型的零件模型，通常采 用逆向工程的方法。 ✓ 在美观设计特别重要的领域。 ✓ 各类模具加工企业皆积极引入逆向技术. ✓ 另一个重要的应用，如修复破损的艺术品或缺乏供应 的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制， 而是借助逆向工程技术抽取零件原型的设计思想，指 导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种 渐近过程。
重点
第八章 授课大纲
8.1 逆向工程 8.2 顺向工程 8.3 逆向工程系统组成及 工作原理
8.3.1逆向工程系统组成 8.3.2逆向工程系统的工作原理
8.4 快速原型与快速模具 8.5 几种先进制造技术
山东建筑大学 机电学院
逆向工程概述 ppt课件
考元素
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
16
四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 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，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
16
四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 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，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
逆向工程技术及其应用.pptx
逆向工程技术及其应用
姓名 专业：机械工程 课程：CAD/CAM
逆向工程技术
1.什么是逆向工程 2.逆向工程主要应用 3.逆向工程流程 4.逆向工程实例 5.软件介绍
1.逆向工程定义
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。正向工程与逆向工程 的本质区别在于设计是从哪里开始的。
主要用途
主要包括以下几个方面： ①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图；
②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改 型或仿型设计； ③在设备维修中对个别损坏或 磨损零件的复制； ④在美学设计特别重要的领 域，通常采用真实比例的木制或泥塑模型来评 估设计的美学效果，再通过逆向工程进行设计； ⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通 常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领 域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风 洞实验的产品模型； ⑥数字化模型的检测，如 检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物 与CAD模型的比较等
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
《非接触式》
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化为样 件表面的坐标点。例如：声纳测量仪利 用声音遇到被测物体产生回声的时间计 算点与声源间的距离。
去除杂点点
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无用点，这些无用点 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杂点去除。
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。
姓名 专业：机械工程 课程：CAD/CAM
逆向工程技术
1.什么是逆向工程 2.逆向工程主要应用 3.逆向工程流程 4.逆向工程实例 5.软件介绍
1.逆向工程定义
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。正向工程与逆向工程 的本质区别在于设计是从哪里开始的。
主要用途
主要包括以下几个方面： ①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图；
②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改 型或仿型设计； ③在设备维修中对个别损坏或 磨损零件的复制； ④在美学设计特别重要的领 域，通常采用真实比例的木制或泥塑模型来评 估设计的美学效果，再通过逆向工程进行设计； ⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通 常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领 域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风 洞实验的产品模型； ⑥数字化模型的检测，如 检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物 与CAD模型的比较等
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
《非接触式》
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化为样 件表面的坐标点。例如：声纳测量仪利 用声音遇到被测物体产生回声的时间计 算点与声源间的距离。
去除杂点点
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无用点，这些无用点 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杂点去除。
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。
三维扫描测量与逆向工程技术PPT课件(共5章)第三章面结构光三维测量原理
23.12.3 格雷编码与相移法结合
2.格雷码解码
图 3-6格雷码转换为二进制码的逻辑关系
23.12.3 格雷编码与相移法结合
2.格雷码解码
23.12.3 格雷编码与相移法结合
3．投射角的求取
3.2.1 相移法基本原理
23.12 格雷编码与相移法结合的三维测量原理
3.2.2 相位展开
23.12 格雷编码与相移法结合的三维测量原理
3.2.1 相移法基本原理
23.12 格雷编码与相移法结合的三维测量原理
3.2.3 格雷编码与相移法结合
图 3-5格雷编码与相移法结合的三维测量原理
23.12.3 格雷编码与相移法结合
23.1.1. 时间编码
4.混合编码
混合编码，就是将多种编码方法组合使用的方法。组合编码的方法能够集合 使用到的各种方法的优点，所以可以将测量精度和测量速度都做好。目前使 用最为广泛的组合编码方法有格雷编码与相移法结合的方法以及格雷编码和 线移法结合的方法。
23.1.2. 空间编码
1.基于De Bruijn序列编码
23.1.1. 时间编码
3. N 值编码
二值编码通常要投射许多幅编码条纹图案，要想提高测量速度，就需要减少 图案投射数量。而 值编码就是针对这种情况而出现的，它是以增多编码条纹 图像灰度级别为手段来合理减少投射图案数量。投射部分被划分成三种灰度 值，其中 0、1、2 分别代指黑色区域、灰色区域、白色区域，所以投射部分 就成了由码值 0～8 表示的9个编码部分。按照同样的原理可以使用更多的灰 度值，从而使用较少的投射图案实现更高的编码精度。
23.1.1. 时间编码
2.格雷编码
表 3-2格雷编码与二进制编码对照表
逆向工程与三坐检标测技术38页PPT
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
逆向工程技术概念
• 逆向工程技术概念:
逆向工程（RE，Reverse Engineering）：又 称逆向工程、反向工程，是一种产品快速数字化创
d wit新h 设As计p技o术se。.SElivdaelsuafotiro.nNEonTly3..5 Client Profile 5 已有C物o理p模y型right32D数0据04采-集2011 ACAsDp曲o面s构e建Pty L外t形d修. 改
d with As造过pose.Slid产e品s制fo样r .NET 3快.5速C原l形ient Profile 5
Cop程yright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.及Fra bibliotek传统加工
技
产品制造
CNC加工
术
应
传统检测
用
质量控制
先进检测
产品快速数字化逆向设计技术
Evaluation only. d with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5
发过程。
提高创新能力的有效途径：
获取优秀产品信息 → 观察、剖析 → 二次开发 → 原创设计
“为什么要这样做”
积累经验 “应该怎样做”
逆向工程技术的应用领域（实例）
▪ 汽车、摩托车
▪ ▪
动力零件 模具产品开发
Evaluation only.
d w▪ i家th电A制s品pose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5
逆向工程及 三坐Eva标lua测tion量on技ly. 术
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逆向工程技术概念
• 逆向工程技术概念:
逆向工程（RE，Reverse Engineering）：又 称逆向工程、反向工程，是一种产品快速数字化创
d wit新h 设As计p技o术se。.SElivdaelsuafotiro.nNEonTly3..5 Client Profile 5 已有C物o理p模y型right32D数0据04采-集2011 ACAsDp曲o面s构e建Pty L外t形d修. 改
d with As造过pose.Slid产e品s制fo样r .NET 3快.5速C原l形ient Profile 5
Cop程yright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.及Fra bibliotek传统加工
技
产品制造
CNC加工
术
应
传统检测
用
质量控制
先进检测
产品快速数字化逆向设计技术
Evaluation only. d with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5
发过程。
提高创新能力的有效途径：
获取优秀产品信息 → 观察、剖析 → 二次开发 → 原创设计
“为什么要这样做”
积累经验 “应该怎样做”
逆向工程技术的应用领域（实例）
▪ 汽车、摩托车
▪ ▪
动力零件 模具产品开发
Evaluation only.
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逆向工程及 三坐Eva标lua测tion量on技ly. 术
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