丽水学院逆向重点

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，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。
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。
逆向工程的应用：1.在对产品外形的美学有特别要求的领域
2.当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时
3.在没有设计图样或者设计图样不完整，以及没有CAD模型的情况下
4.在模具行业，经常需要反复修改原始设计的模具型面、
5.很多物品很难用基本几何形状来表现与定义
6.新产品开发与创新设计上
7.破损文物、艺术品的修复
8.特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据
9.快速成型制造
逆向工程的一般过程可分为样件三维数据测量、数据处理与CAD三维模型重构、模型制造几个阶段
整个逆向工程工作流程中，样件的三维数据测量是基础，也是逆向工程整个过程的首要前提，是其余各阶段工作的重要保证。
数据处理是关键。曲面重构是当中最重要最困难的问题。
逆向工程主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、三维CAD模型重构和产品或模具制造。
从实施方法来论述创新设计可分为：原创型 基于原型的创新设计
RAPIDFORM软件的主要功能包括：多点云数据管理界面、多点云处理技术、快速点云转换成多边形曲面的计算方法、彩色点云数据处理、点云合并功能。
Geomagic studio的主要功能：
自动将电云数据转换为多边形
快速减少多边形的数目
把多边形转换成NURBS曲面
曲面分析
输出与CAD/CAE/CAM匹配的文件格式（IGS、STL、DXF等）
逆向工程技术的研究和应用存在的问题：技术方面1.对事实物的测量仍存在误差和遗漏
2.复杂曲面重构技术三角曲面和四边形曲面的模型兼容问题仍存在问题
3.曲面光顺和模型评价。
4.CAD软件，目前软件的数据处理技术、造型技术仍不完善
5.集成系统，
数据的采集方法可以分为接触式数据采集和非接触式数据采集两大类。
三维CAD按造型方法分为基于曲线的模型重构和基于曲面的直接拟合。
逆向工程的误差来源：原型误差、测量误差、测头半径误差、数据处理误差、造型误差。
模型精度评价应解决一下问题：由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差到底有多大、所建立的模型是否可以接受、根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。
添加成型：又称堆积成型，是利用机械、物理、化学等方式通过有序地添加材料从而堆积成型的方法。
生长成型：利用材料的活性进行成型的方法，

自然界中的生物个体发育均属于生长成型。
与传统材料加工相比，快速成型技术具有一下特点：可以制造任意复杂的三维几何实体、快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均无关、高度的柔性、成型的快速性、成型过程中信息过程和材料过程的一体化、技术的高度集成性。
按制造工艺原理分类“光固化成型、分层实体制造、选择性激光烧熔融沉积制造、三维打印。
三坐标测量机的组成
机械系统
电子系统
三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点的坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。

按三坐标测量机的精度分类:
精密型三坐标测量机 其单轴最大测量不确定度小于1乘10的-6次L（L为最大量程，单位为mm），空间最大测量不确定度小于（2~3）乘10的-6次L，一把按放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。

中心门移动式结构 优点：承载能力强和固定桥式结构精度高
龙门式结构：移动部分质量小，整个结构刚性好，三个坐标测量范围较大时也可保证测量精度，适用于大机型。

在多数情况下，光学测头与被测物体没有机械接触，这种非接触式测量方法具有一些突出优点，主要体现在：
由于不存在测量力，因而适用于测量各种软的和薄的工件。
由于是非接触测量，可以对弓箭表面进行快速扫描测量。
多数光学侧头具有比较大的量程，这是一般接触式测头难以达到的。
可以探测工件上一般机械测头难以探测到的部位。

重构方法按造型方法可分为：基于曲线的模型重构焦耳基于曲面的直接拟合。

因此，一个有经验的设计造型人员，在模型重构之前，会详细了解模型的前期信息和后续的应用要求。

逆向工程的模型重构一般是先构建曲面，如果需要，再将曲面表示转换为实体模型。
逆向工程的曲面重构基本遵循点——曲线——曲面原则。

1. 基于曲线的模型重构的特点
基于曲线的模型重构仅适合处理数据量不大，而且数据呈有序排列的情况，该方法的不足之处在于，若曲线分布较密，曲面造型时通过所有的曲线，则不能保证曲面的光滑性，反过来，若选定的曲线数量较少，则难以保证曲面的精度。
曲面片直接拟合造型的特点
采用该方法造型时，数据分割的准确性显得十分重要，因为，如果用一张曲面片去拟合由两个或两个以上类型的曲面组成的曲面，最终拟合的曲面都是不光滑的。

逆向工程的误差来源
1、原型误

差
2、测量误差
3、测头半径误差
4、数据处理误差
5、造型误差

模型精度评价应解决以下问题
1、由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差到底有多大。
2、所建立的模型是否可以接受。
3、根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。

快速成型存在背景：
一方面表现为消费者的需求日益主体化、个性化和多样化，另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。

添加成型的概念：又称为堆积成型，是利用机械、物理、化学等方式通过有序地添加材料从而堆积成型的方法。
生长成型：利用材料的活性进行成型的方法，自然界中的生物（植物、动物）个体发育均属于生长成型。

快速成型技术的特点
与传统材料加工技术相比，快速成型技术具有以下几个特点：
1、可以制造任意复杂的三维几何实体。
2、快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均无关。
3、高度的柔性。
4、成型的快速性。
5、成型过程中信息过程和材料过程的一体化。
6、技术的高度集成性。

快速成型制造工艺按制造工艺原理分类
1. 光固化成型（简称SLA）
2. 分层实体制造
3. 选择性激光烧结
4. 熔融沉积制造
5. 三维打印

二维工程图样或三维观感不够直观，表达效果受到很大限制，并且手工制作模型耗时长，精度较差，修改也困难。

直接快速模具制造指的是利用不同类型的快速成型技术（SLA、SLS、LOM等）直接制造出模具本身，然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的力学性能、尺寸精度和表面粗糙度。
SLS工艺直接制模
SLS工艺采用树脂，陶瓷和金属粉末等多种材料直接制造模具。
直接快速模具技术与间接快速模具技术比较：直接快速模具制造工艺简单、工期短，特别是与计算机技术密切结合，能够快速完成模具制造，对于那些具有复杂形势的内流道冷却的模具与零件，采用直接快速制模有着其他方法不能替代的独特优势。但是，它在模具精度和性能控制方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成本提高较大，模具的尺寸也受到较大的限制。与之相比，间接快速模具制造通过快速成型技术与传统模具翻制技术想结合制造模具，犹豫这些传统翻制技术的多样性，可以根据不用的应用要求，选择不同复杂程度和成本的工艺，一方面可以教好地控制模具的精度、表面质量、力学性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性的要求。

快速成型在快速铸造中的应用：直接成型熔模铸造用蜡模 、直接成型铸造用可消失模、直接成型砂型铸造用砂型或木模 、直接成型精密铸造用型壳、用快速样件成型

方法制造压型

快速成型是从零件的CAD模型或其他数据模型出发，用分层处理软件将三维数据模型离散成截面数据，输送到快速成型系统的过程。从CAD系统 反求工程 CT或MRT获得的几何数据以快速成型分层软件能接受的数据格式保存，分层软件通过对三围模型的工艺处理、STL文件的处理、层片文件处理

快速成型的数据来源主要有以下几类：三维CAD模型、逆行工程数据、医学/体素数据

支撑的作用主要有：1、便于零件从工作台取出。
2、保证预成型的零件原型处于水平位置，消除工作台的平面度误差所引起的误差。
3、有利于减小或消除翘曲变形。

添加支撑需考虑以下因素：1、支撑的强度和稳定性。
2、支撑的加工时间。
3、支撑的可去除性。


定向、排样合并的优化原则：1、使垂直面的数量最大化。
2、使法向向上的水平面最大化。
3、使平面内曲线边界的截面数量最大化。
4、使斜面的数量最少。
5、使悬臂结构的数量最少。

应用较广泛的有快速成型工艺方法有：SLA 、LOM 、SLS、FDM、3DP

分层实体制造的后处理：1 需要进行剥离。
2 余料去除。
3、表面处理。

选择性激光烧结的优缺点：优点：1、可以采用多种材料。
2、过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。
3、材料利用率高、未烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。
4、无需支撑结构。
5、与其他成型方法相比，能生产较硬的模具。
缺点：1、原型结构疏松、多孔、且有内应力，制件易变形。
2、生产陶瓷、金属制件的后处理较难。
3、需要预热和冷却。
4、成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。
5、成型过程产生有毒气体和粉尘，污染环境。

几种典型成型方法比较
成型方法 成型速度 原型精度 制造成本 复杂程度 零件大小 常用材料
SLA 较快 较高 较高 中等 中小件 热固性光敏材料等
LOM 快 较高 低 复杂或中等 中大件 纸、金属箔、塑料薄膜
SLS 较慢 较低 较低 复杂 中小件 石蜡 塑料 金属陶瓷
FDM 较慢 较低 较低 中等 中小件 石蜡 塑料 低熔点金属
3DP 快 较低 低 复

杂 中小件 陶瓷粉末 金属粉末


人们提出了构建集成逆向工程系统的思想。这种系统是将前期的产品数字化、后期的产品、模具制造和目前的实物逆向工程系统进行技术集成。

逆向工程技术和正向工程技术的区别有两点：一是实物外形的数字化，二是基于离散扫描数据的三维模型重建。

集成系统框架可以分为三个部分或三个子系统：数字化及数据处理子系统、模型重建子系统和产品制造子系统。