3D打印技术数据处理5汇总课件

第5章数据准备与处理5.1顺向工程与逆向工程第5章数据准备与处理5.1顺向工程与逆向工程15.1.1顺向工程通常的途径都是通过反求工程。反求工程通常是以工程方式执行某一模型的复制工作。往往一件拟制的产品没有原始设计图文件，而是委托单位交付一件样品或模型，请制作单位复制出来。传统的复制方法是用立体雕刻机或液压式三维靠模铣床制作出1:1成等比例的模具，再进行批量生产。这种方法属模拟式复制，无法建立工件尺寸图档，也无法作任何的外形修改，已渐渐为新型的数字化逆向工程所取代。5.1.1顺向2

传统的工业产品均是按照严谨的研究开发流程，从确定功能与规格的预期指标开始，构思产品的组件，然后进行各个组件的设计、制造以及检验，再经过组装、整机检验、性能测试等程序来完成。每个组件都有原始的设计图纸，目前广泛使用CAD来对此设计图纸存档。

传统的工业产品均是按照严谨的研究开发流程，从确3这种开发模式称为预定模式，此类开发工程亦通称为顺向工程。规格确定设计制造检验图5-1组件的顺向工程开发流程图这种开发模式称为预定模式，此类开发工程亦通称为顺4

然而，随着工业技术的进步以及经济环境的发展，任何通用性产品在消费者高质量要求下，功能上的需求已不再是赢得市场竞争力的唯一条件。在近代高功能CAD软件的带动下，“工业设计”的新兴领域已逐渐受到重视，任何产品不仅是功能上要求先进，在产品外观上也需要做造型设计，已吸引消费者的注意力。此造型设计多指产品的外形美观化处理，在顺向工程的流程中受传统训练的机械工程师们不能胜任。然而，随着工业技术的进步以及经济环境的发展，任5

而工业设计师则可利用概念设计的思想创新出美观外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、黏土模、蜡模等，然后再通过三维测量来建立自有曲面模型的CAD图形文件。这个程序已有逆向工程的观念，但仍属顺向工程。而工业设计师则可利用概念设计的思想创新出美观外6CAD造型设计模型塑造3D外形测量模具设计产品加工图4-2顺向工程中的产品造型设计加工流程图CAD模型3D模具产品图4-2顺向工程中的产品造型设计加75.2逆向工程

目前所谓的逆向工程(ReverseEngineering)，就是针对一现有的工件（样品或模型，尤其适合复杂不规则的自由曲面），利用3D数字化测量仪器准确、快速地测量出轮廓坐标值，并在CAD系统中构建曲面，经编辑、修改后，再由CAM生成刀具的NC加工路径，送至CNC加工中心制作所需模具或零件，或者以快速成型机将样品复制出来。见图5—1逆向工程流程图。5.2逆向工程目前所谓的逆向工程(ReverseE8

图5-3逆向工程流程图图5-3逆向工程流程图9实体或原型表面扫描与内部构造断层扫描已成为目前快速原型制造技术中常用方法。通过讨论反求工程的概念与测量方法，分析各种方法的测量原理、特点，阐述实体数据测量与反求在材料快速原型制造中的应用意义与前景，是发挥快速原型制造技术特长的重要手段。目前，数控测量和工业CT技术可得到已有零件或零件模型的一系列横断面信息，多种扫描系统可以实现全自动扫描，支持多语言菜单和扫描数据的多种处理，能够输出不同格式的数据到CAD／CAM系统中，并生成适配不同数控系统的数控加工程序。5.2.1实体数据测量与反求的概念

实体或原型表面扫描与内部构造断层扫描已成为目前10对于大多数产品来说，都可以在通用的CAD软件(如AutocAD、Pro/E等)设计出它们的三维模型，求得相应的数据，另一方面，我们还需要对已知的产品样件进行复制或仿制加工，或进行产品的再设计和改进。在某些情况下，由于存在多种需要考虑的因素，如功能、工艺、外观等，使得一些零件的形状十分复杂。很难准确地在CAD软件上设计出它们的实体模型，因此，必须先制造出产品的小比例或真实比例的实物模型，如木模、陶模等，然后测量实物模型。通过测量，获取三维实体模型数据并在计算机中处理。对于大多数产品来说，都可以在通用的CAD软件(11

快速原型制造中的反求工程(ReverseEngineering)，就是通过各种手段对实物进行三维测量，获得样件的数据，包括结构、功能、材料等，输入到计算机中进行处理，利用测量数据建立其三维CAD模型，见图4—2。图4-4快速原型制造与反求工程快速原型制造中的反求工程(ReverseE12反求的特点是测量速度快，可测量内部复杂的结构，与CAD衔接得好，建模能力就会提高。如果采用传统的设计、制造方法，设计者根据样品借助三坐标测量机或其他测量设备，在CAD／CAM系统中产生样品的三维模型。随着样品复杂程度的提高，产生三维模型的周期便会加长，而且由于测量及基准不一致所造成的误差，导致产生的三维模型在制造出来之后与样品严重不符，无法满足用户要求。如果要返修，则大大延长了制造周期，使用户蒙受更大经济损失。利用快速原型技术，可以产生与样品完全一致的三维原型和产品，并可大大缩短制作成本和制造周期。反求的特点是测量速度快，可测量内部复杂的结构，13

借助反求工程，快速原型制造技术不仅可以在原始设计的基础上生成实物，也可用来快速复制实物，包括放大、缩小、修改和复制等，还可以方便地对快速原型制造技术本身制得的原型产品进行快速、准确的测量，用来验证中三维CAD设计而制得的原型或零件与原设计的吻合程度，找出产品设计中的不足，重新设计，使产品更加完善。可见，在快速造型技术中引入反求工程，形成了一个包括设计、制造、检测的快速设计制造的闭环反馈系统，这样可以充分发挥快速原型制造的优势，拓宽这一技术的应用范围；正因如此，一般的快速成型系统都有配套的快速反求工程系统。借助反求工程，快速原型制造技术不仅可以在原始设14

一套完整的逆向工程系统，需要有以下基本配置：1.测量测头有接触式（触发测头、扫描测头）和非接触式（激光位移测头、激光干涉仪测头、线结构光及CCD扫描测头、面结构光及CCD扫描测头）两种。2.测量机有三坐标测量机、激光扫描仪、零件断层扫描仪等。3.点云数据处理软件进行噪声点滤除、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面修改、内插值补点等。

一套完整的逆向工程系统，需要有以下基本配置：154.CAD/CAM软件一般PC级或工作站级CAD/CAM系统。5.CAE软件执行各种分析，增强设计成功率。6.CNC机床执行原型制作或模具制作。7.快速成型机原型制作（SLA、SLS、LOM、FDM等工艺）。8.批量生产设备包括挤出机、注塑机、钣金成型机等。4.CAD/CAM软件16

实体三维数据测量通常采用的仪器是三维数字化仪，包括三坐标测量仪、三维激光数字化仪、工业CT和MRI，以及刚问世的自动断层扫描仪。用三维数字化仪采集三维实物信息，在计算机中还原生成实物的三维模型，必要时用三维CAD软件进行修改和缩放，三维实体资料可以输出为IGES或STL、STEP文件格式，从而可直接用材料去除法或材料添加法加工制作出相应的模型、模具或零件。实体三维数据测量通常采用的仪器是三维数字化仪，17

在反求分析之后，应进行反求设计，反求设计可采用价值工程、优化设计、人机工程学、相似理论、精度设计、动态设计、可靠性设计等现代设计工具来进行。对于快速原型制造技本来说，最主要的反求目的在于获得产品的几何造型与结构数据。通过各种三维数字化仪得到零件造型和结构数据后，可以借助三维重构技术在CAD软件中重新编辑再转换成STL文件，进行三维离散化并送到成型机生成实物，也可将测量数据直接转换成STL文件为快速原型制造设备所用；在反求分析之后，应进行反求设计，反求设计可采用价18

日本开发了从MRI、CT重构三维实体的软件，英、法等国能将扫描数据在数控设备上复制，美国开发了CT可视化可转成IGES的软件。国内在反求工程与快速原型制造技术的结合方面已取得了成功。清华大学进行了图像反求、CT反求，西安交通大学进行CT反求，并开发出激光扫描测量原型系统。日本开发了从MRI、CT重构三维实体的软件，英、195.2.2反求的目的和内容

实现快速原型制造是数据采集与反求的目的，也是实现复制或仿制的最佳方案。无论用哪种快速造型工艺，其关键的一步就在于用反求工程获得产品的三维实体模型。5.2.2反求的目的和内容实现快速原型制造是20

根据反求对象的不同，可以采用整机反求、部件反求和零件反求。实物反求分析法一般包括反求分析和反求设计两个方法，主要内容有以下几项：根据反求对象的不同，可以采用整机反求、部件反求和21

(1)探索产品设计的指导思想不同公司、不同产品的设计指导思想都不相同，如有的公司重功能全，有的注重低成本，有的重视环保问题(如节省资源、减少污染、回收利用等)，有的注重模块化设计。设计的指导思想不同，得出的设计方案必然不同。所以，掌握产品设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。(1)探索产品设计的指导思想22

(2)功能和原理方案分析各种产品都有一定的功能要求。所以，功能分析是产品设计的核心问题，不同的功能可以得出不同的原理方案，而同一功能亦可用不同的原理方案来保证，产品的功能可分为使用功能和美学功能。使用功能一般实现能量、物料和信号的转换。通过对反求对象的功能实质的理解，在设计时才有可能得到更合理的原理方案。(2)功能和原理方案分析23

(3)结构分析和形体尺寸分析零部件的结构是功能原理的具体体现，与加工使用及生产成本有密切关系，应从保证功能、提高性能(强度、刚度、精度寿命、磨损、噪声等)、降低成本(工艺、装配、选材等)、提高安全可靠性等方面分析反求对象的结构特点。在实物测绘的基础上，通过分析和计算确定形体尺寸。(3)结构分析和形体尺寸分析24(4)精度分析精度分析是反求工程中的重要问题，精度是衡量反求对象性能的重要指标，是评价反求设计质量的主要参数之一。一般情况下，零件的几何形状和尺寸均可通过实物测绘得到，但精度却不可能。因此，要掌握正确的方法来反求精度。否则，反求设计的产品的质量永远无法达到原设计的质量。(4)精度分析25

(5)材料分析根据零件的功能和工艺特点分析确定零件材料和热处理方式。一般情况下，可采用外观比较、质量测定、硬度测定、化学分析、光谱分析等各种方法对材料的物理性能、化学成分、热处理及表面情况进行全面鉴定。(5)材料分析26

(6)工作性能分析针对产品的工作特点及其主要性能进行试验测定，反复计算和深入地分析，掌握其设计准则和设计规范。对产品的运动特性、力学特性进行静态、动态的全面分析。(6)工作性能分析27

(7)造型设计分析对产品的外形构造、色彩等进行分析，从适合顾客心理需要、提高商品价值的角度分析造型及色彩设计的优点和不足之处。

(8)制造工艺分析先进的设备和产品，主要是先进加工工艺和装配工艺先进。如果通过反求技术求得这些工艺诀窍，就可为新设计产品打下良好的基础。(7)造型设计分析28(9)使用和维修分析研究分析先进设备和产品在好用和好修方面采取了哪些措施。(10)包装技术分析产品的包装已成为产品设计的重要方面。所以，在反求过程中，应研究产品的包装、防潮、防霉、防锈等方面的技术。(9)使用和维修分析295.2.3实体数据测量与反求方法

反求工程采用的测量方法主要有三种：一是传统的接触式测量法，如三坐标测量法；二是无接触测量法、如投影光栅法、激光三角形法、全息法、深度图像三维测量法；三是逐层扫描测量法，如工业CT法、核磁共振成像法(MRI)、自动断层扫描法等。也有一种破坏性的、与逐层累加相反的方法，即逐层去除测量法。这种方法虽然破坏零件，但取得的数据精度高，在很多情况下也有应用。5.2.3实体数据测量与反求方法

反求工程采用的30

这些方法都有各自的特点和应用范围，具体选用何种测量方法和数据处理技术应根据被测物体的形体特征和应用目的来决定。这些测量方法应用于快速成型时各有优缺点。一个与快速成型技术完全匹配的反求工程系统应具有以下特点：这些方法都有各自的特点和应用范围，具体选用何种31①测量速度快，精度高(±10μm)；②能测量内外轮廓，最好不破坏样件；③能把测量数据转换成CAD模型；④具有把CAD模型文件转换成STL文件的功能，并能直接切片；⑤能自动化测量，且成本低。3D打印技术数据处理5汇总课件32

可以说，到现在为止，还没有找到一种完全适用于快速成型技术的快速、精确的反求测量方法。随着计算机及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的无接触式测量技术，将投影光栅法和激光三角形法用于快速原型制造技术的反求测量方法正在迅速发展。可以说，到现在为止，还没有找到一种完全适用于快速33

一、接触式测量接触式测量有以下优点：⑴因接触式测头发展已有几十年了，其机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。⑵接触式测量为测头直接接触工件表面，故与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。⑶被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。一、接触式测量34接触式测量存在以下缺点：⑴为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，会导致较高的测量费用。不同形状的产品会造成原来的夹具不适用而使成本大幅度增加。⑵在测量零件不同位置及形状时可能需要更换探针，因此需要经常校正探针，并作半径补偿。⑶接触式触发测头是以逐点进出方式进行测量的，所以测量速度慢。

接触式测量存在以下缺点：35⑷接触测头在测量时，接触测头的力将使测头尖端部分与被测件之间发生局部变形而影响测量值的实际读数。因此，接触式测头不适合于测量软性材料。⑸另外，测头接触力即使一定，而测量压力并不能保证一定，这是因为接触面积与工件表面纹路的几何形状有关，不能保证为一样。⑹测头系统的支撑结构存在静态及动态误差。⑷接触测头在测量时，接触测头的力将使测头尖端部分与被测件36

二、非接触式测量

近年来，随着计算机及光电技术的发展，使得激光及光学在测量领域中的应用有了重大突破，开启了现代非接触式测量的时代。

二、非接触式测量

近年来，随着计算机及光电技37非接触式测量主要有以下优点：⑴不必做测头半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。⑵测量速度非常快，不必像接触触发测头那样逐点进出测量，曲面数据获取容易。⑶软工件、薄工件、易碎工件、不可接触的高精密工件可直接测量。非接触式测量主要有以下优点：38非接触式测量主要缺点如下：⑴测量精度较差，因非接触式测头大多使用光敏位置探测器PSD来检测光点位置，目前的PSD的精度仍不够，约为20μm。⑵因非接触式测头大多是接收工件表面的反射光或散射光，易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率等。⑶PSD易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，噪声信号的处理比较困难。非接触式测量主要缺点如下：39⑷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、凹坑处理以及不连续形状的处理较困难。陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量。⑸使用CCD(电荷藕合器件图像传感器)作探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度，因工件几何外形变化大时成像会失焦，成像模糊。⑹工件表面的粗糙度会影响测量结果。⑷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405.2.4测量数据处理与误差修正

测量数据处理在反求工程中占有极为重要的地位。测量系统可得到复杂曲面上大量密集的原始测量数据，一个三维实体的数据量往往高达几兆、几十兆甚至上百兆；这些数据之间通常没有相应的显式拓扑关系，只是一大群空间散乱点(数据点云)，其中还包括大量无用数据。因此，首先必须对数据进行滤波、拟合、重建和消隐处理，然后通过适当的算法，把这些经过处理的数据拟合成CAD模型。5.2.4测量数据处理与误差修正测量数据处41

一般的通用CAD软件都有把测量数据拟合成CAD模型的能力。形成STL文件后。切割此文件，得到所需的切片数据。另一种方法是直接生成STL文件。目前，许多三维重构或光照模型软件采用的都是三角形表面化算法，只需将这些三角形片转换成STL文件格式即可。这种方法较第一种方法简单，转换过程少，精度高，但不容易加支撑。因而不宜在SLA、FDM等工艺中使用。从目前反求工程的发展水平来看，还不能完全适应快速原型制造技术的要求，无论是测量方法，还是数据处理技术，都有待提高和发展。一般的通用CAD软件都有把测量数据拟合成CAD42第5章数据准备与处理5.1顺向工程与逆向工程第5章数据准备与处理5.1顺向工程与逆向工程435.1.1顺向工程通常的途径都是通过反求工程。反求工程通常是以工程方式执行某一模型的复制工作。往往一件拟制的产品没有原始设计图文件，而是委托单位交付一件样品或模型，请制作单位复制出来。传统的复制方法是用立体雕刻机或液压式三维靠模铣床制作出1:1成等比例的模具，再进行批量生产。这种方法属模拟式复制，无法建立工件尺寸图档，也无法作任何的外形修改，已渐渐为新型的数字化逆向工程所取代。5.1.1顺向44

传统的工业产品均是按照严谨的研究开发流程，从确定功能与规格的预期指标开始，构思产品的组件，然后进行各个组件的设计、制造以及检验，再经过组装、整机检验、性能测试等程序来完成。每个组件都有原始的设计图纸，目前广泛使用CAD来对此设计图纸存档。

传统的工业产品均是按照严谨的研究开发流程，从确45这种开发模式称为预定模式，此类开发工程亦通称为顺向工程。规格确定设计制造检验图5-1组件的顺向工程开发流程图这种开发模式称为预定模式，此类开发工程亦通称为顺46

然而，随着工业技术的进步以及经济环境的发展，任何通用性产品在消费者高质量要求下，功能上的需求已不再是赢得市场竞争力的唯一条件。在近代高功能CAD软件的带动下，“工业设计”的新兴领域已逐渐受到重视，任何产品不仅是功能上要求先进，在产品外观上也需要做造型设计，已吸引消费者的注意力。此造型设计多指产品的外形美观化处理，在顺向工程的流程中受传统训练的机械工程师们不能胜任。然而，随着工业技术的进步以及经济环境的发展，任47

而工业设计师则可利用概念设计的思想创新出美观外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、黏土模、蜡模等，然后再通过三维测量来建立自有曲面模型的CAD图形文件。这个程序已有逆向工程的观念，但仍属顺向工程。而工业设计师则可利用概念设计的思想创新出美观外48CAD造型设计模型塑造3D外形测量模具设计产品加工图4-2顺向工程中的产品造型设计加工流程图CAD模型3D模具产品图4-2顺向工程中的产品造型设计加495.2逆向工程

目前所谓的逆向工程(ReverseEngineering)，就是针对一现有的工件（样品或模型，尤其适合复杂不规则的自由曲面），利用3D数字化测量仪器准确、快速地测量出轮廓坐标值，并在CAD系统中构建曲面，经编辑、修改后，再由CAM生成刀具的NC加工路径，送至CNC加工中心制作所需模具或零件，或者以快速成型机将样品复制出来。见图5—1逆向工程流程图。5.2逆向工程目前所谓的逆向工程(ReverseE50

图5-3逆向工程流程图图5-3逆向工程流程图51实体或原型表面扫描与内部构造断层扫描已成为目前快速原型制造技术中常用方法。通过讨论反求工程的概念与测量方法，分析各种方法的测量原理、特点，阐述实体数据测量与反求在材料快速原型制造中的应用意义与前景，是发挥快速原型制造技术特长的重要手段。目前，数控测量和工业CT技术可得到已有零件或零件模型的一系列横断面信息，多种扫描系统可以实现全自动扫描，支持多语言菜单和扫描数据的多种处理，能够输出不同格式的数据到CAD／CAM系统中，并生成适配不同数控系统的数控加工程序。5.2.1实体数据测量与反求的概念

实体或原型表面扫描与内部构造断层扫描已成为目前52对于大多数产品来说，都可以在通用的CAD软件(如AutocAD、Pro/E等)设计出它们的三维模型，求得相应的数据，另一方面，我们还需要对已知的产品样件进行复制或仿制加工，或进行产品的再设计和改进。在某些情况下，由于存在多种需要考虑的因素，如功能、工艺、外观等，使得一些零件的形状十分复杂。很难准确地在CAD软件上设计出它们的实体模型，因此，必须先制造出产品的小比例或真实比例的实物模型，如木模、陶模等，然后测量实物模型。通过测量，获取三维实体模型数据并在计算机中处理。对于大多数产品来说，都可以在通用的CAD软件(53

快速原型制造中的反求工程(ReverseEngineering)，就是通过各种手段对实物进行三维测量，获得样件的数据，包括结构、功能、材料等，输入到计算机中进行处理，利用测量数据建立其三维CAD模型，见图4—2。图4-4快速原型制造与反求工程快速原型制造中的反求工程(ReverseE54反求的特点是测量速度快，可测量内部复杂的结构，与CAD衔接得好，建模能力就会提高。如果采用传统的设计、制造方法，设计者根据样品借助三坐标测量机或其他测量设备，在CAD／CAM系统中产生样品的三维模型。随着样品复杂程度的提高，产生三维模型的周期便会加长，而且由于测量及基准不一致所造成的误差，导致产生的三维模型在制造出来之后与样品严重不符，无法满足用户要求。如果要返修，则大大延长了制造周期，使用户蒙受更大经济损失。利用快速原型技术，可以产生与样品完全一致的三维原型和产品，并可大大缩短制作成本和制造周期。反求的特点是测量速度快，可测量内部复杂的结构，55

借助反求工程，快速原型制造技术不仅可以在原始设计的基础上生成实物，也可用来快速复制实物，包括放大、缩小、修改和复制等，还可以方便地对快速原型制造技术本身制得的原型产品进行快速、准确的测量，用来验证中三维CAD设计而制得的原型或零件与原设计的吻合程度，找出产品设计中的不足，重新设计，使产品更加完善。可见，在快速造型技术中引入反求工程，形成了一个包括设计、制造、检测的快速设计制造的闭环反馈系统，这样可以充分发挥快速原型制造的优势，拓宽这一技术的应用范围；正因如此，一般的快速成型系统都有配套的快速反求工程系统。借助反求工程，快速原型制造技术不仅可以在原始设56

一套完整的逆向工程系统，需要有以下基本配置：1.测量测头有接触式（触发测头、扫描测头）和非接触式（激光位移测头、激光干涉仪测头、线结构光及CCD扫描测头、面结构光及CCD扫描测头）两种。2.测量机有三坐标测量机、激光扫描仪、零件断层扫描仪等。3.点云数据处理软件进行噪声点滤除、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面修改、内插值补点等。

一套完整的逆向工程系统，需要有以下基本配置：574.CAD/CAM软件一般PC级或工作站级CAD/CAM系统。5.CAE软件执行各种分析，增强设计成功率。6.CNC机床执行原型制作或模具制作。7.快速成型机原型制作（SLA、SLS、LOM、FDM等工艺）。8.批量生产设备包括挤出机、注塑机、钣金成型机等。4.CAD/CAM软件58

实体三维数据测量通常采用的仪器是三维数字化仪，包括三坐标测量仪、三维激光数字化仪、工业CT和MRI，以及刚问世的自动断层扫描仪。用三维数字化仪采集三维实物信息，在计算机中还原生成实物的三维模型，必要时用三维CAD软件进行修改和缩放，三维实体资料可以输出为IGES或STL、STEP文件格式，从而可直接用材料去除法或材料添加法加工制作出相应的模型、模具或零件。实体三维数据测量通常采用的仪器是三维数字化仪，59

在反求分析之后，应进行反求设计，反求设计可采用价值工程、优化设计、人机工程学、相似理论、精度设计、动态设计、可靠性设计等现代设计工具来进行。对于快速原型制造技本来说，最主要的反求目的在于获得产品的几何造型与结构数据。通过各种三维数字化仪得到零件造型和结构数据后，可以借助三维重构技术在CAD软件中重新编辑再转换成STL文件，进行三维离散化并送到成型机生成实物，也可将测量数据直接转换成STL文件为快速原型制造设备所用；在反求分析之后，应进行反求设计，反求设计可采用价60

日本开发了从MRI、CT重构三维实体的软件，英、法等国能将扫描数据在数控设备上复制，美国开发了CT可视化可转成IGES的软件。国内在反求工程与快速原型制造技术的结合方面已取得了成功。清华大学进行了图像反求、CT反求，西安交通大学进行CT反求，并开发出激光扫描测量原型系统。日本开发了从MRI、CT重构三维实体的软件，英、615.2.2反求的目的和内容

实现快速原型制造是数据采集与反求的目的，也是实现复制或仿制的最佳方案。无论用哪种快速造型工艺，其关键的一步就在于用反求工程获得产品的三维实体模型。5.2.2反求的目的和内容实现快速原型制造是62

根据反求对象的不同，可以采用整机反求、部件反求和零件反求。实物反求分析法一般包括反求分析和反求设计两个方法，主要内容有以下几项：根据反求对象的不同，可以采用整机反求、部件反求和63

(1)探索产品设计的指导思想不同公司、不同产品的设计指导思想都不相同，如有的公司重功能全，有的注重低成本，有的重视环保问题(如节省资源、减少污染、回收利用等)，有的注重模块化设计。设计的指导思想不同，得出的设计方案必然不同。所以，掌握产品设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。(1)探索产品设计的指导思想64

(2)功能和原理方案分析各种产品都有一定的功能要求。所以，功能分析是产品设计的核心问题，不同的功能可以得出不同的原理方案，而同一功能亦可用不同的原理方案来保证，产品的功能可分为使用功能和美学功能。使用功能一般实现能量、物料和信号的转换。通过对反求对象的功能实质的理解，在设计时才有可能得到更合理的原理方案。(2)功能和原理方案分析65

(3)结构分析和形体尺寸分析零部件的结构是功能原理的具体体现，与加工使用及生产成本有密切关系，应从保证功能、提高性能(强度、刚度、精度寿命、磨损、噪声等)、降低成本(工艺、装配、选材等)、提高安全可靠性等方面分析反求对象的结构特点。在实物测绘的基础上，通过分析和计算确定形体尺寸。(3)结构分析和形体尺寸分析66(4)精度分析精度分析是反求工程中的重要问题，精度是衡量反求对象性能的重要指标，是评价反求设计质量的主要参数之一。一般情况下，零件的几何形状和尺寸均可通过实物测绘得到，但精度却不可能。因此，要掌握正确的方法来反求精度。否则，反求设计的产品的质量永远无法达到原设计的质量。(4)精度分析67

(5)材料分析根据零件的功能和工艺特点分析确定零件材料和热处理方式。一般情况下，可采用外观比较、质量测定、硬度测定、化学分析、光谱分析等各种方法对材料的物理性能、化学成分、热处理及表面情况进行全面鉴定。(5)材料分析68

(6)工作性能分析针对产品的工作特点及其主要性能进行试验测定，反复计算和深入地分析，掌握其设计准则和设计规范。对产品的运动特性、力学特性进行静态、动态的全面分析。(6)工作性能分析69

(7)造型设计分析对产品的外形构造、色彩等进行分析，从适合顾客心理需要、提高商品价值的角度分析造型及色彩设计的优点和不足之处。

(8)制造工艺分析先进的设备和产品，主要是先进加工工艺和装配工艺先进。如果通过反求技术求得这些工艺诀窍，就可为新设计产品打下良好的基础。(7)造型设计分析70(9)使用和维修分析研究分析先进设备和产品在好用和好修方面采取了哪些措施。(10)包装技术分析产品的包装已成为产品设计的重要方面。所以，在反求过程中，应研究产品的包装、防潮、防霉、防锈等方面的技术。(9)使用和维修分析715.2.3实体数据测量与反求方法

反求工程采用的测量方法主要有三种：一是传统的接触式测量法，如三坐标测量法；二是无接触测量法、如投影光栅法、激光三角形法、全息法、深度图像三维测量法；三是逐层扫描测量法，如工业CT法、核磁共振成像法(MRI)、自动断层扫描法等。也有一种破坏性的、与逐层累加相反的方法，即逐层去除测量法。这种方法虽然破坏零件，但取得的数据精度高，在很多情况下也有应用。5.2.3实体数据测量与反求方法

反求工程采用的72

这些方法都有各自的特点和应用范围，具体选用何种测量方法和数据处理技术应根据被测物体的形体特征和应用目的来决定。这些测量方法应用于快速成型时各有优缺点。一个与快速成型技术完全匹配的反求工程系统应具有以下特点：这些方法都有各自的特点和应用范围，具体选用何种73①测量速度快，精度高(±10μm)；②能测量内外轮廓，最好不破坏样件；③能把测量数据转换成CAD模型；④具有把CAD模型文件转换成STL文件的功能，并能直接切片；⑤能自动化测量，且成本低。3D打印技术数据处理5汇总课件74

可以说，到现在为止，还没有找到一种完全适用于快速成型技术的快速、精确的反求测量方法。随着计算机及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的无接触式测量技术，将投影光栅法和激光三角形法用于快速原型制造技术的反求测量方法正在迅速发展。可以说，到现在为止，还没有找到一种完全适用于快速75

一、接触式测量接触式测量有以下优点：⑴因接触式测头发展已有几十年了，其机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。⑵接触式测量为测头直接接触工件表面，故与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。⑶被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。一、接触