第1章 逆向工程技术概述
逆向工程技术资料全
效的重构手段，实现从实际物体到几何模型的直接 转换。作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90 年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术 界的高度重视。
1.2 逆向工程的定义
逆向工程（Reverse engineering，简称RE）,也称反求工 程、反向工程等。逆向工程起源于精密测量和质量检测， 是80年代发展起来的反向的产品设计思想，是消化和吸收 先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，它以已有 的产品或技术为研究对象，将已存在的产品模型或实物模 型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已存在 的产品进行解剖、深化和再创造，是在已有设计基础上的 再设计。逆向工程是集测量技术、计算机软硬件技术、现 代产品设计与制造技术的综合应用技术[2] ，是设计下游 向设计上游反馈信息的回路 。
体素
三维测量
数据处理
实物样件Nຫໍສະໝຸດ 编程 CAN加工建构曲 线曲面
三维 重构
几何模型
STL 分层 RP 制造
图1.1 逆向工程体系结构图
1、点云数据预处理
非接触式测量方法测得的数据非常庞大，
并常常带有许多杂点、噪声点，影响后续 的曲面、曲线创建过程。因此，需在曲面 重构前，对点云进行一些必要的处理，以 获得满意的数据，为曲面重构过程做好准 备，即点云预处理。点云预处理主要包括 多视点云的对齐、点云过滤、数据精简和 点云分块。
3.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，在对零件模型进行测量的基础上，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 码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。
4.很多物品很难用基本几何来表现与定义，例如流线型产 品、艺术浮雕及不规则线条等。
软件逆向工程原理与实践第1章软件逆向工程概述
图1-4 Hello World程序的源代码
第1章 软件逆向工程概述 编译该程序时，选择Visual Studio的Release模式，这样
(1) 跳转到目标地址：光标移到目标地址(Ctrl+G)，然后 按F4键。
(2) 跳转到指定注释：在汇编代码窗口中点击右键，选 择Search for→User-defined comment，双击要跳转到的注释， 然后按F4键。
(3) 跳转到指定标签：在汇编代码窗口中点击右键，选 择Search for→User-defined label，双击要跳转到的标签，然 后按F4键。
第1章 软件逆向工程概述
1999年1月，SONY公司向美国加州法院提起诉讼，状 告Connectix公司侵犯其著作权。加州法院一审认为，尽管 VGS中没有包含PlayStation源程序，但VGS的使用妨害了 PlayStation系统的销售，因而该法院对Connectix公司发布了 发售禁令。而在Connectix的后续上诉过程中，美国联邦第 九巡回上诉法院则判定Connectix公司属于正当使用，解除 了加州法院的禁令。联邦第九巡回法院的判决思想认为：为 了解PlayStation的设计思想和功能概念这些不受版权保护的 程序侧面，对该程序的目标代码进行反汇编是必需而不可绕 过的，因而这种反汇编属于合理使用。
第1章 软件逆向工程概述
图1-2 编译和软件逆向工程的过程流
第1章 软件逆向工程概述
软件逆向工程的实现方法可以分为静态方法和动态方法 两类。所谓静态方法，是指分析但不运行代码的方法，相比 动态方法而言更为安全。常见的反汇编器IDA Pro、objdump 等都采用的是静态方法。而动态方法则是指通过在虚拟环境 或实际系统环境中运行和操作进程，检查进程执行过程中寄 存器和内存值的实时变化的方法，常见的调试器如WinDbg、 Immunity、OllyDbg、GDB等都采用的是动态方法。较为复 杂的动态方法可能会将程序的二进制代码置于可控的虚拟环 境中，通过虚拟环境中的CPU得到其执行轨迹，然后利用条 件跳转指令泄漏路径约束信息，使用符号执行技术从执行轨 迹中收集逻辑谓词，进而通过约束求解准确地推断出程序的 内部逻辑。
逆向设计与3D打印案例教程-第1章 逆向工程
一、逆向工程的定义
广义的逆向工程包括几何形状逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工程。 目前，大多数有关逆向工程技术的研究和应用都集中在“几何形状逆向”上，即重建产品实物 的CAD模型和最终产品的制造方面，又称为“实物逆向工程”。
目前，“实物逆向工程”已成为CAD/CAM领域的一个研究热点，并发展成为一个相对独立的 领域。在这一意义下，逆向工程可定义为：逆向工程是将实物转变为CAD模型的相关的数字 化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。
利用逆向工程技术对现有产品进行表面数据采集、数据处理从而获得与实物相符的CAD模 型，并在此基础上进行产品改型和设计、误差分析、生成加工程序等，这是常用的产品设计方 法。这种设计方法是在借鉴国内外先进设计理念和方法的基础上提高自身设计水平和理念的一 种手段，该方法被广泛应用于家用电器、玩具等产品外形的修复、改造和创新设计。
数据处理是关键，从测量设备所获取的点云数据，不可避免地会带入误差和噪声，而且数 据量庞大，只有通过数据处理才能提高精度和曲面重建的算法效率。
三、逆向工程的工作流程
3.模型重构
模型重构是在获取了处理好的测量数据后，根据数据各面片的特性分别进行曲面拟合，然 后在面片间求交、拼接和匹配，使之成为连续光顺的曲面，从而获得样件原型CAD模型的过 程。
三、逆向工程的工作流程
图1-1 逆向工程的工作流程
1.数据采集
逆向工程的第一步，也是后续工作的基础。数据 采集设备的方便、快捷、操作的简易程度、数据的准 确性、完整性是衡量测量设备的重要指标，也是保证 后续工作高质量完成的重要前提。
目前产品表面三维数据的获取主要通过三维测量 技术来实现，通常采用三坐标测量机（CMM）、激 光三维扫描、结构光测量等装置来获取产品的三维表 面坐标值。
第1章 逆向工程技术概述
多项扩散型：扩展功能法、系统搜索法、分解组
合法
集思广益型：畅谈集智法、默写集智法、函询集
智法
4、产品设计逆向工程的两种方式
一是由设计师、美工师事先设计好产品的油泥或木 制模型，由坐标测量机将模型的数据扫入，再建立 计算机模型。 二是针对已有产品的实物零件，通常是国内外一些 最新的设计产品，这种产品逆向设计方法也就是仿 制。
第1章 逆向工程技术概述
1.1 逆向工程的定义 1.2 逆向工程的工作流程 1.3 逆向工程系统的组成
1.4 逆向工程与产品创新
1.5 逆向工程常用软件介绍
1.1 逆向工程的定义 1、传统正向设计方法－过程
需求 分析 概念 设计 可行性 分析？ No 详细 设计 样机试制 工艺 规划 初步 设计
1.6 逆向工程常用软件介绍
2、Geomagic Studio软件：
• • • • • 主要功能有： 自动将点云数据转换为多边形（Polygons） 快速减少多边形数目（Decimate） 把多边形转换为NURBS曲面 曲面分析（公差分析等） 输出与CAD/CAM/CAE匹配的文件格式
1.6 逆向工程常用软件介绍
技术和产品制造技术的总称。
实物 模型
形状数字 化测量
CAD模型 重建
CAE分析 快速原型
工艺规划 制造
是从实物到数字模型，再到产品 （实物）的演化过程
1.2 逆向工程的应用
设计物理模型到数字模型的转换
引进技术的吸收消化和再创新
试验模型转换成数字模型
艺术品、文物复制
医学应用（骨头、关节、牙齿、假肢）
服装、鞋子、头盔、首饰的定制
复杂型面制造质量的检测
逆向工程与设计的应用案例
1 逆向工程技术概述3篇
1 逆向工程技术概述
逆向工程技术概述
随着科技的进步和信息时代的到来，逆向工程技术已经
成为一种十分重要的技术手段。
逆向工程技术指的是一种对制造出的产品或者其中的某个部件进行分析、研究和重构的过程，主要是从已有的物体中获得信息，使得这种物体能够被重复制造、升级维修、改进、以及相应的法律维权等。
逆向工程技术的应用领域非常广泛，包括汽车、机械、
航空、电子、医疗、军事等多个领域。
通过逆向工程技术的手段，可以迅速掌握已有产品结构、性能、制造工艺等信息，从而更便利地进行产品的创新设计、性能优化和工艺优化；同时，也可以对不同品牌之间的产品进行对比、评测、以及互相仿制，以此降低研发成本，增加市场竞争力。
逆向工程技术主要有以下几个步骤：收集源数据、分析
数据、建模、以及再设计和重构。
源数据一般包括可获得的立体模型、零部件、组成部分、详细技术资料和制造工艺等。
在获得源数据之后，需要进行数据的分析，找到该产品的设计构思以及实现方式。
分析数据是非常重要的一步，因为它将决定后续数据建模和再设计的成功与否。
数据建模是逆向工程的核心工作之一，通过建立立体模型，对该产品的设计、构造和性能等方面进行详细分析和模拟。
最后，再设计和重构将会根据数据建模的结果进行，实现逆向工程的目的。
总的来说，逆向工程技术是现代工程设计和技术创新的
重要手段之一，它已经在各种领域得到广泛应用。
虽然逆向工
程技术在某些情况下可能会侵犯商业秘密，但是如果在遵循相应法律法规和道德规范的情况下进行，就能够更好地促进技术的发展和交流。
第一章 概论逆向工程
§1-2 逆向工程的应用及发展趋势
一、逆向工程的应用 逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具及家具 等模具相关行业，近年来随着生物、材料技术的发展，逆 向工程技术也开始应用于人工生物骨骼等医学领域。 目前，逆向工程技术的应用主要方面有： 无设计图纸； 以实验模型作为设计零件及反求其模具的依据 美学设计领域 改型设计 大型重要设备的快速修复
RapidForm：韩国INUS公司开发的逆向工程软件，主要 用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于CT数据的 医疗图象建模，还可以完成艺术品的测量建模。
市场上所能见到的逆向工程软件都是 国外产的，国内的比较少见，即使有，也 不具备与国外软件竞争的条件。比如国产 的QuickForm是国内逆向工程软件中较好的 一款，但市场占有率很低，唯一有优势的 地方就是价格。
第一类逆向工程软件： 主要代表：ImageWare、ICEM Surf、 GeoMagic 第二类逆向工程软件： 主要代表：CopyCAD 第三类逆向工程软件： 主要代表：指主流的CAD/CAM软件，如 CATIA、Strim、Unigraphics、Pro/E等
几款常用的逆向工程软件： GeoMagic：美国RainDrop公司开发的，具有丰富的数据 处理手段，可快速的构造连续的曲面模型，应用领域从工 业设计到医疗仿真等诸多方面。 ImageWare：作为UG外挂的逆向工程软件包，具有强大 的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。 CopyCAD：英国DELCAM公司开发的系列CAD产品中的 集成模块，主要处理测量数据的曲面造型。
逆向工程
认识原型 再现原型 超越原型 快速产品开发的重要支撑技术。
第一章 概论
• §1-1 逆向工程的概念 • • • • §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 逆向工程的应用 逆向工程设计制造的工作流程 逆向工程的关键技术 逆向工程常用软件简介
逆向工程技术概念
逆向工程技术概念
逆向工程技术指的是通过对已有产品、设备或软件进行分析、拆解和研究，以获取其设计、功能、结构或工作原理等相关信息的一种技术手段。
逆向工程技术主要涉及以下几个方面：
1. 软件逆向工程：通过对已有软件的反汇编、逆向编译和调试等技术手段，以还原软件的源代码或者了解其工作原理、算法等。
2. 硬件逆向工程：通过对硬件设备的拆解、分析和测试等技术手段，了解其内部结构、电路设计、信号传输等原理。
3. 数据逆向工程：通过对已有数据的分析和处理，以还原数据的原始格式、解密加密数据等。
4. 逆向工程在法律和商业方面的应用：逆向工程技术在软件、产品等领域的应用必须遵守相关法律法规，如遵循软件许可协议、知识产权保护等。
商业上逆向工程技术也可以用于竞争情报收集、产品改进等方面。
逆向工程技术的应用领域很广泛，包括软件开发、产品设计、安全研究、竞争分析等。
然而，逆向工程技术在一些情况下也可能被用于非法活动，如破解软件、盗取商业机密等，因此在使用逆向工程技术时需遵守相关法律和道德规范。
简单阐述逆向工程技术及其流程
简单阐述逆向工程技术及其流程
标题：逆向工程技术概述及其流程
一、逆向工程技术概述
逆向工程技术，又称反求工程，是一种产品设计技术手段，其基本原理是从已存在的产品或部件出发，通过对实物的测量、分析和研究，获取产品的几何形状、材料特性、制造工艺等设计信息，进而重构出原始的设计模型或者创新设计新的产品。
逆向工程广泛应用于产品改型设计、技术创新、质量检测、侵权分析等领域，是现代工业设计与制造中不可或缺的重要技术手段。
二、逆向工程的主要流程
1. 数据采集阶段：
这是逆向工程的第一步，通常采用三维扫描仪、CMM（三坐标测量机）等精密测量设备对实物进行精确的数据采集，获取物体表面的点云数据或几何特征数据。
2. 数据处理阶段：
对采集到的大量离散数据进行预处理，包括噪声过滤、数据平滑、点云拼接等操作，将其转化为可供后续建模使用的高质量数据集。
3. 曲面重构阶段：
根据处理后的数据，利用逆向工程软件如Geomagic, Rapidform等构建曲面模型，通过拟合、插值、光顺等方法，生成能准确反映实物表面特性的三维曲面模型。
4. 设计优化阶段：
在得到初步的三维模型后，设计师会对模型进行进一步的修改和完善，包括结构优化、尺寸调整、细节补充等，以满足设计需求和加工要求。
5. 制造阶段：
逆向工程的最后阶段是将优化后的三维模型转换为适合加工的二维图纸或CAM代码，提供给数控机床、3D打印设备等进行生产制造。
总结，逆向工程技术不仅能够帮助我们理解并复制现有的复杂产品，更能在原有产品的基础上进行创新设计和改进，对于推动产品更新换代和技术进步具有重大意义。
逆向工程技术特点应用与分析课件
应用举例
1． 逆向工程技术的应用
(1)读入点云数据。 Surfacer 可以接收 几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以 接收其它格式，例如： STL 、VDA 等。 将点群资料计算成三角形网格，可判断点 群特征形状，利用网格的着色功能可观察 点群的外观。
(2)对点云数据进行判断，去除噪音点( 即测量误差点)。
标测量设备(非接触式)。体现了检测设备的高速化、廉价
化和功能复合化的特点。
l 在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使用接触式扫描仪。但在对橡胶、油泥、人体头像或超 薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，但 设备成本较高。
在进行曲面拟合之前，要对数据点云进行 判断并去除噪声点，以保证结果的准确性 和精确性。 Surfacer 有很多工具来对点 云进行判断并去掉噪音点，以保证结果的 准确性。通过可视化点云观察和判断，规 图1测量点云及其 划如何创建曲面。
22 定位
l ( 3 ) 定 位 ( registration)
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l 3.2 曲线创建过程 l 自由曲面点云数据经分段或切片之后，应根据
需要判断和决定生成哪种类型的曲线。在反求 工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光 顺性好的曲线、曲面， 而准确度和光顺性永远 是矛盾的。 l (1)判断和决定生成哪种类型的曲线。
l 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺
l 至此，定位的二个条件：一个底平面和一条直线已经生成，与点云 一起构成群组，如图2所示。
l (5)在构图坐标系中，生成一个平面和一条直线，对群组用 Stepwise Registration完成定位，如图2 (c)所示。
逆向工程概述 ppt课件
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
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四、应用实例
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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
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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
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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
韩国：SOLUTIONIX公司的REXCAN系列扫描仪
美国：Cyberware公司的人体三维彩色扫描仪，CGI公司的
层析断层测量机
国内测量设备的发展也十分迅速
10余家三坐标测量机厂家
非接触式：北京天远，深圳华朗，西安交通大学等
二、数据获取
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2. 测量设备
COMET 400 测量系统
G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。
G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。
G3连续：曲率的变化率连续 G4连续：曲率变化率的变化率连续
反光效果Байду номын сангаас美，通常用于汽车设计
数据光顺：对点云进行滤波。常用的滤波算法有高斯(Gaussian) 滤波、平均(Averaging)滤波和中值(Median)滤波，在Imageware软件 中即提供了这三种滤波方式
一、逆向工程技术概述
6
3. 技术流程
实物样品 数据获取
测量设备
数据处理
CAD模型重构
纸质技术文档 仿制改造产品
CAD/CAM系统 制造系统
快速成型 产品样件
模具 批量生产产品
二、数据获取
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1. 测量方法
数据测量方法
3D扫描仪
接触式
非接触式
触发式
连续式
光学式
非光学式
MRI CT
三坐标测量机 （CMM）
数据插补
数据精简
数据分割
三、数据处理
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1．噪点去除
噪点：测量误差点
直接识别：明显的异常点和散乱点 曲线检查法：用最小二乘法通过截面数据的首末点拟合曲线 角度判断法：检查点沿扫描线方向与前后两点形成的夹角是否小
逆向工程技术
被集成到逆向软件中
三、数据处理
2．多视对齐
Polyworks的IMAlign模块
三、数据处理
2．多视对齐
粘贴特征点
三、数据处理
3．数据光顺
在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往有很高的 要求，通常要求达到A级(Class A)曲面品质。
逆向工程技术
一、逆向工程技术概述
1. 概念
正向工程（或顺向工程） 逆向工程(Reverse Engineering)(也称反求工程、反向工程等)：将实物 转化为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术 的总称。
一、逆向工程技术概述
2. 应用领域
对产品外形有特殊美学要求的领域，为了方便产品的美学评价，需 要由造型设计师用油泥等材料制作真实尺寸模型.
G0连续：位置连续，即曲面间没有缝隙，但可能有锐利边缘，不常用。
G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。
G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。
G3连续：曲率的变化率连续 G4连续：曲率变化率的变化率连续
反光效果完美，通常用于汽车设计
数据光顺：对点云进行滤波。常用的滤波算法有高斯(Gaussian) 滤波、平均(Averaging)滤波和中值(Median)滤波，在Imageware软件 中即提供了这三种滤波方式
二、数据获取
2. 测量设备
三坐标测量机(CMM)
悬臂式
桥式
便携式
龙门式
二、数据获取
2. 测量设备
非接触式扫描仪 德国：GOM公司的ATOS，Steinbichler公司的COMET 瑞士：FARO公司的激光扫描仪 韩国：SOLUTIONIX公司的REXCAN系列扫描仪 美国：Cyberware公司的人体三维彩色扫描仪，CGI公司的
第1章逆向工程技术概述
1-4 逆向工程的工作流程
RE包括了测量数据扫描、数据处理、 CAD/CAM系统处理和融入产品数据管理系 统的过程，是从实物到数字模型，再到产品 （实物）的演化过程。
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下一节
1-5 逆向工程的系统组成 系统
几何外形数字化
• 产 品 制 造 设 备
CAD模型重构
CAD/CAE/CAM
PDM
•CNC
•CAE
数 据 处 理
测 量 机 与 测 量 探 头
涉及到的主要技术：数据采集技术、数据处理 技术、模型重构技术
正向设计
产品功能描述 产品概念设计 CAD模型
逆向设计
产品/实物/模型 数据采集 反求CAD建模
抽象→CAD (艰难)
实物→CAD (容易)
首 页 下一节
1-2 初识逆向工程技术
⑴ 手绘图
（2）效果图
（3）制作油泥模型
（4）设计师对模型修改
（5）采集点云数据
汽车点云数据
（6）曲面构建
汽车外形反求建模
( )
产 品 开 发 与 模 具 生 产 、 工 业 设 计
通 用 电 器 和 家 电 行 业
医 疗 器 材 、 工 艺 品 、 卡 通 动 画
考古物品复原
特 种 服 装 宇 航 服源自( )人 工 力 学 、 人 体 曲 线 产 品 设 计
应用意义——
逆向工程不是简单地将原有物体还原，它是 在还原的基础上进行二次创新，已广泛应用于 工业领域并取得了重大的经济和社会效益。 逆向工程技术为产品的改进设计提供了方便、 快捷的工具，缩短了产品开发周期，使企业适 应小批量、多品种的生产要求，从而在激烈的 市场竞争中处于有利的地位。 逆向工程技术的应用对我国企业缩短与发达 国家的差距具有特别重要的意义。
逆向工程技术简介
目前ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大多数的实物原型的逆向工程是通过上图所示的三种方式来达到反求目地的。
第一种实现方式是在得到零件的CAD数据后，将数据导入专业的CAD软件系统进行再设计。第二种方式是在得到零件的CAD数据后，自动生成零件的NC代码文件，然后将该文件输入数控加工机床加工出所需产品。第三种方式是在得到零件的CAD数据后，自动生成样品的STL文件，然后将该文件导入快速原型制造系统中制造出产品。
第三步: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。
第四步:重建CAD模型的检验与修正采用根据获得的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。
3、逆向工程实现的步骤
逆向工程一般可以分为4个步骤：
第一步: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。
第二步: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。
4.1数字化测量
数字化测量是逆向工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。
图3常用方法
三坐标测量机CMM(three coordinate measuring machine)是常用的接触式测量方法，但其适用范围较窄，仅适用那些结构简单，没有复杂内腔的零部件。
针对获得的点云数据，可以直接导入Imageware软件中进行一系列的处理，最终生成三维实体模型；针对获得CT切片图像，可以导入专业的矢量化软件等软件中经过一系列处理获得三维模型。
第1章逆向工程技术概述
整个过程经历5个阶段： 1、最初的概念产品； 2、油泥实物模型； 3、利用测量仪获得实 物数据； 4、根据数据进行模型 重构与结构设计； 5、最后制造出产品。
简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推 出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程.
随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量 技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工 程技术关注的主要对象。
通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获 取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才 能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制 造。
• 逆向工程定义：逆向工程是将实物转变为CAD模型的相关 数字化技术、几何模型重建技术、产品制造技术的总称。
• 在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计 到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、 性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数 据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整 个设计研发周期。这样的产品设计过程称为“正向设计”过 程。
◎译 ◎片 ◎年 ◎国 ◎类 ◎语
名 安德的游戏 名 Ender's Game 代 2013 家 美国 别 动作/科幻/冒险 言 英语
◎电影天堂
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➢ 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
逆向工程技术及应用实例
专业：机械设计制造及其自动化班级学号：***********姓名：**联系电话：158****0927第一章简述逆向工程技术现状逆向工程（Reverse Engineering,RE）是对产品设计过程的一种描述。
是相对于现在的正向工程而言，正向工程就是我们先设计有图纸，然后按图纸加工出产品实物，而逆向工程是以目前已有的实物通过三维激光超数及逆向软件处理，还原为电脑模型，并且可以修改和改进。
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。
这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。
逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。
简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。
从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。
早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。
随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。
通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。
因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。
第二章典型实例——水龙头的点云构造下面介绍一个比较简单的水龙头的制作过程，如图（1）是水龙头的原始的点云，在原始点云里面有一些基准线如图（2）图（1）原始点云图（2）基准线2.1观察图形特点，拟定制作方案观察这个水龙头的点云，它由一个类似与钟型的部分、弯管、水龙头口部三部分组成如图（1），其两两连接部分为曲面。
拟定方案如下：（1）钟性体钟形体可以由在点云上提取线，围绕图（2）中竖直基准线旋转得到。
1 逆向工程技术概述
1 逆向工程技术概述1逆向工程技术概述1逆向工程技术概述1逆向工程技术详述逆向工程也称反求工程，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，从而实现产品设计与制造的过程。
逆向工程技术普遍用于汽车工业，特别是汽车车身的设计与开发。
与传统的设计制造方法不同，其主要是在没有设计图纸或图纸不完整而有样品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速地测量样品或轮廓外形的表面数据，加以点数据处理、曲面创建、三维实体模型重构，再通过数控加工或快速成型来制造试制样品，然后通过cam数控系统编程加工产品。
通俗说道，从某种程度上说道，逆向工程就是仿制。
这里的前提就是预设我们传统的设计生产为“正向工程。
软件的逆向工程就是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上创建程序的则表示过程，逆向工程就是设计的恢复正常过程。
逆向工程工具可以从已存有的程序中提取数据结构、体系结构和程序设计信息。
imgaware由德国siemens集团旗下的ugs公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。
该软件拥有广大的用户群，国外有bmw、boeing、gm、chrysler、ford、raytheon、toyota等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海delphi、成都飞机制造公司等大企业。
以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。
常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。
如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件。
首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件(例如：imagewaresurfacer)进行处理即可获得class1曲面。
逆向工程技术及其应用
逆向工程技术及其应用一、逆向工程技术概述逆向工程技术是一种通过对已有产品进行分析，揭示其设计，制造和功能的工艺和过程的技术，逆向工程技术被广泛应用于航空，航天，汽车，机械，电子等领域。
逆向工程技术的发展和应用，可以加快产品的设计和研发，提高产品质量和性能，降低成本和提高效率。
二、逆向工程技术原理介绍逆向工程技术的原理是基于现有的产品或物件，通过逆向思考和技术手段来还原产品的设计和制造过程。
逆向工程技术的整个过程主要包括三个步骤：第一步是获取产品或者物件的基本信息，主要是包括产品的外形和内部结构的信息。
其中，获取产品外形信息的方法有多种，包括扫描仪，光学镜头，CMT等。
而获取产品内部结构信息则主要通过剖面分析获取。
第二步是对获取的产品信息进行建模和还原。
通过三维建模技术或多媒体技术，将产品的物理信息变成数字信息，进行建模和还原。
第三步是使用数字模型进行设计和生产，这一步主要是将数字模型进行优化和改进，用于设计/生产，这样可以加快产品的研发周期和降低研发成本。
三、逆向工程技术的应用领域逆向工程技术是一种广泛应用于制造业的技术，主要应用领域包括：航空，航天，汽车制造，机械制造，电子产品制造，家电等等。
1. 航空制造领域: 在航空制造领域，逆向工程技术可以用于航空部件的分析和设计。
逆向工程技术可以对飞机部件进行分析，了解机件的作用，性能和市场情况，从而对市场上的部件进行研究和研发。
2. 汽车制造领域: 逆向工程技术被广泛应用于汽车制造领域。
逆向工程技术可以帮助汽车制造商了解汽车的设计和生产过程，提高汽车的性能和质量。
逆向工程技术可以还原整个汽车系统的设计和制造过程。
3. 机械制造领域: 在机械制造领域，逆向工程技术可以用于设备的分析和设计。
逆向工程技术可以帮助机械制造商了解设备的设计和生产过程，提高设备的性能和质量。
逆向工程技术可以还原整个机械系统的设计和制造过程。
4. 电子产品制造领域: 在电子产品制造领域，逆向工程技术可以应用于电子产品的分析和设计。
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工程需求
设计
工业设计 实物批量
图档
试验
产品
呼唤产品快速制造技术
逆向工程、快速成形、快速 模具是产品快速开发技术！
逆向工程的定义
逆向工程（Reverse Engineering，RE） 是将实物模型转变为 CAD 模型的相关数字 化测量技术、几何模型重建技术和产品制造 技术的总称。简单地说，逆向工程就是根据 已经存在的产品模型，反向推出产品设计数 据（包括设计图纸或数字模型）的过程 ,是 一个“从有到无”的过程。
测量误差包括测量设备系统误差、测量人员视觉和操作误差、产品变 形误差和测头半径补偿误差等。测量误差和设备环境、测量人员的经验等。
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误差分析——曲面重构产生的误差
主要是在逆向工程软件中进行模型重构时，曲线、曲面的拟合 误差，目前的软件常采用最小二乘法 逼近来进行样条曲线、曲面拟 合，因此存在一个允差大小控制问题。
正向设计
产品功能描述 产品概念设计 CAD模型
逆向设计
产品/实物/模型 数据采集 反求CAD建模
抽象→CAD (艰难)
实物→CAD (容易)
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初识逆向工程技术
⑴ 手绘图
（2）效果图
（3）制作油泥模型
（4）设计师对模型修改
（5）采集点云数据
汽车点云数据
（6）曲面构建
汽车外形反求建模
（7）造型设计装配
（8）装配后的效果
（9）制作样车
（10）风洞实验
（11）碰撞实验
（12）路试
概念设计 模型重构
油泥模型 数据测量
实物数据 逆 向 工 程
结构设计
产品制造
逆向工程的系统组成 系统
几何外形数字化
• 产 品 制 造 设 备
CAD模型重构
CAD/CAE/CAM
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逆向工程应用实例——QQ汽车
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逆向工程应用实例——工艺品
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§3 逆向工程应用实例——工艺品
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§3 逆向工程应用实例——工艺品
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§3 逆向工程应用实例——工艺品
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配准前
配准后
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逆向工程所需软硬件
测量设备 逆向设计软件
逆向工程软件：Imageware、Raindrop、Geomagic Studio、Paraform、ICEM Surf、Copy CAD 等 CAD/CAM系统类似模块，UG—Unigrahics、 ProE— Pro/SCAM、 Cimatron90—PointCloud等
通 用 电 器 和 家 电 行 业
医 疗 器 材 、 工 艺 品 、 卡 通 动 画
考古物品复原
特 种 服 装 宇 航 服
( )
人 工 力 学 、 人 体 曲 线 产 品 设 计
应用意义——
逆向工程不是简单地将原有物体还原，它是 在还原的基础上进行二次创新，已广泛应用于 工业领域并取得了重大的经济和社会效益。 逆向工程技术为产品的改进设计提供了方便、 快捷的工具，缩短了产品开发周期，使企业适 应小批量、多品种的生产要求，从而在激烈的 市场竞争中处于有利的地位。 逆向工程技术的应用对我国企业缩短与发达 国家的差距具有特别重要的意义。
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测量数据预处理——数据平滑
由于在数据测量过程中受到各种人为和随机因素的影响，使得测 量结果包含噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，需 要对数据进行平滑滤波。数据平滑主要针对扫描线数据，如果数据 点是无序的，将影响平滑的效果。 通常采用的滤波算法： 1. 标准高斯(Gaussian)法 2. 平均(Averaging)法 3. 中值(Median) 法
接触式三坐标测量仪
非触式三坐标测量仪
工业CT测量机
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数字化测量——测量设备
接触式测量
非接触式测量
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1-4 逆向工程技术应用与意义
应 用 领汽 域车 、 摩 托 车 设 计
——
新 型 汽 车 设 计 概 念 型 产 品
( )
产 品 开 发 与 模 具 生 产 、 工 业 设 计
产品或模具制造
CAD/CAE/CAM • • •
•
工台件 外向件 向件 是 快 作有。 ，工； 功； 用模 速 站个支 还程三 能二 于型 成 加 软 。人撑 要软是 模是 正重 型 工 件 计的 件专 块集 向建 机 设 算硬 ，用 的成 设软 备 机件 等。的 正有 计件 和平 软此逆 软向逆 软的： 一 PDM
保留每个子立方体中距中心点 最近的点。
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测量数据预处理——数据精简实例
测量数据（24500个）
处理后的数据（ 4607个）
精简原则：精简距离为2mm，精简后的点云在空间分布均匀，适合 数据的后续处理。
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测量数据预处理——数据插补
由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会 存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表 面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据 空白现象，影响曲面的逆向建模。 目前应用于逆向工程的数据插补方法主要有 1. 实物填充法 2. 造型设计法 3. 曲线、曲面插值补充法
蒙皮面板测量
测量点云
点云处理
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误差分析——模型配准误差
在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合和共线，配合零件的测量边 界轮廓必须调整为一条配合线，这样对配合零件表面造型时会带来误差，为 减小误差，轮廓线测量和曲线拟合时要求精确
数据匹配就是实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，其匹配精度直 接影响后续整体误差结果的可靠性。
逆向工程
模具设计与制造专业
F-22猛禽
T-50战机
J-20战机
第1章
逆向工程技术简介
主要内容： 1-1 逆向工程概述 1-2 逆向工程主要技术
1-3 逆向工程技术实施条件
1-4 逆向工程应用与意义
1-1 逆向工程技术概述
更新速度 越来越快
专业分工 细化
产品市场 环境变化
全球合作
个性化 小批量
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测量数据预处理——数据分割
数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一子曲面类 型的数据成组，这样全部数据将划分成代表不同曲面类型的数据域，为后续 的曲面模型重建提供方便。 常用方法： 1. 基于测量的分割 2. 自动分割
测量数据点
数据点分割
拟合29个二次曲面
线框图
2、包含内容
坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据 分割
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测量数据预处理——坏点去除
坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量环 境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量数 据失真。 坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首先 就是要去除数据点集中的坏点。 常用方法如下： 1. 直观检查法 2. 曲线检查法 3. 弦高差法
•CNC
•CAE
数 据 处 理
测 量 机 与 测 量 探 头
涉及到的主要技术：数据采集技术、数据处理 技术、模型重构技术
数字化测量是逆向工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建模 、评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。
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测量数据预处理
1、原因
产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面， 无论是接触式的数控测量机还是非接触式的激光扫 描机，不可避免地会引入数据误差，尤其是尖锐边 和产品边界附近的测量数据，测量数据中的坏点， 可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面。另外， 由于激光扫描的应用，曲面测量会产生海量的数据 点，这样在造型之前应对数据进行精简。
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误差分析——产品原型误差
由于逆向工程是根据实物原型来重构模型的，但原产品在制造时会存在 制造误差，使实物几何尺寸和设计参数之间存在偏差，如果原型是使用过的 还存在磨损误差。
实际零件
测量点云
原型误差一般较小，其大小一般在原设计的尺寸公差范围内。
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误差分析——数据采集误差
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渲染图
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测量数据预处理——数据分割
仪表盘原始点云数据
分割后的点云
根据形状分析，将点云分割为三部分：左端面，中间面，右端面。 逆求软件提供多种分割点云的方法
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误差分析
影响误差的主要要素：
（1）产品原型误差
（2）数据采集误差 （3）曲面重构时产生的误差
（4）模型配准误差
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测量数据预处理——点云精简
当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，而且在重构曲面的曲率 较小处还会影响曲面的光顺性。因此，在进行曲面重构前，需要建立数据的 空间邻域关系和精简数据。 在均匀精简方法中，通过以某一点定义采样立方体，求立方体内其余点 到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保留点的百分比进行精简。