逆向工程技术及其应用.pptx

（二）数据处理
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：
曲面重构的基本思路
1、点云预处理 2、提取特征线 3、将特征线导
入三维造型软 件 4、构造自由曲 面并裁剪等处 理 5、生成过渡曲 面 6、加厚生成实 体
曲面重构的关键问题
曲面重构时要考虑的关键问题有两个： 一是用有比较简单的几何元素对模型进行表达 ； 二是怎样找到原设计者的造型思路或痕迹，并 以相类似（最好是相同）的几何元素构造CAD 模型。
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。
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。
《非接触式》
激光测距法是将激光束的飞行时间转化 为被测点与参考平面间的距离。非接触 式测量使测量效率得到了极大提高，某 些光学测量机可以在数秒钟内得到几十 万个数据点，因而在测量过程中可以大 大减少人工测量规划，在整个样件表面 快速采集大量的密集点集。由于操作简 便，以激光测距法为代表的非接触式测 量技术近两年来，发展迅速，应用普及 面越来越广
数据精简
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
（三）曲面重构
曲面重构就是根据数据采集信息来恢复原始曲 面的几何模型。但是它和普通的曲面建模又有 很大的区别。逆向曲面建模是通过大量的点云 数据来获得曲面的信息，所以说它所面向的对 象是海量的点云数据，是一种非参数化建模。 逆向曲面模型的光顺性与拟合精度始终是一对 难以调和的矛盾。如果过高地追求曲面的精度， 保证曲面通过绝大多数点云，必然导致曲面的 光顺性较差。因此，曲面重构是逆向工程中最 为重要的一部分。
3.逆向工程工作流程图
实物样件 数据采集 数据处理 曲面重构
(一)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
测 量 设 备
非接触式
CMM 机械手
基于光学 基于声学 基于磁学
三角几何测量法 干涉法
光速测距法 结构化光照法 图像分析法
《接触式》 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
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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
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。
概念设计
a)正向工程 详细设计 CAD数模
模具
成品
实物样件
b)逆向工程 数据获取 CAD数模
模具 成品
逆向工程
逆向工程(Reverse Engineering , RE)也称反求工程， 是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程(Forward Engineering , FE)而提出的。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，如利用三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，是对已有产品的再设计、再创造的 过程。
4.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。
去除杂点
数据拼合
数据精简
去除杂点
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。