第一章 逆向建模概论
逆向建模及ANSYS分析
逆向建模及ANSYS分析逆向建模是指通过从已有的物体中获取其几何形状和特征来创建一个数字模型的过程。
在实际应用中，逆向建模通常用于以下几个方面：产品设计，质量控制和逆向工程。
逆向建模的第一步是使用3D扫描设备获取物体的几何形状信息。
常用的3D扫描设备有激光扫描仪和结构光扫描仪。
这些设备能够快速而准确地测量物体的几何形状，并生成一个点云数据集。
接下来，使用逆向建模软件来对点云数据进行处理和重建。
逆向建模软件可以将点云数据转换为三角网格，从而创建一个数字模型。
这个数字模型可以进一步进行编辑和优化，以便满足具体的要求。
逆向建模的优点之一是可以快速创建一个数字模型。
传统的建模方法需要花费大量的时间和精力来进行手工建模，而逆向建模可以在短时间内自动生成一个较为准确的模型。
逆向建模的另一个优点是可以精确地重建一个物体的几何形状。
通过使用高精度的3D 扫描设备，可以获取到一个物体的详细几何信息，并且逆向建模软件能够准确地重建出这个物体的数字模型。
除了逆向建模，ANSYS分析也是一个非常重要的工具。
ANSYS是一种用于工程仿真的软件平台，它可以对各种工程问题进行仿真分析，如结构强度、热力学、流体力学等。
ANSYS分析可以帮助工程师们更好地理解和解决各种工程问题。
通过建立一个合适的模型，并应用适当的边界条件和负载，可以使用ANSYS分析来预测产品的性能和行为。
这样可以帮助工程师们在产品设计的早期阶段发现并解决潜在的问题，从而节省时间和成本。
ANSYS分析还可以帮助优化设计。
通过对不同设计方案进行分析和比较，可以找到最优的设计方案，从而提高产品的性能和可靠性。
逆向工程UG逆向建模基础80页PPT
逆向工程UG逆向建模基础
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Hale Waihona Puke 谢谢！51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
第一章逆向建模概论
需求 分析
概念 设计
可行性 Yes 分析？
No
初步 设计
详细
是从构思到数字模型，
设计
再到产品（实物）的演化过
程
强调怎么做？
样机试制
设计与制造 信息描述 制造
工艺 规划
正向工程开发流程
1）产品规划
——在对产品进行充分调 查研究和分析的前提下，进一步 确定产品所应具有的功能和各方 面的约束条件。形成设计任务书。
产品 实物
数字 测量
数据 处理
设计 数据
三维 重构
坐标 配准
CAD 模型
误差 分析
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 。
数字化测量— 测量设备
接触式测量 非接触式测量
数字化测量— 测量设备
基于平板探测器X射线成像系统
数字化测量—测量方法比较
逆向技术
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
汽车数字化造型
基于车身结构设 计、制造工艺性、 空气动力学、人 际工程特性、材 料特性、光学特 性等
汽车工程设计
正向设计表达 设计信息可用参数精确描述
1.2、逆向工程概述
1、产品市场环境的变化
➢ 更新速度越来越快 ➢ 个性化，小批量 ➢ 专业分工细化 ➢ 全球合作
呼唤产品快速开发技术！
2、工程需求
• 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。
逆向建模的基本流程以及模块概念
逆向建模的基本流程以及模块概念下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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CATIA-逆向详解
目录第一章逆向工程系统1.1 逆向工程定义1.2 逆向工程应用1.3 逆向工程系统1.3.1 逆向工程系统框架组成1.3.2 产品实物集合外形的数字化子系统1.3.3 三维CAD模型的重建子系统1.3.4 产品或模具的制造1.4 本书结构安排第二章CATIA逆向工程建模基础2.1 概述2.2 CATIA曲线曲面基础2.2.1 曲线2.2.2 曲面2.3 CATIA曲面的逆向重构2.3.1 由曲线构造曲面的方法2.3.2 由曲面派生曲面的方法2.4 CATIA曲线，曲面的光顺评价和处理2.4.1 参数曲线的几何连续性定义2.4.2 参数曲面的几何连续性定义2.4.3 工程实际中曲线，曲面光顺性评价和分析2.5 CATIA逆向工程建模基本流程2.5.1 CATIA逆向工程流程－几何形状造型点云2.5.2 CATIA逆向工程流程－自由曲面造型点云2.5.3 CATIA逆向工程的特点2.6 CATIA用于逆向工程的主要模块功能简介2.6.1 DSE数字编辑器模块2.6.2 QSR快速曲面重构模块2.6.3 GSD通用曲面造型模块第三章数字曲面编辑器3.1 进入数字曲面编辑器3.2 数字曲面编辑器功能简介3.3 点云数据的导入导出3.3.1 点云数据的导入3.3.2 点云数据的导出3.4 编辑点云3.4.1 激活点云3.4.2 移除点云3.4.3 过滤点云3.4.4 特征线保护3.5 点云的合并3.5.1 点云的合并3.5.2 网格面合并3.5.3 点云与网格面的分割3.5.4 网格面的分割与修剪3.6 点云的对其与定位3.6.1 使用罗盘对齐3.6.2 使用约束对齐3.6.3 使用对准球对齐3.6.4 使用点云对齐3.6.5 平移校正3.7 铺面，补洞3.7.1 铺面3.7.2 偏移3.7.3 重组边线3.7.4 平滑网格3.7.5 清理网格3.7.6 补洞3.7.7 删减网格3.8 创建交线3.8.1 曲线投影3.8.2 截面线3.8.3 点云交线3.8.4 创建自由边线3.9 创建曲线3.9.1 3D曲线3.9.2 交线曲线3.10 点云分析3.10.1 点云信息3.10.2 距离分析第四章快速曲面重构模块4.1 进入快速曲面重构模块4.2 快速曲面模块功能简介4.3 点云编辑4.4 创建交线4.5 创建曲线4.6 创建轮廓4.6.1 创建规则轮廓4.6.2 网格曲线4.7 点云与曲线操作4.7.1 曲线曲面的拼合4.7.2 曲面的延伸。
逆向建模及ANSYS分析
逆向建模及ANSYS分析
逆向建模是指通过对已有物体进行扫描和测量，然后利用相应的计算机软件将其转化为三维模型的过程。
这种方法常用于制造业中的产品设计和改进中，可以帮助工程师更好地理解和分析现有产品的结构和功能，并进行相关的设计和优化。
逆向建模的过程通常包括以下几个步骤：首先是进行物体的扫描和测量，可以使用光学测量仪器、三维扫描仪或X射线扫描仪等设备进行测量和采集物体的形状和尺寸数据；然后是进行数据处理和转换，将采集到的点云或图像数据转化为三维模型，可以使用CAD 软件或逆向工程软件来进行处理；最后是对模型进行分析和评估，可以使用ANSYS等有限元分析软件来对模型进行应力、振动、热传导等方面的分析，以评估其结构的强度和稳定性。
逆向建模和分析在工程领域有着广泛的应用。
在汽车工业中，可以利用逆向建模对现有车辆进行扫描和测量，然后进行优化设计，改进车体结构和降低重量，提高燃油经济性和安全性；在航空航天工业中，可以对现有飞机进行扫描和测量，然后进行结构分析和优化设计，提升飞机的性能和安全性等。
在逆向建模和分析中，ANSYS是一个非常常用的有限元分析软件。
有限元分析是一种通过将连续的物理系统分成有限个简单元素，并对每个元素进行力学和物理特性的数值计算方法，可以模拟和分析复杂结构在不同载荷条件下的应力、变形和热传导等特性。
ANSYS提供了一系列的分析工具和功能，包括结构力学分析、流体力学分析、热传导分析等，可以帮助工程师更好地分析和评估逆向建模得到的三维模型的结构和性能。
《逆向建模与产品创新设计》课程标准
《逆向建模与产品创新设计》课程标准课程名称：《逆向建模与产品创新设计》适用专业：模具设计与制造一、课程定位在国家“大众创业、万众创新”的新时代背景下，创新已成为时代鲜明的特征和大学生们自我实现价值的首要选择。
而产品的创新离不开技术积累，利用逆向工程技术消化、吸收国外先进技术已成为新产品开发的有效途径。
本课程以逆向工程技术为主线，在产品逆向建模的基础上引入产品创新概念、创新思维和创新方法，并结合模具设计与制造专业的特点，拓展学生的创新能力。
二、课程目标通过《逆向建模与产品创新设计》课程教学，应该在教授学生逆向建模知识、培育创新意识、培养专业知识的拓展应用等方面达到以下目标：1、知识目标通过本课程的学习，学生能掌握关于《逆向建模与产品创新设计》的基本知识，并能进行实际应用，获得逆向建模产品创新设计理念、方法。
2、能力目标能通过学习《逆向建模与产品创新设计》能设计基本简单的产品结构。
3、素质目标通过逆向建模与产品创新设计课程的教学,应注重培养学生以下素质：（1）求实精神——通过逆向建模与产品创新设计课程的教学，培养学生踏实工作、实事求是的科学态度和刻苦钻研的工作作风。
（2）创新意识——通过学习，激发学生的求知热情、探索精神，以及敢于创新的精神。
（3）工程素质——通过学习培养学生的工程意识，使学生学会用逆向建模的理论知识逐步形成综合分析问题、解决问题的科学素养。
（4）价值效益意识——通过逆向建模与产品创新设计课程的教学，逐步增强学生的价值效益意识。
（5）质量意识——通过学习，使学生牢固树立产品制造的质量意识。
三、课程设计1、设计思想本课程以逆向工程技术为主线，运用实物样件表面数字化技术、点云数据的预处理技术、特征曲线的重构与编辑技术、特征曲面的重构与编辑技术等对已有产品零件或原型进行CAD模型重建，但这不是仅仅对已有产品进行简单“复制”，而是为了改造，为了创新。
创新思维及创新技法为产品的创新提供方法指导，将逆向工程与创新性思维融合在一起，使学生的工程素养得以很大提升。
逆向建模期末总结
逆向建模期末总结引言：逆向建模（Reverse Engineering Modeling）作为一种重要的技术手段，在现代工业设计、计算机科学、网络安全等领域具有广泛的应用。
本文将从逆向建模的基本概念、技术方法、实际应用以及未来发展趋势等方面进行综述，并总结逆向建模在实践中的重要性和效果。
一、逆向建模的基本概念和技术方法逆向建模是指根据现有的产品、系统等，通过分析和研究，推导出其设计原理、结构模型、功能特性等的过程。
它包括逆向工程和逆向设计两个方面。
逆向工程主要是通过使用逆向工程工具，如3D扫描仪、CAD软件等，将已经存在的物理实体或产品转化为数字模型的过程。
逆向工程可以从原始数据中提取出产品的几何形状、构造特征等信息，进而对其进行分析和描述。
逆向设计是指根据已有的设计产品，重新构思并改进现有产品的设计，使之更加符合市场需求和用户需求。
逆向设计的目的是提高产品的性能、质量和竞争力。
逆向建模的技术方法主要包括以下几种：1. 采集数据：通过现有产品的测量、扫描和记录等手段收集所需的数据，包括产品的几何形状、物理参数、工作原理等。
2. 数据分析：对采集到的数据进行处理和分析，提取出产品的关键特征和结构信息，并建立模型。
3. 模型重构：根据分析得到的数据和信息，使用逆向工程工具进行模型重构，生成产品的数字模型。
4. 仿真与验证：对生成的数字模型进行仿真和验证，验证其性能和可行性。
5. 优化改进：根据仿真和验证的结果，对数字模型进行优化改进，以提高产品的性能和质量。
二、逆向建模的实际应用案例逆向建模在实践中广泛应用于各个领域，下面将以几个实际应用案例来说明逆向建模的重要性和应用效果。
1. 工业设计领域：逆向建模可以为工业设计师提供设计灵感和创意，帮助他们在设计过程中更好地理解产品的结构和工作原理。
例如，在设计新型汽车零部件时，可以使用逆向建模技术来分析和改进现有产品的设计，再根据分析结果进行新产品的设计。
2. 计算机科学领域：逆向建模在计算机软件的开发和维护过程中起着重要的作用。
逆向工程三维建模关键技术
逆向工程与快速原型技术（综合技能训练及评价）题 目 逆向工程三维建模关键技术综合创新训练姓 名 *******学 号 ***********专业班级 机制****授课教师 ******分 院 机电与能源工程分院完成日期 **** 年 **月 *日宁波理工学院绪论 (3)0.1什么是逆向工程 (3)1.2逆向工程的基本操作步骤 (3)第一章点云摆正综合练习 (4)1.1目的和意义 (4)1.2 点云数据摆正的原理及实现流程 (4)1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 (4)第二章逆向建模特征线构建技术 (15)2.1 目的和意义 (15)2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程 (15)2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 (15)3.1 目的和意义 (32)3.2 曲线构建的原理及实现流程 (32)3.3 曲线构建及具体实现步骤 (32)4.1 目的和意义 (36)4.2 曲面重构的原理及实现流程 (36)4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (36)第五章：点云数据修补综合练习 (41)5.1 目的和意义 (41)5.2 曲面重构的原理及实现流程 (41)5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (41)第六章总结与反思 (49)绪论0.1什么是逆向工程逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程，它属于产品导向（product oriented）。
逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段；是产品快速创新开发的重要途径。
通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。
1.2逆向工程的基本操作步骤第一章点云摆正综合练习(以小女孩为例)1.1目的和意义逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程技术第一步是点云获取。
逆向工程建模总结
逆向工程建模总结摘要逆向工程是一种通过分析和研究已经存在的系统，来推导出该系统设计和实现的过程的方法。
在软件工程领域，逆向工程通常用于理解和修改现有的软件系统。
本文将总结逆向工程建模的基本原理和方法，并介绍在实际项目中的应用情况。
引言逆向工程一词最早出现在航空航天工业中，用于分析和理解其他国家和组织所建造的飞机和导弹等产品。
随着计算机科学的发展，逆向工程逐渐被应用于软件工程领域。
与传统的正向工程相反，逆向工程主要关注如何通过已有的系统推导出系统设计和实现的过程。
逆向工程建模是逆向工程的重要组成部分。
通过建模，我们可以获得关于软件系统的内部结构、数据流动和功能实现的深入了解。
这对于理解现有系统、重构代码、修复缺陷以及扩展功能都至关重要。
逆向工程建模过程逆向工程建模的过程可以分为以下几个步骤：1.收集信息：首先，需要收集关于目标系统的各种信息。
这包括软件的源代码、二进制文件、配置文件、数据库结构等。
通过分析这些信息，可以获取系统的整体架构和关键组件。
2.静态分析：在获得系统的基本信息后，进行静态分析，即不运行系统但仍能获得有关系统的信息。
静态分析的方法包括代码阅读、代码静态分析工具的使用等。
通过静态分析，可以了解代码的执行流程、数据结构和设计模式等。
3.动态分析：与静态分析相反，动态分析是在运行系统时获得有关系统行为的信息。
动态分析可以通过调试器、代码注入等技术实现。
通过动态分析，可以获取系统的运行时信息，如函数调用顺序、数据流动路径等。
4.建立模型：在收集和分析信息的基础上，可以开始建立模型。
模型可以是用UML表示的类图、时序图等。
模型能够更直观地表达系统的结构和行为，为进一步分析和修改系统提供基础。
5.验证模型：建立模型后，需要对其进行验证，确保模型与实际系统一致。
验证模型的方法包括与系统开发者交流、校验模型是否能生成与实际运行结果相同的代码等。
逆向工程建模的应用逆向工程建模在软件工程中有广泛的应用。
逆向工程逆向建模基础演示文稿
光标
• 移动对象∶ 按下和保持<Shift>并利用MB2拖拽。 • 缩放对象∶ 按下和保持<Ctrl> 并利用MB2拖拽。
对象的选择
选择类型过滤器：用于控制哪 种对象类型可以被选择。
对象的选择
通用选择过滤器：允许进一步 细化选择过滤标准。
改变对象显示
菜单： 编辑 → 对象显示
对象的隐藏与恢复显示
二、草图的建立
草图∶基 本 概 念
例如：
拉伸或旋转一草图去建立一实体或片体。 沿路径扫描一草图 利用草图作为母线生成自由形体 利用草图作为一规律曲线
草图: 建 立/约束草图的一般步骤
建 立 步 骤∶ • 激活草图命令； • 选择草图绘制平面； • 绘制草图； • 对草图添加约束； • 完成绘制，退出草图环境； 建立约束的次序∶
三曲线间倒圆角
UG逆向造型设计流程
四、创建平面
创建平面的方法
在点云上创建平面的常用方法： 1、创建有界平面 2、拉伸创建平面 3、扫掠创建平面
创建有界平面
选择边界线串
创建有界平面
选择边界线串
创建有界平面
将三角形平面恢复成一张整平面
【编辑】—【曲面】—【边界】
拉伸创建平面
1、绘制直线
2、用拉伸命令将直线拉伸 成曲面。
逆向造型是一个产品的再设计过程，这就要求我们要很 好地理解原产品。所以，在做逆向设计之前需线弄清楚产 品的功能与用途，以宏观的角度去理解和分析要设计的产 品。
任何一个产品都是由多部分组成，在对产品有宏观的 理解之后，接下来必须对产品做细致的分析。
分析产品功能及各部分的作用
产品的装配部位在哪里； 产品的美观部位在哪儿； 产品的分型位置在哪儿； 产品的变形部位在哪儿； 产品的哪些部位是对称的； 产品的哪些部位是同轴心的； 产品的哪些部位是位于同一平面上的； 产品的哪些部位是规则的； 产品的最大尺寸是多少。
工业机器人系统三维建模：项目六工业产品三维逆向建模设计
将计算机科学、数学、物理学、机械工程、电子工程等学科 的最新成果集成于工业产品三维逆向建模设计中。
信息协同的集成
实现多层次、多源数据的协同处理，将逆向建模与正向设计 、仿真等流程进行集成。
工业产品三维逆向建模设计的自适应与优化发展
自适应算法的应用
利用神经网络等自适应算法，根据输入数据的特点自动调整模型参数，提高 建模效率。
工业机器人系统三维建模： 项目六工业产品三维逆向建 模设计
xx年xx月xx日
目录
• 工业产品三维逆向建模设计概述 • 工业产品三维逆向建模设计的基本原理 • 工业产品三维逆向建模设计的方法 • 工业产品三维逆向建模设计的实践应用 • 工业产品三维逆向建模设计的挑战与解决方案 • 工业产品三维逆向建模设计的未来发展趋势
工业产品三维逆向建模设计在汽车行业中的应用
汽车行业中，工业产品三维逆向建模设计能够通过快速获取 汽车零部件的三维数据，进行数字化模型的构建，为汽车设 计和制造提供精准的模型，提高汽车制造的精度和质量。
同时，工业产品三维逆向建模设计还能够应用于汽车零部件 的优化设计和制造过程中，提高汽车产品的竞争力和性能表 现。
工业产品三维逆向建模设计的重要性
加速产品研发
通过对现有产品进行逆向建模，可以快速获取产品结构、性能等方面的信息，为产品改进 和升级提供依据，加速产品研发进程。
提高生产效率
通过逆向建模，可以精确地获取产品的几何形状和结构特征，避免传统的手工建模和试制 样品等繁琐过程，从而缩短生产周期，提高生产效率。
01
工业产品三维逆向建模设计 概述
定义与特点
定义
工业产品三维逆向建模设计是指通过三维扫描、测量等技术 手段获取工业产品的几何形状、结构特征等信息，并利用计 算机辅助设计软件进行三维模型重建的过程。
逆向建模及ANSYS分析
逆向建模及ANSYS分析逆向建模及ANSYS分析是一种基于逆向工程技术的产品设计方法。
这种方法通过对目标产品或零部件进行扫描和测量，获取其几何信息和物理特性，然后利用逆向建模技术将扫描数据转化为三维模型，最后通过ANSYS分析软件对模型进行力学仿真和优化分析，以评估产品的性能并指导设计改进。
逆向建模技术是利用扫描仪将实物对象扫描成点云数据，再利用逆向建模软件将点云数据转化为三维模型的过程。
扫描仪可以是激光扫描仪、相机扫描仪等多种类型的设备。
逆向建模软件能够对点云数据进行处理、拟合和重构，生成具有几何形状和物理特性的三维模型。
逆向建模技术的优势在于可以将已经存在的实物对象转化为数字化的三维模型，为后续的仿真分析和改进设计提供可靠的基础。
ANSYS是当今流行的一种工程仿真软件，它可以对各种复杂工程问题进行力学仿真和优化分析。
ANSYS软件的主要模块包括结构力学分析、热-结构力学分析、电磁场分析、流体力学分析等，可以对不同类型的产品进行多方面的性能评估。
通过对逆向建模得到的三维模型进行ANSYS分析，可以在虚拟环境中模拟实际工况下的受力情况，对产品的强度、刚度、疲劳寿命等性能进行全面评估。
ANSYS还可以对模型进行参数化分析和优化，为设计改进提供科学依据。
逆向建模及ANSYS分析技术在产品设计中具有重要的意义。
逆向建模可以为产品开发提供准确的、数字化的三维模型，避免了传统手工建模的主观性和不确定性，提高了设计的准确性和效率。
ANSYS分析能够对设计方案进行虚拟验证，为产品性能的评估、优化和改进提供科学依据，降低了实验试验的成本和风险。
逆向建模和ANSYS分析结合可以实现全流程的数字化设计，使得整个产品设计过程更加高效、可靠和可控。
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系统开发（System需求 分析
概念 设计
可行性 分析？
No
Yes
初步 设计
是从构思到数字模型， 再到产品（实物）的演化过 程
详细 设计
样机试制
工艺 规划
设计与制造 信息描述 制 造
强调怎么做？
正向工程开发流程
1）产品规划 ——在对产品进行充分调 查研究和分析的前提下，进一步 确定产品所应具有的功能和各方 面的约束条件。形成设计任务书。 2）方案设计 功能分析——提出解决办法—— 方案汇总——可行性分析——最 佳方案
测量数据预处理— 点云精简
逆向技术
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。 p
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
渲染图
测量数据预处理— 数据分割实例
逆向技术
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
逆向工程关键技术
1. 数字化测量
逆向技术
2. 测量数据预处理
• 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。 接触式测量
数字化测量—测量方法比较
逆向技术
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，约为20以上。 • 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。 • 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
坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割
测量数据预处理— 坏点去除
逆向技术
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
汽车工程设计
正向设计表达
设计信息可用参数精确描述
1.2、逆向工程概述
1、产品市场环境的变化
更新速度越来越快 个性化，小批量 专业分工细化 全球合作
呼唤产品快速开发技术！
2、工程需求
设计
样机
生产
小批量？
工业设计？
样品？
如何快速
制造？
图档
试验
产品
逆向工程、快速成形、快速模具 是产品快速开发技术！
３、逆向工程技术的产生与起源
３、逆向工程技术的产生与起源
• 1）反求思维在工程中的应用源远流长 • 人类取得的每一项成果都是在前人研究的基础上， 模仿自然界和人类社会在相关领域、具有相应特 长、特性的事物、动物或人来实现的。 • 2）提出逆向工程这种术语并作为一门学问去研究， 则出现于上世纪60年代初的日本。 • 战后日本提出了科技立国的方针：一代引进、二 代国产化、三代改进出口、四代占领国际市场。 通过仿制美国及欧洲的产品，在采取各种手段获 取先进的技术和引进技术的消化和吸收的基础上， 建立了自己的产品创新设计体系，使经济迅速崛 起，成为仅次于美国的制造大国。
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
测量数据预处理— 数据平滑
逆向技术
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。
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
强调为什么这样做!
实物样件 数字化测量
二维图样、技 术文档
仿制改制产品
PD M 系 统
CAD模型重构 快速成型RP 产品样件
CAD/CAE系统 CAM系统 模具
新产品
５、逆向工程设计表达
形面构成复杂，设计信息难以用参 数精确描述
逆向工程建模与产品
创新设计
第一章
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绪论
1.1 正向工程概述 1.2 逆向工程概述 1.3 逆向建模关键技术 1.4 产品建模CAD平台选择 1.5 产品特征与逆向软件平台 1.6 逆向工程与新产品开发
1.1 正向设计概述
正向工程可归纳为： 功能导向（Functionally-oriented） 对象导向（Object oriented） 预定模式（Prescriptive-model）
医学CT测量
数字化测量—测量方法比较
优点
逆向技术
• 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。 • 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。
缺点
• 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。 • 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。
不同叶片的3D-CT层析断层
测量实例 —基于双目视觉的三维数据获取
逆向技术
蒙皮模具（ 长5m） 实验扫描系统
共采集数据点341212个
成型面点云图
逆向工程关键技术
1. 数字化测量
逆向技术
2. 测量数据预处理
3. 三维重构 4. 坐标配准
5. 误差分析
产品 实物
数字 测量
数据 处理
三维 重构
坐标 配准
产品 实物 数字 测量 三维 重构
数据 处理
坐标 配准
误差 分析
设计 数据
CAD 模型
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 。
数字化测量— 测量设备
接触式测量
非接触式测量
数字化测量— 测量设备
基于平板探测器X射线成像系统
• 狭义定义 • 针对实物样件的几何形状反求的“实物逆 向工程”，即通过实物数字化技术和模型 重建技术将实物模型转化为数字化模型， 还原实物模型中包含的材料、工艺、形状 等诸多方面的原始设计意图的过程，而后 进行分析、加工等处理。
４、逆向工程（设计）流程
实物 模型
形状数字 化测量
CAD模型 重建
误差 分析
设计 数据
CAD 模型
测量数据预处理
逆向技术
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。 主要包括以下内容：
3. 三维重构 4. 坐标配准
5. 误差分析
产品 实物
数字 测量
数据 处理
三维 重构
坐标 配准
误差 分析
设计 数据
CAD 模型
三维重构
逆向技术
在逆向工程中，实物的三维CAD模型重构是整个过程最关键、最 复杂的一环，因为后续的产品加工制造、快速原型制造、虚拟制造 仿真、工程分析和产品的再设计等应用都需要CAD数学模型的支持。 这些应用都不同程度地要求重构的CAD模型能准确还原实物样件。整 个环节具有工作量大、技术性强的特点，同时工作的进行受设备硬 件和操作者两个因素的影响。
2）路径短、速度快，即根据坐标机的加减速特性，测头能以最快 的速度到达下一测量点； 3）行走路线自然，减少测头运转的空行程和测头的旋转测量。
测量实例 — 涡轮叶片模具
逆向技术
叶片模具型面数据
叶片模具边界数据
共采集数据点24500个 。
测量实例 — 不同叶片的3D-CT层析断层
逆向技术
高解析度3D-CT实验系统
逆向工程关键技术
1. 数字化测量
测量路径规划
逆向技术
测量路径是测头的运动轨迹，在逆向工程的测量流程中是极其重要 的一环，其数据规划的效果将直接影响到整个产品模型逆向工程时间 的长短和重构质量。
特别是在使用三坐标测量机进行数据测量时，为保证测量精度和 运行安全，提高三坐标测量机的测量效率的关键。 设计测量路径的基本原则：
1）安全，即从本测量点移到下一测量点的途中，测头不与工件发 生干涉；
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，
测量数据预处理— 数据分割
逆向技术
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。
3
保留每个子立方体中距中心点 最近的点。
测量数据预处理—数据精简实例