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§1 逆向工程概述

2、定义
市场调研、设计要求 设 计 制 造 产 品
正向设计是由未知到已知，由想象到现实的过程
已有的产品信息
消化、理解、再创新
新产品
逆向工程是已有设计的设计
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§1 逆向工程概述

2、定义


广义定义：在已知某种产品的有关信息（包括硬件、软件、照 片、广告、情报等）的条件下，以方法学为指导，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，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息 的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等，达到充分消化 和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进行再创造 狭义定义：根据实物模型的坐标测量数据，构造实物的数字化 模型（CAD模型），使得能利用CAD/CAM、RPM、PDM及 CIMS等先进技术对其进行处理或管理，主要指几何形状的反求
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§1 逆向工程概述

3、逆向工程所需软硬件

测量设备 逆向设计软件 逆向工程软件：Imageware、Raindrop、Geomagic Studio、 Paraform、ICEM Surf、Copy CAD 等 CAD/CAM系统类似模块，UG—Unigrahics、 ProE— Pro/SCAM、 Cimatron90—PointCloud等
• 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。 接触式测量
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数字化测量——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

1、数字化测量 2、测量数据预处理 3、三维重构 4、坐标配准
5、误差分析
产品 实物 数字 测量 数据 处理 三维 重构 坐标 配准 误差 分析
设计 数据
CAD 模型
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测量数据预处理

1、原因

产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面，无论是接 触式的数控测量机还是非接触式的激光扫描机，不可避免地会 引入数据误差，尤其是尖锐边和产品边界附近的测量数据，测 量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面。 另外，由于激光扫描的应用，曲面测量会产生海量的数据点， 这样在造型之前应对数据进行精简。 坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割
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测量数据预处理——点云精简
当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，而且在重构曲面的曲率 较小处还会影响曲面的光顺性。因此，在进行曲面重构前，需要建立数据的 空间邻域关系和精简数据。 在均匀精简方法中，通过以某一点定义采样立方体，求立方体内其余点 到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保留点的百分比进行精简。
5、误差分析
产品 实物 数字 测量 数据 处理 三维 重构 坐标 配准 误差 分析
设计 数据
CAD 模型
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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。
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数字化测量——测量设备
接触式测量
非接触式测量
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字化测量——测量设备
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数字化测量——测量实例
叶片模具型面数据
叶片模具边界数据
共采集数据点24500个 。
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数字化测量——测量实例
自主研发的高解析度3D-CT实验系统
不同叶片的3D-CT层析断层
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数字化测量——测量实例
蒙皮模具（ 长5m） 自主研发的实验扫描系统
共采集数据点341212个
成型面点云图
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§2 逆向工程关键技术

2、包含内容

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测量数据预处理——坏点去除
坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量环 境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量数 据失真。 坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首先 就是要去除数据点集中的坏点。 常用方法如下： 1. 直观检查法 2. 曲线检查法 3. 弦高差法
接触式三坐标测量仪
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非触式三坐标测量仪
工业CT测量机
§1 逆向工程概述

4、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模型重构 快速成型RP 产品样件
CAD/CAE系统 CAM系统 模具
PD M 系 统
新产品
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§2 逆向工程关键技术

1、数字化测量 2、测量数据预处理 3、三维重构 4、坐标配准
逆向工程
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逆向工程技术
§1 逆向工程概述 §2 逆向工程中的关键技术 §3 逆向工程应用实例
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§1 逆向工程概述

1、问题的提出

由于零件形状十分复杂，很难准确地在CAD软件上设计出实 体模型 通过手绘或手工捏塑来设计产品，其原型很难完全在CAD软 件中体现 在没有图样和参数情况下，用传统方法仿制产品困难也不够 准确 计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性” 市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言， 并不十分适用 计算机模型本身也需要检验

光学测量法原理：激光带投射到被测物体表面，反射光在图象传 感器上成像，按照预设定的三角形光路原理的测到被测物体的坐 标，物体的全轮廓是通过多轴可控机械运动辅助获得
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数字化测量——测量设备
基于平板探测器X射线成像系统
医学CT测量
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数字化测量——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。