逆向工程技术和应用
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在实际操作中，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产的 全过程。
1、什么是逆向工程
正向工程是泛指按常规的从概念(草图)设计到具体模型 设计再到成品的生产制造过程。逆向工程常指从现有 模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概 念模型和工程设计模型乃至成品的过程。
2020/6/8
测量方法的比较
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。
• 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。
20世纪80年代初分别由美国3M公司、日本名 古屋工业研究所以及美国UVP公司提出。
1、什么是逆向工程
逆向工程发展至今，已经成为世界各国在发展经 济中不可缺少的手段和重要策略之一。
据统计，各国70%以上的技术源于国外，逆向工 程作为掌握、改进和发展技术的一种手段，可使产品 研制周期缩短40%以上，从而极大地提高了生产率。 逆向工程的实际应用为许多企业的发展带来了生机， 进而为创新设计和各种新产品开发奠定了良好基础。
• 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。
• 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13 量
a)正向工程 概念设计 详细设计 CAD数模 模具 成品
b)逆向工程
实物样件 数据获取 CAD数模 模具 成品
2、逆向工程流程
实物样 件
二维图样、 技术文档
仿制改制 产品
数 字 化 测 量 CAD 模 型 CAD/CAE
P
量
重构
系统
D
快速成型
CAM系统
M 系
RP
统
产品样本
模具
件
新产品
逆向工程流程
2、逆向工程流程
实物样件
简单流程图
数据采集 数据预处理 曲面重构
2.1数据采集
数据采集是逆向工程建模的第一步，它是用一定的设 备对实物进行测量来获取实物的表面数据(有时也包括 内部数据)。测量的方法有很多，如图所示：
接触式
三坐标测量仪 三角几何测量法
测
机械手
干涉法
量源自文库
设
基于光学
光速测距法
备 非接触式
基于声学
结构化光照法
日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进 技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展 的一条捷径。观点很快被事实验证，由此引发了逆向 设计（Reverse Design）的概念。
1、什么是逆向工程
明确提出逆向工程（Reverse Engineering）这 个术语并作为一门学问和实用技术进行系统研究则 是近30年的事情。
基于磁学
图像分析法
测量设备
接触式测量
非接触式测 11量
2020/6/8
数字获取方法
测量方法的比较
优点 • 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。
缺点
• 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。
• 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。
网格光顺技术
缺点：邻域点权值均等，与实际不符。 导致过渡光顺，模型尖边特征也会 模糊……
网格光顺技术
改进：修改邻域权值 ，i 可有效光顺模型，同时保留特征。
然而，如何确定权值是难点，此外，噪声和小的尖特征也难 以区别……
i
从左至右：原始模型，噪声模型，光顺模型
数据拼合
受激光扫描仪的限制，很多零件是不能一次就采集 全所有数据的，多次扫描后每块点云的坐标都发生 了变化，数据拼合就是把它们统一在一个坐标系下。
逆向工程技术及其应用
一、逆向工程技术
1、什么是逆向工程 2、逆向工程流程 3、逆向工程软件介绍 4、产品制造技术介绍 5、逆向工程应用 6、逆向工程技术发展展望
1、什么是逆向工程
20世纪60 年代，日本为了恢复和振兴经济，提 出科技兴国和大力发展制造业的方针：“一代引进， 二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”， 并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发 展给予优惠政策。
1、什么是逆向工程
逆向工程 (Reverse Engineering）以设计方法学为指 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 产品进行解剖、深化和再创造，这就是逆向工程的含 义。可以说，逆向设计是对已有设计的再设计，其中 再创造是逆向设计的灵魂。
数据插补
由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会 存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表 面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据 空白现象，影响曲面的逆向建模。
• 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
14
2020/6/8
数据格式
模型重建方法：等值面抽取(MC)算 法、径向基函数(RBF)算法及德洛 内三角化(DT)等
… …
3D重建流程
2.2 数据预处理
在数据采集阶段，几乎所有的测量方式、测量系统在 测量过程中都不可避免地存在误差。对于大型或复杂 的零件我们也不得不进行多次扫描。这样就需要对采 集后的数据进行拼合处理。由光学方法得到的极为密 集的测量数据称为“点云”，对于点云我们也要做必 要的精简处理。数据的预处理是十分必要的。对于点 云的预处理主要包括以下几个方面：
去除杂点
数据拼合
数据细分及精简
去除噪声
受扫描设备和环境因素的影响，扫描以后得到的点云 会存在大量的噪声点，这些噪声点会干扰我们后继工 作的展开，所以在进行曲面重构之前要把这些噪声点 去除。
噪声就是表面高频小凸起等 细小结构。
去除噪声也称为 网格光顺
网格光顺技术
新的网格点等于邻域点的平均坐标值，循环递归可以有效去 除噪声，改善网格三角片形状，且不会改变模型拓扑。
1、什么是逆向工程
正向工程是泛指按常规的从概念(草图)设计到具体模型 设计再到成品的生产制造过程。逆向工程常指从现有 模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概 念模型和工程设计模型乃至成品的过程。
2020/6/8
测量方法的比较
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。
• 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。
20世纪80年代初分别由美国3M公司、日本名 古屋工业研究所以及美国UVP公司提出。
1、什么是逆向工程
逆向工程发展至今，已经成为世界各国在发展经 济中不可缺少的手段和重要策略之一。
据统计，各国70%以上的技术源于国外，逆向工 程作为掌握、改进和发展技术的一种手段，可使产品 研制周期缩短40%以上，从而极大地提高了生产率。 逆向工程的实际应用为许多企业的发展带来了生机， 进而为创新设计和各种新产品开发奠定了良好基础。
• 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。
• 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13 量
a)正向工程 概念设计 详细设计 CAD数模 模具 成品
b)逆向工程
实物样件 数据获取 CAD数模 模具 成品
2、逆向工程流程
实物样 件
二维图样、 技术文档
仿制改制 产品
数 字 化 测 量 CAD 模 型 CAD/CAE
P
量
重构
系统
D
快速成型
CAM系统
M 系
RP
统
产品样本
模具
件
新产品
逆向工程流程
2、逆向工程流程
实物样件
简单流程图
数据采集 数据预处理 曲面重构
2.1数据采集
数据采集是逆向工程建模的第一步，它是用一定的设 备对实物进行测量来获取实物的表面数据(有时也包括 内部数据)。测量的方法有很多，如图所示：
接触式
三坐标测量仪 三角几何测量法
测
机械手
干涉法
量源自文库
设
基于光学
光速测距法
备 非接触式
基于声学
结构化光照法
日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进 技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展 的一条捷径。观点很快被事实验证，由此引发了逆向 设计（Reverse Design）的概念。
1、什么是逆向工程
明确提出逆向工程（Reverse Engineering）这 个术语并作为一门学问和实用技术进行系统研究则 是近30年的事情。
基于磁学
图像分析法
测量设备
接触式测量
非接触式测 11量
2020/6/8
数字获取方法
测量方法的比较
优点 • 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。
缺点
• 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。
• 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。
网格光顺技术
缺点：邻域点权值均等，与实际不符。 导致过渡光顺，模型尖边特征也会 模糊……
网格光顺技术
改进：修改邻域权值 ，i 可有效光顺模型，同时保留特征。
然而，如何确定权值是难点，此外，噪声和小的尖特征也难 以区别……
i
从左至右：原始模型，噪声模型，光顺模型
数据拼合
受激光扫描仪的限制，很多零件是不能一次就采集 全所有数据的，多次扫描后每块点云的坐标都发生 了变化，数据拼合就是把它们统一在一个坐标系下。
逆向工程技术及其应用
一、逆向工程技术
1、什么是逆向工程 2、逆向工程流程 3、逆向工程软件介绍 4、产品制造技术介绍 5、逆向工程应用 6、逆向工程技术发展展望
1、什么是逆向工程
20世纪60 年代，日本为了恢复和振兴经济，提 出科技兴国和大力发展制造业的方针：“一代引进， 二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”， 并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发 展给予优惠政策。
1、什么是逆向工程
逆向工程 (Reverse Engineering）以设计方法学为指 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 产品进行解剖、深化和再创造，这就是逆向工程的含 义。可以说，逆向设计是对已有设计的再设计，其中 再创造是逆向设计的灵魂。
数据插补
由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会 存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表 面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据 空白现象，影响曲面的逆向建模。
• 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
14
2020/6/8
数据格式
模型重建方法：等值面抽取(MC)算 法、径向基函数(RBF)算法及德洛 内三角化(DT)等
… …
3D重建流程
2.2 数据预处理
在数据采集阶段，几乎所有的测量方式、测量系统在 测量过程中都不可避免地存在误差。对于大型或复杂 的零件我们也不得不进行多次扫描。这样就需要对采 集后的数据进行拼合处理。由光学方法得到的极为密 集的测量数据称为“点云”，对于点云我们也要做必 要的精简处理。数据的预处理是十分必要的。对于点 云的预处理主要包括以下几个方面：
去除杂点
数据拼合
数据细分及精简
去除噪声
受扫描设备和环境因素的影响，扫描以后得到的点云 会存在大量的噪声点，这些噪声点会干扰我们后继工 作的展开，所以在进行曲面重构之前要把这些噪声点 去除。
噪声就是表面高频小凸起等 细小结构。
去除噪声也称为 网格光顺
网格光顺技术
新的网格点等于邻域点的平均坐标值，循环递归可以有效去 除噪声，改善网格三角片形状，且不会改变模型拓扑。