《机械大作业》PPT课件

反求工程更强调集百家之长，在原有技术基础上 进行创新和开拓延伸，形成更高层次的新技术 或新产品。
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反求工程要求对引进技术进行消化、吸收和创新的深化开发，做到既能有 效地使用它，还能逐步掌握和发展它，实现由生产使用为主，向吸收、 开发为主的转变，最终形成自主的技术开发体系。
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• 基于工业CT断层扫描图像逆向工程法 这种测量方法对被测物体进行断层截面扫描,以X 射线的衰减系数为依据，经处理重建断层截面图 像
• 根据不同位置的断层图像可建立物体的三维信息。 • 该方法可以对被测物体内部的结构和形状进行无
损测量。
• 该方法造价高，测量系统的空间分辨率低，获取 数据时间长，设备体积大。
根据透镜成像原理,以入射光与透镜光轴交点所在平面Ｍ为基准面,则光点Ａ 相对于基准面Ｍ的高度ｈ的计算公式为:
式中:ｕ、ｖ、α是系统参数,都是固定值,这样可以由ｈ’计算出ｈ的值。
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图标范例
• 点群资料igs file
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• 正面组装件(工模、RP-原型、母模)
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反求工程（逆向工程）四个阶段
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。
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反求工程是消化吸收先进技术的一系列分析方法 和应用技术的组合。
反求工程以先进产品或设备的实物、软件(图样、 程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作 为研究对象，应用现代科技方法和相关专业知 识对其进行系统的分析和研究，反求其设计理 念、设计原理、设计方法、技术诀窍和制造过 程等诸多关键技术，以迅速实现其国产化，进 而快速开发制造出同类高附加值、高技术水平 的新产品。
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某汽车模具厂现场扫描的实例
三维扫描仪对物体多方位多 角度进行拍摄
利用被测物体表面的特征 点或者标记点自动拼接后 获得的完整点云数据
经过对原始数据进行除 噪、取样后获得高质量 的点云数据
从点云数据中提取特征
线、边界线
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逆向软件中建成 模型
在逆向件中数模对比分析，
检验产品
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反求工程（逆向工程）的关键技术
• 反求工程（逆向工程）具有与传统设计制造过程截然不同的设计流程。 • 在反求工程中，按照现有的零件原形进行设计生产，零件所具有几何特征与
技术要求都包含在原形中； • 在传统的设计制造中，按照零件最终所要承担的功能以及各方面的影响因素，
进行从无到有的设计。
所谓“逆向”，是针对通常的先有设计意图再制 造出实物的设计制造流程而言的。
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在机械制造领域应用多年的仿制技术，是反求工 程的发展基础。
反求工程不是传统意义上的“仿制”，而是基于 原型的再设计。
从应用目标来看，实物仿制的着眼点在于制造出 与实物相同的产品；而反求工程的着眼点则在 于对原始设计的还原与再设计，而后制造出和 原有实物“形似”而且“神似”的产品；
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激光线扫描原理图
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图中,ｉ—入射光, Ｌ—透镜,Ｎ—成 像屏,ｕ—透镜Ｌ 的物距,ｖ—透镜 Ｌ的像距,Ｏ—Ｌ 光轴与入射光线ｉ 的交点,Ａ—物面 上的光点,Ａ’,Ｏ’ 分别是Ａ、Ｏ的像 点,ｈ—物面上光 点相对于基准面的 Ｍ高度,α—入射 光线与光轴的夹角, Ｍ’—目标平面, Ｍ—参考平面。 38
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实例
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人体数据扫描、三角面片处理、雕塑快速成型加工 制作的整套解决方案
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实例
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实例
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汽wenku.baidu.com工业
整车
保险杠
车门
引擎盖
汽车座椅
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3C产品
CPU风扇 手机 掌上电脑 键盘
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运动用品、鞋类
运动头盔 高尔夫球头 楦头
机械创新设计
姓名：魏 清 志 学号：B08020321
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第7章 反求工程与创新设计
• 反求工程
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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
一些流行的CAD/CAM集成系统中也开始集成了类
似模块，Cimatron90中的
Reverse Engineering功能模块等。在我国，
有关反求工程的研究与开发工作也在不少单位
内展开，如浙江大学、华中理工大学、西安交
通大学、西北工业大学等，并取得一定的成果，
如浙江大学推出了Re-Soft软件系统。
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。
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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。
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非接触式逆向工程测量方法
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• 背面组装件(工模、RP-原型、 母模)
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CNC工模加工件
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RP-原型加工
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CNC加工件
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感谢下 载
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鞋底
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医学
• Hand bone
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Hand-
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Head
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Teeth
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反求工程常用软件
美国Imageware 公司产品Surfacer7.1、英国
DelCAM公司产品 CopyCAD、英国MDTV公司的
STRIM and Surface
Reconstruction、在
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三角测量原理
• 三角测量法硬件由线激光发生器、ＣＣＤ摄像头、图像采集卡、相应的连接 线与电源以及微型计算机组成。如果采用两个参数完全相同的ＣＣＤ摄像头 对称放置,可以减少测量盲区,提高测量精度。三角测量法利用基准面、像点、 物距、像距等之间的关系计算物体的Ｚ坐标值(如图所示)。
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• 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
• 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
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• 据统计，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。
• 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。
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反求工程（逆向工程）的应用领域
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 形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速 成型技术复制出一个相同的零件原型。
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反求工程（逆向工程）的应用领域
• 在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计 广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计 的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例 的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计 方法。
• 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，而是借助反 求工程技术抽取零件原形的设计思想，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。
产的全过程。
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引进国外先进技术是世界各国加快技术发展的重要手段，是发展中国家追赶 发达国家的必然选择。
对国外先进技术的消化吸收与创新，在较短时间内使我国技术达到国际先进 水平，实现跨越式发展。
反求工程是消化吸收先进技术进行技术创新的高新技术，实施好反求工程是 实现跨越式发展的关键。
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反求工程（逆向工程）的应用领域
• 当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型 时，通常采用反求工程的方法。
• 如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等 要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各 种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产 品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型， 最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模 具的依据。
• 美国LLNL实验室研制的高分辨率ICT系统测量精度 为0.01mm。
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非接触式逆向工程测量方法
• 立体视觉测量方法 立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空 间位置的两个（多个）摄象机拍摄的图像中的视 差，以及摄象机之间位置的空间几何关系来获取 该点的三维坐标值。
• 立体视觉测量方法可以对处于两个（多个）摄象 机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺 服机构等扫描装置。
• 立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多 幅数字图象中提取与匹配的精度与准确性等问题。
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应用领域
(1) (2) (3) 损坏或磨损零件的还原。 (4) 数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行 模型的比较。
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应用领域
民用领域
三维彩色数字摄影、三维型面检测 人体数字化、服装CAD、人体建模、人体数字雕塑、 三维面容识别 医学仿生、医学测量与模拟、整形美容及正畸的 模拟与评价 三维彩色数字化、数字博物馆、有形文物及档案 的管理、鉴定与复制 三维动画影片的制作、3D游戏建模、三维游戏中 三维模型的输入与建立 公安刑侦、脚印、工具痕迹、弹痕采集及数字化
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反求工程（逆向工程）四个阶段
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。
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非接触式逆向工程测量方法
• 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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非接触式逆向工程测量方法
• 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。
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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
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应用领域
工业领域
工业产品的检测与测量、产品及模具的逆向工程(汽 车，航空，家电工业) 零部件形状变形检测、形状测量、研究测量、工 业在线检测 工业产品造型中的逆向三维重构 设计物理模型转换到数字模型 工业产品及零部件的质量检测 工业品的解析与仿制 工业研究实验的检测工具 模具设计与检测领域
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常用的测量方法
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。