测量逆向工程之核心技术
基于CMM的逆向工程中测量技术的研究的开题报告
基于CMM的逆向工程中测量技术的研究的开题报告一、选题背景随着工业设计的发展，人们对产品的外形美观性、功能性和可靠性的要求越来越高，因此逆向工程技术逐渐受到关注，成为现代制造业中重要的工艺手段之一。
逆向工程是在保持被测零件原有形状及结构特征的基础上，通过测量手段获取其几何信息的过程，也是从模型到零件的重建过程。
测量是逆向工程中的一个重要环节，测量结果的准确性和可靠性直接影响到后续的建模、分析和制造等工作。
然而，传统的手工测量存在着精度低、效率低等问题，因此需要使用先进的测量技术和设备，提高测量的精度、效率和可靠性。
CMM（Coordinate Measuring Machine，坐标测量机）是一种先进的测量设备，具有高精度、高效率、高可靠性等优点，能够对复杂曲面零件进行三维测量和分析，广泛应用于逆向工程领域。
二、研究内容和目标本文将以CMM为核心，针对逆向工程中的测量技术进行研究，主要包括以下内容：1.分析传统测量方法的优缺点，研究CMM测量原理及技术特点；2.探究CMM在逆向工程中的应用，通过实验验证CMM测量的准确性；3.研究CMM测量数据的处理方法，包括数据的预处理、噪声滤除、数据拟合和精度评估等方面；4.探讨CMM测量技术在逆向工程中的应用前景，对于推动制造业升级，提高产品设计、制造和质量控制水平具有重要意义。
三、研究方法本文主要采用文献调研、实验研究和数据分析等方法，具体步骤如下：1.收集相关文献，对逆向工程及CMM测量技术进行梳理和总结；2.通过实验验证CMM测量的精度和可靠性，比较不同测量方法的优缺点；3.对实验数据进行处理和分析，探讨CMM测量数据的处理方法；4.综合研究结果，探索CMM在逆向工程中的应用前景。
四、预期结果和意义本文预期通过研究逆向工程中的测量技术，强调CMM在逆向工程中的重要作用，并深入探讨了CMM测量数据的处理方法。
本文对于推动制造业升级、提高产品设计、制造和质量控制水平具有重要意义。
(完整版)1逆向工程关键技术
遮挡轮廓恢复形状方法通常由相机标定、遮挡轮廓提取以及物体与轮廓间的投影相交三个步骤完成，而且遮挡轮廓恢复形状方法在实现时仅涉及基本的矩阵运算，因此具有运算速度快、计算过程稳定、可获得物体表面致密点集的优点。缺点是精度较低，难以达到工程实用的要求，目前多用于计算机动画、虚拟现实模型、网上展示等场合，而且该方法无法应用于某些具有凹陷表面的物体。如美国Immersion公司开发了Lightscribe系统，该系统由摄像头、背景屏幕、旋转平台及软件系统组成。首先对放置在自动旋转平台上的物体进行摄像，将摄得的图像输入软件后利用体相交技术可自动生成物体的三维模型，但对于物体表面的一些局部细节和凹陷区域，该系统还需要结合主动式的激光扫描进行细化。
随着快速测量的需求及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术得到飞速发展，该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。一般常用的非接触式测量方法分为被动视觉和主动视觉两大类。被动式方法中无特殊光源，只能接收物体表面的反射信息，因而设备简单，操作方便，成本低，可用于户外和远距离观察中，特别适用于由于环境限制不能使用特殊照明装置的应用场合，但算法较复杂；主动方法使用一个专门的光源装置来提供目标周围的照明，通过发光装置的控制，使系统获得更多的有用信息，降低问题难度。
逆向工程测量技术初步探讨
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤,也是逆向工程测量最关键的技术之一。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法,是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的三维坐标,再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据,从而获取得到整体测量数据。
这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性,又消除了数据拼接时的累积误差。
1逆向工程概念逆向工程,又称反求工程、反向工程,指通过各种测量手段和三维几何建模方法,将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程,是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。
近几十年来,随着计算机技术的发展,CAD技术已经广泛地应用于工程测量工作,但由于多种因素的限制,现实世界中的很多物体形状并不能完全用CAD设计的方法进行描述。
因而,我们提出了逆向工程的概念。
这种实物数字化建模的方法如今己经发展为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴,成为复杂工程测量的重要手段之一。
2逆向工程测量数据获取技术研究数据获取是反求工程的关键技术,数据的获取通常是利用一定的测量设备对所测工程进行数据采样,得到的是采样数据点的(x,y,z)坐标值。
数据获取的方法大致分为两类:接触式和非接触式。
2.1接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头,通过与工程表面接触来获取表面信息,目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机(CMM)。
传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头,可通过编程规划扫描路径进行点位测量,每一次获取被测形面上一点的(x,y,z)坐标值,测量速度都很慢。
CMM的优点是测量精度高,对被测工程无特殊要求,对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程,CMM是一种非常有效可靠的三维数字化手段。
逆向工程的关键步骤及主要技术
逆向工程的关键步骤及主要技术2011-02-27 10:28:16 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[大][中][小]0前言逆向工程技术Reverse Engineering)．是20世纪80年代后期出现在先进制造领域里的新技术。
与传统的“产品概念设计一产品CAD模型一产品(物理模型)”的正向工程不同，逆向工程首先对实物原型进行数据采集，经过数据处理和曲面重构等过程，构造出实物的三维模型，然后再对原型进行复制或在原型基础上进行再设计，实现创新。
1 数据采集实物的数字化是逆向工程实现的初始条件，是数据处理、模型重建的基础。
该技术的好坏直接影响对实物(零件)描述的精确度和完整度，影响数字化实体几何信息的进度。
进而影响重构的CAD曲面和实体模型的质量，最终影响整个逆向工程的进度和质鼍。
所以，数字化测量方法的选择和研究对逆向工程至关重要。
根据测量的方式不同，可以将三维测量设备分为接触式和非接触式两大类型。
1．1接触式数据采集接触式数据采集方法是用机械探头接触表面，机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。
最常见也是应用最广泛的接触式数据采集方法是三坐标测量机．当探针沿被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使探针发生形变．这种形变触发测量传感器将测到的信号反馈给测量控制系统．经计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。
一般来说．三坐标测量机可以对被测物体边界精确测量．同时不受被测物体表面颜色和色泽的限制。
其主要缺点是速度慢、效率低，摩擦力和弹性变形易引起被测件变形产生测量误差。
对微细部分的测量收到限制，不适于对软质材料或薄型实体的测量。
另外。
探头有一定的半径，不能直接测出实体表面的坐标值，需要进行半径补偿。
接触式数据采集的缺点限制了它的应用领域．随着测量技术的发展和市场的需要，产生了非接触式测量，其克服了接触式测量的一些缺点，是逆向工程中数字化测量的发展方向。
1．2非接触式数据采集非接触式数据采集方法主要利用了光、声、磁场等原理。
《2024年逆向工程技术的研究与工程应用》范文
《逆向工程技术的研究与工程应用》篇一一、引言逆向工程技术，又称为反向工程或反向设计，是一种从已有的产品或样品中，提取出设计思想、工艺过程以及核心技术，并进行研究、改造和创新的过程。
这项技术在当今工业和产品设计中占有举足轻重的地位。
在过去的几年里，随着科技的发展和知识产权保护意识的增强，逆向工程技术的研究与工程应用逐渐成为国内外学者和企业关注的焦点。
二、逆向工程技术的理论基础逆向工程技术的理论基础主要包括计算机视觉、计算机图形学、计算机辅助设计、制造技术、材料科学等。
通过对产品进行测量、数据采集和模型重建，逆向工程技术能够提取出产品的三维几何形状和表面特征等信息。
同时，借助专业的软件和算法，还可以进一步分析产品的结构、材料、制造工艺等核心技术。
三、逆向工程技术的工程应用1. 汽车制造行业：在汽车制造行业中，逆向工程技术被广泛应用于新车型的研发和改进。
通过对竞品车型的测量和分析，可以提取出其设计思想和制造工艺，从而为新车型的研发提供参考。
此外，通过对现有车型的改进和优化，可以提高产品的性能和外观质量。
2. 机械制造行业：在机械制造行业中，逆向工程技术被用于设备的维修和升级。
通过对损坏或老化的设备进行测量和分析，可以提取出其关键部件的几何形状和尺寸信息，从而为设备的维修和升级提供依据。
此外，逆向工程技术还可以用于新设备的研发，通过借鉴其他设备的成功经验和技术，加速新设备的研发进程。
3. 电子产品行业：在电子产品行业中，逆向工程技术被广泛应用于产品的仿制和创新。
通过对竞品产品的测量和分析，可以提取出其电路设计、结构设计和外观设计等信息，从而为新产品的研发提供参考。
此外，通过对老旧产品的改进和升级，可以提高产品的性能和用户体验。
4. 医学领域：在医学领域，逆向工程技术被用于生物医学工程和医疗设备的研发。
通过对人体器官或组织的测量和分析，可以提取出其三维几何形状和结构信息，为医学研究和手术提供精确的数据支持。
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
逆向工程测量技术探究
逆向工程测量技术探究一、逆向工程所谓逆向工程，是指对实体产品开展的一种逆向分析研究，将产品从设计到生产的过程重现，主要是为了对产品的结构组织、设计原理、特点性能以及技术等关键因素有更明细的了解，从而仿制出相似产品。
传统的仿制产品没有如此复杂，往往只是对事物模型的复制，即借助相关设备机器按照1：1的比例仿制出原物模具，外形无法修改，继而批量生产。
逆向工程是通过对高科技测量仪采集实物的三维坐标状况，对数据进行处理，构建曲面，而后再编辑修改，发送到CAD系统，作进一步的设计。
利用CAD软件整理出加工图纸，再借助传统的机床生产出产品零件。
从中可看出，和传统的防止工程相比，逆向工程更具体、更深入。
通过实物模型分析其设计原理，进而构造出CAD模型；对有关参数进行适当调整，来模仿原物。
二、逆向工程测量技术任何工程都要先进行测量工程，获得足够的数据，才能开展下一步工作，逆向工程也一样。
只不过，一般的测量是为了制作出完善的产品，而逆向工程是为了分解产品。
在测量中，首先借助相关测量工具，采取所测对象的三维坐标值（x，y，z）。
其测量技术通常包括以下两种。
1.接触式测量此方法主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作。
从当前来看，三坐标测量机是应用较普遍的设备。
以前多用机械探针等触发式测量头，但其测量速度相当慢。
与其相比，三坐标测量机具有诸多优势，如要求少、精确度高、具有较高的可靠性。
其常用的扫描方式从小到大依次是点、线、面扫描，需根据具体情况而做出适当选择。
检测点样本的分布和大小的制定需遵循一定的原则，如精度一定要达到规范要求。
为缩短检测时间，尽量选择较小的样本。
三坐标测量机能够将样件的表面数据化，在测量的过程中，应注意探头的补偿。
测量必然会存在不同程度的误差，在数据采集后，应对其仔细处理，出除坏点、保持数据的平滑、补齐测量盲区的数据等，处理完毕后才能够重构曲面。
三坐标测量机有较高的可靠性，也存在着某些不足，其缺陷在于所测物体多为硬质物。
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。
试析逆向工程测量技术的应用
试析逆向工程测量技术的应用发表时间：2016-03-15T16:44:07.307Z 来源：《基层建设》2015年20期供稿作者：李亚平[导读] 河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000 随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
李亚平河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000摘要：数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤，也是逆向工程测量最关键的技术之一。
本文介绍了逆向工程技术及其应用范围；对涉及到的关键技术：数据获取、数据处理与曲面重构等研究现状进行了系统地阐述。
关键词：逆向工程；数据获取；测量技术；非接触式；接触式随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的现实意义。
1研究逆向工程测量技术的意义1.1逆向工程技术历经几十年的研究与发展，是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体。
1.2现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。
虽然关于摄影测量技术的研究几乎是自照相机发明以来就开始了，但是用于逆向测量工程的数字近景摄影测量技术仍然是一门“年轻”的技术，它继承了“摄影测量与遥感”领域的许多知识和技术，同时又发展出许多自身特有的技术和方法。
1.3随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。
逆向工程关键技术研究及误差因素分析
逆向工程关键技术研究及误差因素分析摘要：近十几年来，随着测量技术、计算机软、硬件技术的发展，有别于传统正向工程的一门新技术正在蓬勃兴起，即逆向工程RE。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向，即通过测绘及数据分析，实现产品实物CAD模型的重建，称为实物逆向工程。
本文主要对逆向工程技术和误差因素进行了简要的分析。
关键词：逆向工程；关键技术；误差因素；分析1、逆向工程技术数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，在此基础上进行复杂曲面的建模、改进及设计，最终实现产品逆向制造。
因此，高效、高精度地实现实物表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术。
目前，逆向工程使用的测量工具可根据方式的不同分为接触方法和非接触方法。
接触方法和非接触方法根据原理不同又分为不同的形式。
如表所示。
逆向工程使用的测量工具分类①接触式测量接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的形状选择不同的测量探头，采用接触移动的形式采集并记录实物表面轮廓的坐标数据。
由于测量探头的限制，无法测量零件的细小特征；由于必须接触测量，不能测量易碎、易变形的零件。
同时，接触测量时探头与零件表面接触，测量速度慢，测量后需要进行测量探头补偿，因此工作效率较低。
②非接触式测量非接触式数据采集主要运用光学原理进行数据的采集，主要包括激光三角形法、激光测距法、结构光法和图像分析法等。
非接触式测量数据采集方式速度快、精度较高，获得的数据点云信息量大，能最大限度地反映被测零件表面的真实形状。
同时，排除了接触测量时由于摩擦力及接触压力造成的部分数据偏差。
非接触式数据采集法，适用于测量柔软、易变形物体；不受探头体积影响，适用于表面形状复杂、精度要求不高的细小特征及未知曲面的测量，例如汽车、考古、泥模、人体扫描等。
由于采用光学原理测量，物体表面的颜色、光亮度、粗糙度、形状等都影响到测量数据的精度，其测量误差比接触式测量要大。
逆向工程技术及应用研究
逆向工程技术及应用研究摘要：逆向工程是由已有产品回溯产品设计思路，通过研究现存的系统或产品，发现其规律，通过复制、改进、创新从而超越现有产品或系统的过程。
逆向工程技术在产品设计中的应用可以缩短新产品设计开发周期，大大降低设计开发成本，提高设计水平和质量，有效地提高企业的市场竞争力。
关键词：逆向工程；三维测量；曲面重构；产品设计；创新一．逆向工程技术定义逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同。
它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。
通过样件开发产品的过程。
与产品正向设计过程相反，逆向工程基于已有产品设计新产品，通过研究现存的系统或产品，发现其规律，通过复制、改进、创新从而超越现有产品或系统的过程。
它不是仅对现有产品进行简单的模仿，而是对现有产品进行改造、突破和创新。
二．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。
三．逆向工程测量系统根据测量探头是否和零件表面接触．其测量方式可分两类。
(1)接触式测量：根据测头的不同。
可分为触发式和连续式。
应用最为广泛的三座标测量机是20世纪6o年代发展起来的新型高效精密测量仪器，是有很强柔性的大型测量设备。
(2)非接触式测量：根据原理的不同，可分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。
逆向工程技术在制造领域中的应用
逆向工程技术在制造领域中的应用随着科技的不断进步，逆向工程技术被越来越多的制造企业所应用。
在制造领域中，逆向工程技术可以帮助企业提高自身的技术水平，在产品研发、改进、维修等环节中起到关键作用。
本文将就逆向工程技术在制造领域的应用进行探讨。
一、逆向工程技术的基本概念逆向工程技术是通过对已经存在的产品或者零部件进行测量、解析，再进行数值分析、逆向设计等过程，从而获得产品设计的过程和技术，实现对产品或零部件的重新设计、制造或者其他应用。
逆向工程技术的核心技术是三维扫描技术、逆向设计技术和数值化分析技术等。
凭借着这些技术，逆向工程可以极大地缩短产品研发周期，提高产品质量，节约制造成本。
二、逆向工程技术在产品研发中的应用现代产品研发是一个有着很高风险和周期长的工程。
在这个过程中，通过逆向工程技术可以大大降低产品设计的风险和制造成本。
在设计新产品时，可以将原有产品逆向分析得到产品的组成部分、材料、生产工序、结构等基本信息，并根据企业的实际需求对这些信息进行优化，提高产品的性能，优化设计，使之更加贴近客户需求。
三、逆向工程技术在产品维修中的应用在产品售后服务过程中，逆向工程技术也可以发挥重要作用。
一些老旧的设备或者机器的维修和维护需要大量的时间和费用，而逆向工程技术可以通过产品解析获得其结构和工艺信息，然后进行仿真分析，对产品进行改进和升级。
通过逆向工程技术进行维修和升级，可以大幅提高产品的可靠性和使用寿命，并减少关键零部件的更换，有效降低企业的运营成本。
四、逆向工程技术在传统制造中的应用逆向工程技术在传统制造领域的应用非常广泛。
通过逆向工程技术，可以测量产品的各种尺寸，先进的测量设备可以精确获得复杂零部件的三维结构信息，让生产过程更加精确、高效。
同时，逆向工程技术也可以帮助制造公司检测和验证其产品的精度，同时通过逆向设计技术进行产品的再造和改进。
五、逆向工程技术在智能制造中的应用随着制造业的数字化和智能化进程加快，逆向工程技术也将发挥更大的作用。
逆向项目工程及其关键技术
逆向工程及其关键技术院（系）材料科学与工程专业材料加工工程学生学号2010年5月15日逆向工程及其关键技术摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。
它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。
通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。
本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。
关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析1 引言在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。
热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。
而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。
另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。
逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。
2 逆向工程的系统及其关键技术2.1 逆向工程的概念逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。
相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。
正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。
而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程。
反求工程的设计流程如图1所示[5]。
2.2 逆向工程的数字化方法与技术逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来,然后再以取得的各点数据做曲面处理及加工成型。
逆向工程中的曲面测量技术研究
集 ，利用相应 的软件进行 实物模 型三 维Ｃ Ｄ重构的过程。大 Ａ
意是根据 已有 的条件和 结果 ，通过分析来推导 出具体 的实现 方法 。逆 向工程 技术和先进制造技术相结合 目前 已发展成 为 Ｃ ＤＣ Ｍ系统 中相对独立的研究领域。 自由曲面数字化是逆 Ａ ／Ａ 向工程 的关键 技术之一 ，它采用 了基于计算机视觉 的光学非 接触 式测量方法 ，能够得到 自由曲面 的三维几何数据 。本文 介绍 了逆 向工程数据测量技术和 等距面指 导的 自由曲面 自动 测量 以及 曲面数字化 的方法。
２１ ＡＤ ．Ｃ 模型拟合 曲面
格减少数据 的方法和减 少多变形三 角形达到减 少数据 点的方 法进行测量 。实现逆 向工程 的基础和 关键 是高效、高精度地
获取产 品的数字化信 息。数字化设备主要可分为接触式数据 采集和 非接触式数据采集两大类。 １１ ．接触式数据采集 方法 接 触 式 数 据 采 集 通 常 是 运 用 指 定 的三 坐 标 测 量 机 （ ＭＭ ），根据 实物 的特征和测量的要求选择测头和方向， Ｃ
用数学表示 方法拟合修改算法、控 制参数及 曲面 重构 方 法 ，得到高质量 、高精度 的曲面模型。拟合 的曲面用 隐形 方 程ｆ ，Ｙ，ｚ： 形式来表示 ，先按原形分别拟合出不同的区域 （ ｘ ）０ 曲面 ，将数据点 分成不 同的区域 ，将不 同的曲面 或者 曲面 间 过渡 的方法连接起来构成一个 Ｃ Ｄ整体 。运 用实体 重构技术 Ａ
进行 曲面拼接 时 ，要注意 曲面边界 的统 一和 光顺 及曲面裁减
首 先确 定测量 点数 和其 分布特 点 ，然后确 定测 量事 物的路 径 ，必要时要进行碰撞的检查采集数据。坐标测量机一般采
的限制 ，不能测量 一些易碎 、易变形的零件。如 ：内孔、窄
反求工程及其关键技术
反求工程及其关键技术反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础。
运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和在创造，是已有设计的设计，再创造是反求的灵魂。
一、反求工程的含义反求工程是测量技术，数据处理技术，图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。
随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用，因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，所以在汽车，摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计，家电产品外形设计，艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
反求工程将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制，修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
二、反求工程发展历史反求工程最早出现于二十世纪六七十年代。
二次世界大战后，为了急于恢复和振兴经济，日本在六十年代初提出了科技立国的方针：“一代引进，二代国产化，三代改进进出口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电行业上最为突出。
为了进行国产化，迫切的需要对引进的技术进行消化、吸收、改进和发展，这就是反求设计（Inverse Design）或者反求工程（Inverse Engineering）最初的出现的背景。
发展到现在，已成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或者重要的政策，反求工程的大量采用为日本在战后经济的恢复、经济振兴中发挥了不可替代的作用。
在实际的生产和生活中，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术和产品的继承和发展。
因此反求工程在实际的工程应用中已很早就出现，而作为一门学问去研究，则是最近几十年才出现的。
逆向工程核心原理
逆向工程核心原理
逆向工程通常是在工程中的一种方法，它的核心原理是从已有的产品分析其功能结构，代码结构等，从而挖掘出隐藏的性能和知识，从而帮助设计者完成新的产品的设计和开发。
逆向工程是一种以挖掘来获取隐藏知识的方法，它经常被用来改进已有的设计、产品
和系统，或者为新概念开发出新的技术系统。
它使工程师能够通过重新分析和指定原有技
术原型来扩展功能，或者创造出新的产品或设计来满足市场要求。
逆向工程的核心原理是快速理解和改造原有的设计。
逆向工程包括分析、研究和重新
规划原有的设计，据此得出新的设计，并为新的产品进行开发测试。
其中最重要的环节是
要清楚理解原有设计的功能结构、代码结构及代码规则，以更好地提供出合适的解决方案。
逆向工程的确定、理解、分析和决定等过程，也有利于设计者在进行原有设计改造或
开发新设计的过程中，知道自己的设计要实现的功能，以及设计要符合哪些规则，从而更
好地开发出高质量的设计和产品。
逆向工程及其关键技术
逆向工程及其关键技术院(系) 材料科学与工程专业材料加工工程学生学号20１0年５月15日逆向工程及其关键技术摘要:随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。
它作为一种新的产品设计思想和方法，已越来越广泛地应用于制造领域[1]。
通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理，得到实体模型后,通过工艺分析，生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工［２]。
本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。
关键字:逆向工程;曲面重构;点云；曲面分析1 引言在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面.热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。
而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维ＣAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起.另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。
逆向工程成为满足这一需求的利器［3]。
２逆向工程的系统及其关键技术2。
1 逆向工程的概念逆向工程[４](Ｒeverse Enｇｉneering）也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集，根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。
相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。
正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。
而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型，如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构，或者直接将这些离散数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程。
反求工程的设计流程如图１所示[5］。
2．2 逆向工程的数字化方法与技术逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来，然后再以取得的各点数据做曲面处理及加工成型。
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测量逆向工程之核心技术
王淦
摘要:逆向工程的核心技术就是测量技术、数据的获取。
可以说是逆向工程技术是在测量技术的基础之上发展起来的，一个国家或地区逆向工程的发展程度就是取决于其测量技术的发展程度。
目前逆向工程的测量技术可大致分为接触式和非接触式测量技术。
而测量技术面临的主要问题就是精度问题。
要解决精度问题笔者认为可以在提高仪器精度和寻找新的测量方法上下功夫。
关键词：逆向工程；接触式测量；非接触式测量；误差分析；新的测量方法。
一、逆向工程简介
逆向工程，又称反求工程、反向工程，指通过各种测量手段和三维几何建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程，是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。
随着计算机技术的发展，CAD 技术已经广泛地应用于工程测量工作，但由于多种因素的限制，现实世界中的很多物体形状并不能完全用 CAD 设计的方法进行描述。
因而，我们提出了逆向工程的概念。
其大致过程为：实物/模型测量三维数字模型计算机辅助制造（CAM）产品。
数据的获取、测量是逆向工程测量最关键的技术之一。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象应用最广泛的一种工程测量方式。
【1】
二、接触式工程测量技术
接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头，通过与工程表面接触来获取表面信息，目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机（ CMM）。
传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头，可通过编程规划扫描路径进行点位测量，每一次获取被测形面上一点的坐标值，测量速度都很慢。
CMM 的优点是测量精度高，对被测工程无特殊要求，对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程，CMM 是一种非常有效可靠的三维数字化手段。
它的缺点是不能对软物体进行精密测量；价格昂贵，对使用环境要求高；测量速度慢，测量数据密度低，测量过程需人工干预；还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿，无法测量小于测头半径的凹面工程，这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。
【2】
三、非接触式测量技术
激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用 CCD 摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。
每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。
这类设备的扫描速度可达 15000 点/秒，测量精度在±0.01～±0.1mm量工程对象型面的光学特性要求不高。
投影光栅测量技术是一类主动式全场三角测量技术，通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光栅投影于被测物面上，根据 CCD 摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度，是近年发展起来的一类较好的三维传感技术。
根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。
直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量；而相位测量法测量精度相对较高。
计算机断层扫描（ CT）技术最具代表的是基于 X 射线的 CT 扫描机，它是以测量物体对 X 射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算
机处理而重建断层图像，这种方法最早是应用于医疗领域，目前已经广泛用于工程测量领域，即称为“工程CT”。
对中空物体的无损三维测量，这种方法是目前较先进的非接触式检测方法，它可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。
但它存在造价高，测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。
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（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。
立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。
【1】
四、测量误差分析
4.1接触式测量误差的影响因素使用三坐标测量机进行测量时，存在一个很复杂的综合误差，这一复杂的综合误差造成了三坐标测量机测量结果的不确定性。
误差有系统性误差和随机性误差，只有系统性误差可以被预测和补偿。
引起三坐标测量机测量系统性误差的主要原因有：三坐标测量机本身的几何误差、三坐标测量机结构的受力受热变形测量误差。
测量误差是指光栅读数时，由于接触力及摩擦力的作用探针将发生偏转，这种偏转是随机的、无法预料的。
由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备，其机房环境条件，对测量机的影响至关重要。
这其中包括检测工件状态、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。
4.2非接触式测量误差的影响因素（1）测量精度误差因非接触式探头大多使用光敏位置探测PSD（position sensitive detector）来检测光点位置，目前的 PSD 的精度仍不够，约为 20 pm以上；（2）因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或散射光，易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率等；（3）PSD 易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，噪声信号的处理比较困难；（4）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；（5）使用 CCD 作探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度，因工件几何外形变化大时成像会失焦，成像模糊；（6）工件表面的粗糙度会影响测量结果。
综上所述，影响测量精度的因素很多，如测量的原理误差、测量系统的精度及测量过程中的随机因素等，都会对测量结果造成影响，从而产生误差。
【3】
五、新的测量方法构想
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的特点，笔者想到可不可以把这两者结合起来发展一种新的测量方法。
寻找一种对可透性的声波或者光波反射性很强的微尘或者颗粒覆盖在被测件所有表面，其覆盖方法可以是喷刷或涂抹等方法。
再用相应的光波或声波对被测件进行透射扫描，用计算机立体成像技术得到被测件的数字立体模型。
这样就解决了接触式工程测量技术对具有复杂表面或内部型腔、特征几何尺寸繁多的物体测量速度慢，测量数据密度低的问题；也解决了非接触式工程测量技术对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难的问题。
但是也要注意喷涂材料的厚度问题不能过少使反射率过低成像不良，也不能过多影响了被测件的表面精度，同时使反射率过高到达背面的波过少使其他面不能反射波形从而不能成像的问题。
同时希望有人能开动大脑想到更多更好的方法。
寻找新的测量方法是为了消除在测量原理上的误差。
但是在设备和环境因素造成的误差也是一个重大的误差来源，要减小这些误差只能在制造水平上下功夫了。
参考文献：
【1】张自有.逆向工程测量技术研究.工程与质量.2010-18
【2】张义力.逆向工程数据获取中测量关键技术研究.上海交通大学学报，2009-12 【3】廖志锋.逆向工程中数据测量的误差分析.科技天地.2011-14。