逆向工程技术及其应用 PPT
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逆向工程教案PPT
光学扫描测头
模拟扫描测头
激光扫描测头
——机械接触式测头
三坐标测量机（CMM）－
接触测量 精度高，几个um
接触式特点
可直接测量特征尺寸
测量速度慢
硬质表面
内部尺寸受限制
光电式测头——结构形式
三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、 接触式光栅测头
三角法测头——基本原理
已有的相关科学技术成果进行创新构思， 设计出具有科学性、创造性、新颖性及实 用性的产品的一种实践活动，是创造具有 市场竞争优势商品的过程。 其基本特征是新颖性和先进性。
2、创新设计的分类
常规设计：一般只需对某些参数作些变动
原理开拓型：运用新技术原理解决新问题、应用新 技术原理解决老问题、对“旧”技术原理进行新的开 发应用 组合创新类：将已有的零部件，通过有机组合而成 为一种产品，这种产品又能达到一种新的整体功效
将被测物体置于 三坐标机的测量 空间，可获得被 测物体上各测量 点的坐标位置， 根据这些点的空 间坐标值，经计 算可求出被测得 几何尺寸、形状 和位置。
—— 组成：
三坐标测量机（CMM）
测头：按照结构原理，可分为机械式、光学式和电气式等
按测量方法，可分为接触式和非接触式 接触式触头可分为硬测头和软测头
电气式测头
类型：动态测头和静态测头 动态测头（触发式）的结构形式和特点
动态测头结构简单、成 本低，可用于高速测量， 但精度稍低，而且动态 测头不能以接触状态停 留在工件表面，因而只 能对工件表面作离散的 逐点测量，不能作连续 的扫描测量。
静态测头的结构形式和特点
静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外， 还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三 维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在 X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而 驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的 位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐 标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面 移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量， 因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可 以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢， 价格昂贵，适合于高精度测量机使用。
培训资料逆向工程PPT课件
2.要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切 忌贪多，一个CAD/CAM软件中的各种功能复杂多样，初学者往往 陷入其中不能自拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一 部分，完全没有必要求全。对于一些难得一用的功能，即使学了也 容易忘记，徒然浪费时间；另一方面，对于必要的、常用的功能应
. 重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通
7
曲面造型的学习方法
3.重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软 件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时 间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下 手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术 其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的 思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能成为造型高手。 4.应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”， 在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则 贻害无穷。
• 优势： • 采点速率高，能获取大量
的点云。 • 有一定景深，配合片区式
扫描，使得编程简单。 • 塑料件、橡胶件、薄壁件
等工件不受影响。
• 缺点： • 精度比触发式测量要低。
10
PC-DMIS中扫描
• 开放路径扫描 （OPEN LINE SCAN）
• 闭合路径扫描 （CLOSE LINE SCAN）
1D
2
1D
2
1D
2
13
逆向工程---扫描终止通过次数
逆向工程:
简单的讲就是对现有实物的一种反求. 就这种思维的方法而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的逆向逻 辑形式，国际称之为逆向工程。 它主要包括三方面:形状反求,工艺反求,材料反求 实施逆向工程的目的是为了更好地实现产品设计的并行工程。增加产品 设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增 强企业竞争力
. 重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通
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曲面造型的学习方法
3.重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软 件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时 间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下 手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术 其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的 思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能成为造型高手。 4.应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”， 在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则 贻害无穷。
• 优势： • 采点速率高，能获取大量
的点云。 • 有一定景深，配合片区式
扫描，使得编程简单。 • 塑料件、橡胶件、薄壁件
等工件不受影响。
• 缺点： • 精度比触发式测量要低。
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PC-DMIS中扫描
• 开放路径扫描 （OPEN LINE SCAN）
• 闭合路径扫描 （CLOSE LINE SCAN）
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逆向工程---扫描终止通过次数
逆向工程:
简单的讲就是对现有实物的一种反求. 就这种思维的方法而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的逆向逻 辑形式，国际称之为逆向工程。 它主要包括三方面:形状反求,工艺反求,材料反求 实施逆向工程的目的是为了更好地实现产品设计的并行工程。增加产品 设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增 强企业竞争力
逆向工程及快速成型技术概述(ppt 49张)
2.2 快速成型技术加工方法和设备
• •
目前快速成型技术的快速成型工艺方法 有十多种。比较成熟的而且常用的四种成 型方法有：光固化成型、分层实体制造、 选择域激光粉末烧结成型、熔融沉积成型。
• 1. 光固化法技术是基于液态光敏树脂的光 聚合原理工作的，这种液态材料在一定波 长和强度的紫外光照射下，能迅速发生聚 合反应，分子量急剧增大，材料也就从液 态转变为固态。 • 优点： • (1)原材料的利用率将近100%。 • (2)尺寸精度高 • (3)表面质量优良 • (4)可以制作结构十分复杂的模型
熔融沉积快速成型
2.3快速成型技术的应用
• 快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发 中的设计评价、功能试验上。设计人员根据快速 成型得到的试件原型对产品的设计方案进行试验 分析、性能评价，借此缩短产品的开发周期、降 低设计费用。经过十几年的发展，快速原型技术 早已突破了其最初意义上的“原型”概念，向着 快速零件、快速工具等方向发展。 • 目前快速成型技术已经得到了工业界的普遍关 注，尤其在家用电器、汽车、玩具、轻工业产品、 建筑模型、医疗器械及人造器官模型、航天器以 及从事CAD的部门都得到了良好的应用。
•
鞋楦的扫描与反求
汽车造型的扫描与反求
• 复杂曲面的反求
骨骼扫描及反求
牙颌的点云及反求
狗 头 部 的 点 云 及 反பைடு நூலகம்求
人 面 部 的 点 云 和 反 求
• 艺术品的点云和反求
• 二、逆向工程的发展趋势
• 逆向工程技术是目前CAD/CAM领域一个十分活 跃的研究方向，以下技术的发展值得期待： • （1）发展面向逆向工程的专用测量系统 • （2）研究适应不同的测量方法和后续用途的离散 数据后处理技术。 • （3）拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑 的拼接 • （4）有效的特征识别和考虑约束的模型重建方法 • （5）发展基于集成的逆向工程技术
逆向工程ppt
奔驰SMART逆向工程案例分析
3.模型形成： 通过扫描数据导入设计软件中进行处理，获 得汽车外形构造的三维模型。
4.模型优化： 通过对扫描数据进行修改形成多个新的模型 ，对修改获得的不同模型进行模拟测试，通 过测试得到各模型的风阻数据，通过比较数 据的大小来选出最优的模型。
奔驰SMART逆向工程案例分析
逆向工程的分类
实物逆向
它是在已有产品实物的条件下， 通过测绘和分折，从而再创造； 其中包括功能逆向、性能逆向、 方案、结构、材质等多方面的逆 向。实物逆向的对象可以是整机、 零部件或组件。
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。软件逆向有三类：既有实物， 又有全套技术软件；只有实物而无技 术软件；没有实物，仅有全套或部分 技术软件。
逆向工程
影像逆向
设计者既无产品实物，也无技术软件，仅 有产品的图片、广告介绍或参观后的印象 等，设计者要通过这些影像资料去构思、 设计产品，该种逆向称为影像逆向。
逆向工程的步骤
逆向工程设计实施步骤如下
2、零件原形的数字化
3、提取零件 的几何特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、设计 前的准备 工作 5、重建CAD模型 的检验与修正
2 1 3
在设备维修中对 个别损坏或磨损 零件的复制
应用 5
设计需要实验才 能定型的工件模 型
在美学设计特别重要的领域 ，通常采用真实比例的木制 或泥塑模型来评估设计的美 学效果，再通过逆向工程进 4 行设计 数字化模型的检测
6
逆向工程的前景
逆向工程做为一种非常高效的产品设计思路和 方法，可以迅速、精确、方便地获得得实物的 三维数据及模型。为产品提供先进的开发、设 计及制造的技术支撑。它改变了传统产品设计 开发模式, 大大缩短了产品开发的时间周期,提 高产品研发的成功率。目前，逆向工程在各个 领域发挥着重要作用，比如汽车外观设计、医 学上的人工器官等。但逆向工程的主要应用部 分还是在模具专业上，它大大促进了我国制造 业的发展。作为一个国家来说，吃透别人的技 术仅仅是第一步，在此基础上结合国情进行再 创造，变成有自主权和竞争力的新产品，才是 反求工程的完整意义和目的。
逆向工程技术及其应用PPT课件
2、逆向工程流程
实物样 件 数字化测量 量
二维图样、 技术文档 CAD 模 型 重构 快速成型 RP 产品样本 件 仿制改制 产品 CAD/CAE 系统 CAM系统 模具 新产品
逆向工程流程
P D M 系 统
2、逆向工程流程
实物样件
数据采集
数据预处理
简单流程图
ห้องสมุดไป่ตู้
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： 三坐标测量仪 接触式
数据简化
算法—在网格中寻找不重要的点、边和面，去掉它们。 难点是如何确定重要性权值。
数据简化
在不损失模型特 征的情况下对点 云进行有效的精 简可以大大的提 高工作效率 数据精简前点云 数为323315点 数据精简后点云 数为104748点
精简前
精简后
数据简化
递进网格----网格简化又 一个应用，网络传输显示。
快速成型技术
快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）20世纪80年代 发展起来的，它综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术 及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思 想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而大大缩 短产品的研制周期。因而，被认为是近20来制造领域的一个 重大突破。影响力与数控技术相当。 3D打印
三角几何测量法
干涉法
测 量 设 备
机械手
基于光学
非接触式 基于声学
光速测距法
结构化光照法 图像分析法
基于磁学
测量设备
《逆向工程设计方法》课件
艺术品复制的逆向工程设计案例
总结词
艺术价值高、细节要求高
详细描述
在艺术品复制领域，逆向工程设计方法的应用可以帮助艺术家快速准确地复制出原作的 三维模型。通过高精度的测量和数据处理，可以获得原作中微妙的形状和纹理细节，从 而在复制过程中保持艺术品的原汁原味。这不仅有助于艺术品的保护和传承，还可以为
艺术家提供创作灵感和参考。
逆向工程软件工具的选择与使用
01
根据项目需求选择合适的逆向 工程软件工具，需要考虑软件 的功能、精度、易用性、成本 等因素。
02
在使用逆向工程软件工具时， 需要掌握一定的技术知识和操 作技巧，包括点云数据处理、 曲面建模、误差检测等。
03
在进行逆向工程设计时，需要 遵循一定的设计规范和标准， 保证设计结果的准确性和可靠 性。
模型重建精度不高 由于数据采集的限制，逆向工程 设计的模型重建精度往往受到限 制，难以达到高精度要求。
计算量大 逆向工程涉及大量的计算和优化 ，对计算资源和计算效率要求较 高，需要高性能计算机和专业的 软件支持。
逆向工程设计方法的展望
提高数据采集和处理技术
随着传感器技术和数据处理技术的发 展，未来逆向工程设计的数据采集和 处理将更加准确和高效。
总结词
详细描述
几何模型可以是用CAD软件创建的三维模 型，也可以是二维图纸或实物模型。
基于几何模型的方法需要较高的测量和建 模技术，同时也需要了解产品的制造工艺 和材料特性。
基于图像模型的逆向工程设计方法
总结词
基于图像模型的方法是通过分析图像数据来推导和优化设计的方法。
详细描述
这种方法通常用于图像处理、计算机视觉和医学影像等领域。通过分 析图像数据，设计师可以提取特征、识别模式并优化设计方案。
逆向工程技术特点应用与分析课件
21 通过软件系统。
应用举例
1． 逆向工程技术的应用
(1)读入点云数据。 Surfacer 可以接收 几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以 接收其它格式，例如： STL 、VDA 等。 将点群资料计算成三角形网格，可判断点 群特征形状，利用网格的着色功能可观察 点群的外观。
(2)对点云数据进行判断，去除噪音点( 即测量误差点)。
标测量设备(非接触式)。体现了检测设备的高速化、廉价
化和功能复合化的特点。
l 在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使用接触式扫描仪。但在对橡胶、油泥、人体头像或超 薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，但 设备成本较高。
在进行曲面拟合之前，要对数据点云进行 判断并去除噪声点，以保证结果的准确性 和精确性。 Surfacer 有很多工具来对点 云进行判断并去掉噪音点，以保证结果的 准确性。通过可视化点云观察和判断，规 图1测量点云及其 划如何创建曲面。
22 定位
l ( 3 ) 定 位 ( registration)
23
l 3.2 曲线创建过程 l 自由曲面点云数据经分段或切片之后，应根据
需要判断和决定生成哪种类型的曲线。在反求 工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光 顺性好的曲线、曲面， 而准确度和光顺性永远 是矛盾的。 l (1)判断和决定生成哪种类型的曲线。
l 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺
l 至此，定位的二个条件：一个底平面和一条直线已经生成，与点云 一起构成群组，如图2所示。
l (5)在构图坐标系中，生成一个平面和一条直线，对群组用 Stepwise Registration完成定位，如图2 (c)所示。
应用举例
1． 逆向工程技术的应用
(1)读入点云数据。 Surfacer 可以接收 几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以 接收其它格式，例如： STL 、VDA 等。 将点群资料计算成三角形网格，可判断点 群特征形状，利用网格的着色功能可观察 点群的外观。
(2)对点云数据进行判断，去除噪音点( 即测量误差点)。
标测量设备(非接触式)。体现了检测设备的高速化、廉价
化和功能复合化的特点。
l 在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使用接触式扫描仪。但在对橡胶、油泥、人体头像或超 薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，但 设备成本较高。
在进行曲面拟合之前，要对数据点云进行 判断并去除噪声点，以保证结果的准确性 和精确性。 Surfacer 有很多工具来对点 云进行判断并去掉噪音点，以保证结果的 准确性。通过可视化点云观察和判断，规 图1测量点云及其 划如何创建曲面。
22 定位
l ( 3 ) 定 位 ( registration)
23
l 3.2 曲线创建过程 l 自由曲面点云数据经分段或切片之后，应根据
需要判断和决定生成哪种类型的曲线。在反求 工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光 顺性好的曲线、曲面， 而准确度和光顺性永远 是矛盾的。 l (1)判断和决定生成哪种类型的曲线。
l 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺
l 至此，定位的二个条件：一个底平面和一条直线已经生成，与点云 一起构成群组，如图2所示。
l (5)在构图坐标系中，生成一个平面和一条直线，对群组用 Stepwise Registration完成定位，如图2 (c)所示。
逆向工程概述 ppt课件
考元素
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
16
四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
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四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
逆向工程技术及其应用PPT课件
逆向工程实例
这是一个具体的应用实 例，主要步骤如下：
1、根据客户要求制定 相应的数据采集方案。 本案例采用激光扫描仪 一次扫描完成数据采集。
2、对点数据进行去除 杂点、过滤精简等处理。
逆向工程实例
3、根据样件的特点提取 特征线，本案例按照一条 曲线取截面线。
4、对拟合曲线进行误差 分析，确定在允许范围内， 可进行下面的工作，否则 要重新以更多的控制点进 行拟合，直到把误差控制 在允许范围之内。控制点 不宜过多，这样会影响曲 线质量。
光速测距法 结构化光照法 图像分析法
机械手
优点：具有携带方便，测量精度高等特点。
三坐标测量机(CMM)
优点：测量精度较高，价格低廉。 缺点：测量速度慢，对于柔性材料会出现变形而产生测量
误差，在进行半径补偿时也会出现误差。
采用三角几何法的扫描仪
优点：能快速采集物体的表面点数据信息。 缺点：采集精度受目标物体表面质量和扫描仪与目标物
体之间的距离和环境因素等影响。
三维激光扫描仪工作流程
1、 对要扫描的零件做好表面处理,如喷漆或喷砂 处理。
2、规化扫描方法，如果是大的板金件采取平面扫 描方式，如果是回转体可选择旋转扫描方式。尽 量以最少的次数采集最多的数据。
3、将零件固定在工作台上，保证稳定。 4、确定扫描范围，调整激光强度及步进大小。 5、开始扫描数据。 6、保存数据文件，扫描完毕。
Unigraphics NX
Unigraphics(UG),是美国 EDS公司 推出的CAD/CAE/CAM一体化软 件，广泛应用于航空、汽车、机 械、家电等各行各业。
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
逆向工程技术及其应用.pptx
逆向工程技术及其应用
姓名 专业：机械工程 课程：CAD/CAM
逆向工程技术
1.什么是逆向工程 2.逆向工程主要应用 3.逆向工程流程 4.逆向工程实例 5.软件介绍
1.逆向工程定义
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。正向工程与逆向工程 的本质区别在于设计是从哪里开始的。
主要用途
主要包括以下几个方面： ①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图；
②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改 型或仿型设计； ③在设备维修中对个别损坏或 磨损零件的复制； ④在美学设计特别重要的领 域，通常采用真实比例的木制或泥塑模型来评 估设计的美学效果，再通过逆向工程进行设计； ⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通 常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领 域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风 洞实验的产品模型； ⑥数字化模型的检测，如 检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物 与CAD模型的比较等
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
《非接触式》
非接触式测量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。例如：声纳测量仪利 用声音遇到被测物体产生回声的时间计 算点与声源间的距离。
去除杂点点
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无用点，这些无用点 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杂点去除。
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。
姓名 专业：机械工程 课程：CAD/CAM
逆向工程技术
1.什么是逆向工程 2.逆向工程主要应用 3.逆向工程流程 4.逆向工程实例 5.软件介绍
1.逆向工程定义
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。正向工程与逆向工程 的本质区别在于设计是从哪里开始的。
主要用途
主要包括以下几个方面： ①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图；
②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改 型或仿型设计； ③在设备维修中对个别损坏或 磨损零件的复制； ④在美学设计特别重要的领 域，通常采用真实比例的木制或泥塑模型来评 估设计的美学效果，再通过逆向工程进行设计； ⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通 常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领 域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风 洞实验的产品模型； ⑥数字化模型的检测，如 检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物 与CAD模型的比较等
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
《非接触式》
非接触式测量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。例如：声纳测量仪利 用声音遇到被测物体产生回声的时间计 算点与声源间的距离。
去除杂点点
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无用点，这些无用点 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杂点去除。
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。
06 逆向工程系统1.ppt
冷却收缩 2、变形 成型过程中的变形 后固化处理中的变形 3、减小翘曲变形的方法 改进工艺
树脂配方的改进
§2.2 叠层实体制造工艺
1991年 美国Helisys公司。
CO2 激光器，寿命 长（20000小时）。
材料：纸、金属箔。
2
特点 优点： (1)尺寸精度较高； (2)只须对轮廓线进行切割，制作效率高； (3)无需设计支撑； (4)制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定 的切削加工；
四
LOM原型的表面涂覆
1 提高强度 2 提高耐热性 3 提高抗湿性
4 延长原型的寿命
5 易于表面打磨、抛光
§2.3 熔融沉积法（FDM）
一 基本原理
二
熔融沉积工艺的特点
(1) 可以使用无毒的原材料，系统可在办公环境中使用。
(2) 成型速度快。
(3) 用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。
(4) 材料成型过程无化学变化，制件的翘曲变形小。 (5) 原材料利用率高。 (7) 支撑去除简单
Selective Laser Sintering 激光选区烧结
各类成型设备市场份额
(按全球销售额统计)
7.3% 7.1% SLS FDM LOM 8.3%
7% 其它 光固化 SL 69.4 %
美国SME/RPA统计，2001
§2.1 光固化成型工艺（SLA）
一 概述
1980年日本名古屋工业大学的小玉秀男提出光 造型法，1981年首次发表快速原型制造技术论文。
(5)所用二氧化碳激光器寿命达20000小时；
(6)构形材料价格便宜(50元/kg)。
缺点： (1) 不能直接制作塑料件； (2) 表面粗糙度较高，工件表面有明显的台阶纹， 成型后要进行打磨； (3) 易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理； (4) 工件缺少弹性。
树脂配方的改进
§2.2 叠层实体制造工艺
1991年 美国Helisys公司。
CO2 激光器，寿命 长（20000小时）。
材料：纸、金属箔。
2
特点 优点： (1)尺寸精度较高； (2)只须对轮廓线进行切割，制作效率高； (3)无需设计支撑； (4)制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定 的切削加工；
四
LOM原型的表面涂覆
1 提高强度 2 提高耐热性 3 提高抗湿性
4 延长原型的寿命
5 易于表面打磨、抛光
§2.3 熔融沉积法（FDM）
一 基本原理
二
熔融沉积工艺的特点
(1) 可以使用无毒的原材料，系统可在办公环境中使用。
(2) 成型速度快。
(3) 用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。
(4) 材料成型过程无化学变化，制件的翘曲变形小。 (5) 原材料利用率高。 (7) 支撑去除简单
Selective Laser Sintering 激光选区烧结
各类成型设备市场份额
(按全球销售额统计)
7.3% 7.1% SLS FDM LOM 8.3%
7% 其它 光固化 SL 69.4 %
美国SME/RPA统计，2001
§2.1 光固化成型工艺（SLA）
一 概述
1980年日本名古屋工业大学的小玉秀男提出光 造型法，1981年首次发表快速原型制造技术论文。
(5)所用二氧化碳激光器寿命达20000小时；
(6)构形材料价格便宜(50元/kg)。
缺点： (1) 不能直接制作塑料件； (2) 表面粗糙度较高，工件表面有明显的台阶纹， 成型后要进行打磨； (3) 易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理； (4) 工件缺少弹性。
逆向工程技术及应用PPT课件
本章提要
❖ 1 逆向工程的基本概念 ❖ 2 逆求技术的分类 ❖ 3 产品几何形状的数字化技术 ❖ 4 测量数据的预处理技术 ❖ 5 模型重建 ❖ 6 逆向工程的未来趋势及展望
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
1.1 逆向工程的概念
7
❖ 逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简 单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品 模型，反向推出产品的设计数据（包括设计 图纸或数字模型）的过程。
8
逆向工程的概念
❖ 逆向工程是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， 对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是 对已有设计的再设计。
5
❖ 为适应现代先进制造技术的发展，需将 实物样件或手工模型转化为CAD数据，以便 利用快速成形系统、计算机辅助系统等对其 进行处理。并进行修改和优化设计。
❖ 逆向工程（Reverse Engineering，RE）系统 就专门为制造业提供了一个全新、高效的三 维制造路线。实现从实际物体到几何建模的 直接转换。
15
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。提出再创造的关键技术； 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。
16
1.1 试验方案和试验方法
❖ 实物反求，首先要在未解体前进行功能、性能等全面试验考 核，测试其各项功能和性能指标。为此，应解决以下几项内 容：
6
❖ 1 逆向工程的基本概念 ❖ 2 逆求技术的分类 ❖ 3 产品几何形状的数字化技术 ❖ 4 测量数据的预处理技术 ❖ 5 模型重建 ❖ 6 逆向工程的未来趋势及展望
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
1.1 逆向工程的概念
7
❖ 逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简 单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品 模型，反向推出产品的设计数据（包括设计 图纸或数字模型）的过程。
8
逆向工程的概念
❖ 逆向工程是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， 对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是 对已有设计的再设计。
5
❖ 为适应现代先进制造技术的发展，需将 实物样件或手工模型转化为CAD数据，以便 利用快速成形系统、计算机辅助系统等对其 进行处理。并进行修改和优化设计。
❖ 逆向工程（Reverse Engineering，RE）系统 就专门为制造业提供了一个全新、高效的三 维制造路线。实现从实际物体到几何建模的 直接转换。
15
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。提出再创造的关键技术； 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。
16
1.1 试验方案和试验方法
❖ 实物反求，首先要在未解体前进行功能、性能等全面试验考 核，测试其各项功能和性能指标。为此，应解决以下几项内 容：
6
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是近30年的事情。 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。
2、逆向工程流程
实物样 件 数字化测量 量
二维图样、 技术文档 CAD 模 型 重构 快速成型 RP 产品样本 件
逆向工程流程
仿制改制 产品 CAD/CAE 系统 CAM系统 模具 新产品 P D M 系 统
2、逆向工程流程
实物样件
数据采集
数据预处理
简单流程图
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： 三坐标测量仪 接触式
三角几何测量法
干涉法
测 量 设 备
机械手
基于光学
非接触式 基于声学
光速测距法
结构化光照法 图像分析法
基于磁学
测量设备
接触式测量
非接触式测 11 量
2018/5/5
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。 • 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。 • 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。
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。 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
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。
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。
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
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。
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。 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。
13 接触式测量 2018/5/5
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。 • 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 2018/5/5
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
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 ，可有效光顺模型，同时保留特征。 i 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。
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。
2、逆向工程流程
实物样 件 数字化测量 量
二维图样、 技术文档 CAD 模 型 重构 快速成型 RP 产品样本 件
逆向工程流程
仿制改制 产品 CAD/CAE 系统 CAM系统 模具 新产品 P D M 系 统
2、逆向工程流程
实物样件
数据采集
数据预处理
简单流程图
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： 三坐标测量仪 接触式
三角几何测量法
干涉法
测 量 设 备
机械手
基于光学
非接触式 基于声学
光速测距法
结构化光照法 图像分析法
基于磁学
测量设备
接触式测量
非接触式测 11 量
2018/5/5
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。 • 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。 • 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。
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。 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
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。
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。
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
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。
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。 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。
13 接触式测量 2018/5/5
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。 • 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 2018/5/5
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
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 ，可有效光顺模型，同时保留特征。 i 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。