逆向工程实验报告

逆向工程技术实验报告

姓名：XXX

学号：XXXXXX

指导老师：XXX

专业：XXXXX

2012年12月

引言：20世纪90年代，随着计算机技术和三维测量技术的飞速发展，逆向工程成为研

究的热点，它除了应用到几何测量、产品复制、新产品开发、几何造型等制造领域，还广泛应用于医学、地理、考古等新领域的图像处理和模型恢复。STL文件格式是一种用三角片表达实体表面数据的数据交换文件，在逆向工程中是三维测量设备数据输出的主要文件格式之一由于STL文件格式简单、容易读取和显示，它成为从三维数据测量到CAD几何造型过程中十分重要的数据交换文件，同时也是快速原型制造事实上的标准。许多基于STL文件的应用在不断的扩展，如直接利用STL文件生成有限元网格、从STL直接生成加工轨迹等.随着三维测量设备在测量效率、精度等方面的突破，目前已经可以在很短的时间内采集上百万个采样数据点，如德国GOM公司的ATOS II激光测量仪可以在7s内采集130万个数据点，生成的STL数据文件的尺寸从几兆到上百兆不等，并且还随着用户需求精度的提高在不断的增长。如此日益庞大的STL数据的拓扑重建，采用通常遍历的算法将耗费几十分钟甚至几十小时，这成为逆向工程后续研究必须要解决的瓶颈。

在逆向工程中，光学测量已经成为获取模型数据的主要方法。这种测量方法的特点是能在短时间内采集大量的数据点，这些数据通常被保存为STL格式的文件。但是在STL文件中存储的三角片及其顶点的信息又处于无序排列状态，直接使用只能得到其中单个三角片的信息，无法建立该三角片和相邻的其他三角片之间的联系，因此必须重建拓扑信息后才能在后续工作中使用。

在STL文件中所列出的顶点数恰好是面片数的3倍。平均每个顶点的坐标被重复地给出了几乎6次，所以数据的冗余现象非常严重，如果仅仅是简单地照原样提取数据，就会不必要地占用大量地计算机资源，降低计算速度，同时也无法有效地对模型进行错误诊断和修复，使得后续的处理计算量增大。因此如何滤除冗余现象是拓扑重建的关键。

实验简介：通过ATOS三维光学扫描仪进行工件表面测量，掌握基本的测量

方法、数据处理以及利用测量的三维数据实现工件的模型重构；了解快速成型机的工作原理，掌握快速成型机的主要参数设置，进行基于STL文件的零件快速原型制造。

设备：

德国GOM 公司的ATOS 流动光学三维扫描仪

德国GOM 公司的ATOS 流动光学三维扫描仪是一种带有两个CCD 摄像机和一个中央投影单元并且可以配合高分辨率数码照相使用的光学三维测量系统，其中中央投影单元部分配备了一个白色的投射灯泡和一个可规则滑动的复杂光栅。其测量原理基于光栅投影式的原理，如图1所示，即中央投影单元的投射灯泡将连续投影11种不同间距的光栅到被测工件表面，光栅整体的移位量被CCD 镜头记录下来，利用三角测量的原理，经过数码影像处理器分析计算相位的变化，精确计算出每一个像素点的3D坐标值，获到实物表面数据，实现三维扫描高速化。ATOS的单幅照片可扫描点数最大可达400,000个点，单幅照片精度为±0.03ｍｍ，整体测量精度小于0.1ｍｍ/ｍ。设备原型如图2所示。

X Y

Z

P

●●●O 2

O 1P 1●●

P 2CCD 1

CCD 2光源

图1 测量原理

图2 Atos 测量设备

TRITOP 系统（数字照相测量系统）

Atos 针对某些特殊的需要，例如1）扫描工件很大的工件，如果按照上述方法扫描，从第二张照片开始必须每次计算新的参考点坐标，计算量和累积误差会越来越大。这时对每一测量区域首先使用TRITOP 系统，即对贴上参考点和数码点的飞机表面进行拍摄，获得被测飞机整个表面参考点的坐标，使得每个参考点都是已经定义过的参考点。如此可以有效消除单幅照片需要计算新的参考点所带来的累积误差，而且极大提高了测量的效率；2）在某些情况下，仅仅需要获得工件表面上几条控制线的信息，可以使用TRITOP 系统，直接拍摄参考点，计算参考点的坐标值。TRITOP 系统组成如图3所示。1）1200万像素的数码相机；2）标尺（提供特定标把之间的固定距离，以此为基准计算其余标把的位置和工件的大小）；3）标把（贴在工件表面，基于TRITOP 的编码确定相机的空间位置，对工件进行参考点空间位置的计算）；4）参考点

图3 TRITOP系统

TRITOP主要是用数码相机对工件表面进行拍摄，然后将照片输入TRITOP 系统自动计算完成。如图4所示，拍摄时应由高到低，逐步拍摄，形成一完整的“相机包围圈”。具体操作时必须注意以下几点：

1）前四张照片必须按照如图5所示，对同一工件表面，保持同样的高度，转换相机的位置进行拍摄；

图4 图5

2）拍摄的每张照片中必须包含5个可识别的标把；

3）参考点的曝光不能过亮或过暗；

4）每个参考点至少在三张照片中出现过；

5）拍摄过程中不能改变相机的任何设置（如光圈、快门、闪光灯等）；

6）在应用TRITOP软件时必须正确设置标尺和标把的参数。

实验步骤：

本次造型主要使用Proe逆向模块——小平面特征。

1.造型前的准备

打开PROE5.0，修改工作目录到相应文件夹，新建一个零件，键入文件名，取消选中“使用缺省模板”复选框，选择mmns_part_solid选项。

2.输入点云数据

单击菜单栏的“插入”/“小平面特征”命令，在弹出的“打开”对话框中选择并打开要输入的点云数据，如下图：

单击“输入选项”对话框中的“确定”按钮，系统以默认坐标系将点云数据调入到小平面特征工作区域。关闭“信息窗口”，结果如图所示：

3.点云数据处理

针对整个点云数据，单击工具栏中的“删除界外值”按钮，在弹出的对话框中设置

“灵敏度”为0.6，单击“预览”按钮，所有界外点以红色显示。单击“确定”按钮，所有界外点被删除。

单击工具栏中的“降低噪音”按钮，在谈出的对话框中选择模式，如图所示，单击“确定”按钮，操作完成。