逆向工程技术在工业设计中的应用

1、一、逆向工程技术的内容及其应用范围?     随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering。?     所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物

2、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。?     逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。?一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：?     (1新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。?  &

3、#160;  (2已有零件的复制，再现原产品的设计意图。? (3损坏或磨损零件的还原。?     (4数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。     逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。?     二、逆向工程技术实施的条件?     1.逆向工程技术实施的硬件条件?     在逆向

4、工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国

5、GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物建立数学模型     CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。 ?     不同的测量对象和测量目的，决定了

6、测量过程和测量方法的不同。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，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪。这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。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，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，但设备成本较高。?     2.逆向工程技术实施的软件条件?     三、逆向工程设计前的准备工作? 做一个逆向设计

7、的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性。在设计一个产品之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点：?     (1确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，基本做到心中有数。? 

8、0;   (2确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。对于自由曲面，例如汽车、摩托车的外覆盖件和内饰件等，一般需要采用具有方便调整曲线和曲面的模块；对于初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。     四、逆向工程工作中应该注意的问题     在实际设计中，目前存在的这些软件还存在着其较大的局限性。在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低；点云数据的处理方面功能弱；建模过程主要依

9、靠人工干预，设计精度不够高；集成化程度低等问题。例如，Surfacer软件在读取点云等数据时，系统工作速度较快，并且能较容易地进行点线的拟合。但通过Surfacer进行面的拟合时，软件所提供的工具及面的质量却不如其它的CAD软件如Pro/E、UG等。在很多时候，在Surfacer里做成的面，还需要到UG等软件中修改。但是，使用Pro/E、UG等软件读取点云数据时，却会造成数据庞大的问题，对它们来说，一次读取如此多的点是比较困难的。 ?     在具体工程设计中，一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如上海交通大学模具技术研究所承接的逆向工程项目，采

10、用了Surfacer与UG和Pro/E功能结合的方法，在具体操作中，使用Surfacer进行点、线处理，得到基本控制曲线，然后使用UG和Pro/E引入控制线的数据，进行曲面造型。其中，Pro/E应用的模块主要有ICEMSurf、Pro/DESIGNER(CDRS等，UG使用的模块主要是UG/Modeling和UG/Surface模块。这几个设计模块都是一般CAD设计时常用到的。图3图6是上海交大模具技术研究所承接的项目中完成的几个零件，值得注意的是，在设计过程中，并不是所有的点都是要选取的，因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是可用的，哪些点或线是一些细化特征的，需要在以后的设

11、计中用到，而不是在总体设计中就体现出来的。事实上，一些圆柱、凸台等特征是在整体轮廓确定之后，测量实体模型并结合扫描数据生成的。同时应尽量选择一些扫描质量比较好的点或线，对其进行拟合。?     五、曲线曲面的光顺处理?     由于测量过程中测得的是离散点数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，需要对曲面和曲线进行光顺。光顺是一个工程上的概念，包括光滑和顺眼两方面的含义。光滑是指空间曲线和曲面的连续阶，数学上一阶倒数连续的曲线即为光滑的曲线；而顺眼是人的主观感觉评价。对于平面曲线，光顺需要满足以下几点：曲线C

12、?2连续；没有多余拐点；曲率变化均匀。在逆向设计中，曲线的光顺性调节是非常重要的。扫描或拟合得到的曲线一般很难保证其光顺，为了构造出一条光顺的插值曲线，需要修正原形值点序列，利用软件的相关功能模块进行调节。目前采用的曲线光顺方法主要是能量法和圆率法。设计的准则是曲线上曲率极值点尽可能少些；相邻两个极值点之间的曲率尽可能接近线性变化。?曲面的光顺往往归结为网格的光顺。所谓网格的光顺，其含义是指网格的每一条曲线都是光顺的，光顺的曲面，应该是没有凸区和凹区的。在数学上，判断曲面是否满足上述条件的依据是高斯曲率。在一般CAD软件中，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时

13、，即可为达到设计要求。若曲面质量很差，需要对构成的曲线进行重新调整p;逆向工程既要保证曲面质量，又要保证设计精度。除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大，以保证设计部门给出的指标不致受太大的影响。?     六、结束语?     逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。但同时设计过程中系统集成化程度比较低，人工干预的比重大，

14、将来有望形成集成化逆向工程系统，以软件的智能化来代替人工干预的不足。? 引 言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。逆向工程专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段，实现从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉及计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。是CAD领域最活跃的分支之一。1 逆向工程技术定义逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同。它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。其主

15、要任务是将原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型：一方面为提高工程设计、加工分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面为充分利用CADCAECAM技术对已有的产品进行设计服务。2 逆向工程分类从广义讲，逆向工程可分以下三类。(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；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。(2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。软件逆向中有三类情况：1既有实物，又有全套技术软件

16、；2有实物而无技术软件；3无实物，仅有全套或部分技术软件。(3影像逆向：无实物，无技术软件，仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等，要从其中去构思、想象来逆向，称为影像逆向，这是逆向对象中难度最大的。影像逆向本身就是创新过程。目前还未形成成熟的技术。一般要利用透视变换和透视投影形成不同透视图，从外形、尺寸、比例和专业知识，去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。3 逆向工程测量系统根据测量探头是否和零件表面接触其测量方式可分两类。(1接触式测量：根据测头的不同。可分为触发式和连续式。应用最为广泛的三座标测量机是20世纪6o年代发展起来的新型高效精密测量仪器，是有很强柔性的大型

17、测量设备。(2非接触式测量：根据原理的不同，可分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。4 逆向工程技术流程(1逆向工程是以一个物理零件或模型作为开始，进而决定下游工程。同学们，为了我们的理想，为了我们的班级，为了我们的第一，请投身于实干中去吧。 我的演讲完毕。谢谢大家！ 篇四：三分钟演讲稿大全 尊敬的各位领导各位老师，亲爱的同学们： (3在模具行业，常需通过反复修改原始设计的模具型面。这将实物通过数据测量与处理产生与实际相符的产品数字化模型，对模型修改后再进行加工，将显著提高生产效率。因此逆向工程在改型设计方面可发挥正向设计不

18、可替代的作用。大家晚上好。非常荣幸今天能作为学生代表在此发言。篇三：三分钟的简短演讲稿 三分钟的简短演讲稿 篇一：铭记感恩 今天，我演讲的题目是铭记感恩。 每年秋天，候鸟勇往直前地循着心中的路，朝南方温暖的湿地飞去时，我总望着天空发的呆，总在想：南方的候鸟，它是否忘记了那片出生的树林和那片遗落在巢中的羽毛。可是，来年的春天，它又出现在枝头呼朋引伴。 这时，我想到了感恩，难道候鸟的回归不是对树林的感恩吗？是的，鲜花感恩雨露，因为雨露滋润他成长；苍鹰感恩长空，因为长空让他飞翔；高山感恩大地，因为大地让他高耸。因为感恩才会有这个多彩的世界，因为感恩才会有真挚的亲情，因为感恩才让我们懂得了生命的真谛!

19、 当我们用很酷的方式把吃剩的烟头弹出时，当我们用很轻松的口吻说自己蹉跎时光时，当我们用很浪漫的心情与朋友闲逛时，当我们用很自豪的态度逃课上网时，当我们用很潇洒的姿态应付生活时，而我们的父母呢？总是以很富裕的方式给我们掏钱，总是以很轻松的口气对我们说上班不累，总是以很奢侈的方式让我们吃顿饺子，总是以一种很幸福的口吻对我们说拥有我们这样的孩子，他高兴。 翻开历史的画卷，感恩的故事举不胜举：古有子路养亲远负米，陆绩念母怀丹橘?(4逆向工程也广泛用于修复破损的文物、艺术品、或缺乏供应的损坏零件等。这一个个故事让我们感动，更让我们惭愧。 朋友们，感恩我们的父母吧！ 父母的一生可能是平凡的，平凡得让我们无

20、法在别人面前谈起；父母的一生可能是清贫的，清贫得让我们不愿在众人面前夸赞炫耀；父母的一生可能是普通的，普通的就像一块随处可见的鹅卵石。可就是这样的双亲，在你跌倒的时候，扶你起来，教你站立，指引你一步步走向成功。 朋友们，让我们铭记父母的恩情，感恩父母的养育。风雨人生路，让感恩与你我同行！ 篇二：用一颗奉献的心，回馈社会，回馈人生 尊敬的各位评委，亲爱的同学们： 大家好！今天，我演讲的题目是：“用一颗奉献的心，回馈社会，回馈人生”。 在我们整天想着玩泥巴、堆雪人的童年时代，在我们无知、幼稚却总是故意假装大孩子的少年时代， 在我们因为成长而烦恼、懵懂、迷茫的青少年时代，我们不懂得甚至不了解：何为志

21、愿，何为奉献！认为那只是课本中写的，老是课堂中讲的，而非真实存在的。然而，在走过生命几度春秋之后的今天，蓦然回首，我们发现：从我们成为生命的那一刻起，就被他人、被社会以这样一颗珍贵的心呵护着、守护着。父母用无私的爱护住我们生命的根，老师用知识浇灌我们的生命之树，朋友用友爱滋润着我们成长路上的每一天，陌生的人们则用他们的存在让我们不感到孤单，而社会又以它独特的温馨、和谐与安定给了我们一个无忧的生长空间。 在我们的生命悄然走过四分之一后，我们开始思考：再过取得二十年里，我们似乎一直在获取，在心安理得的接受着来自社会各界的帮助与照顾。那么，二十年后的今天，是我们该做些什么的时候了，是我们该以一颗志愿

22、之心奉献社会的时候了。 志愿与奉献，绝不是一个单纯的、冠冕堂皇的口号，它真正需要的是我们的实际行动，是时刻去践行我们身为一个大学生、一个中国公民、一个生命所必须承担的责任。 雷锋曾说过：“一滴水只有融入大海，才永远不干涸。”我们只有把自身融入集体、融入社会，对困境中的人给予帮助，真诚的为人民服务，才能实现人生的真正价值。有人说，雷锋精神已经渐渐离我们远去，然而倘若果真如此，又怎会涌现出一批批令国人甚至令世界动容的人物呢？ 考文献在奥运赛场上，闪亮的不只是运动员，还有我们的奥运志愿者，他们的身影随处可见，他们的汗水挥洒在奥运会场的每个角落，他们的笑容展现在奥运盛事的每个瞬间。他们有着一颗不计得失

23、、志愿服务的金子般的心；曾记否，在那没有硝烟却异常惨烈的非典战场上，我们的白衣天使同样是怀着一颗不惧生死、甘愿奉献的心与病魔顽强作战；曾记否，5月12日下午2时28分，四川汶川发生了8.0级得大地震，它震动了中国，震动了世界，也震动了无数有志之士。我们的国家领导人、人民子弟兵、医护人员、志愿者在第一时间赶赴灾区，他们可曾想过：下一秒，他们是否还能自由呼吸？是否还能睁眼看这个世界？是否还能见一眼最亲爱的人？不，他们不曾这样想，为什么？因为，他们只是不断的告诉自己：不可以停，不可以停，一秒也不可以停！因为，错过一秒，就有可能错过一个生命！ 张米亚老师走了，向倩走了，无数的英雄走了，我们泪如雨下，但我们知道他们从未离开，他们早已化作天使，把奉献的种子撒如每个人的心窝