机械创新逆向工程技术课件

逆向工程技术

ReverseEngineering

逆向工程技术

ReverseEngineering

2一、逆向工程简介1.逆向工程的定义

针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。它是以先进产品设备的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索其关键技术，进而开发出同类的先进产品。——广义定义2一、逆向工程简介1.逆向工程的定义针对3广义逆向工程主要内容逆向工程技术产品设计意图与原理、几何形状和结构、材料、制造工艺、管理等3广义逆向工程主要内容逆向工程技术产品设计意4

将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。狭义定义逆向工程技术4将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何5根据现有的实物样件或手工制造的模型数据模型CAD模型利用一些软件处理和数据管理对模型进行进一步的修改和再优化设计认识产品再现产品

超越原产品

狭义流程逆向工程技术5根据现有的实数据模型利用一些软件处理认识产品再现产品超越6产品实物几何外形的数字化子系统2.逆向工程系统组成产品或模具的制造子系统三维CAD模型重建子系统建立一套完整的逆向工程系统需要下列基本配备：1）测量设备，例如：三坐标测量仪、三维扫描仪；2）点数据处理软件，即逆向工程软件，Imageware、Geomagic；3）CAD/CAM/CAE软件，例如：UG、Pro/E、CATIA;4）CNC机床、快速成型设备。6产品实物几何外形的数字化子系统2.逆向工程系统组成产品或模71.对产品外形的美学有特别要求的领域

二、逆向工程应用71.对产品外形的美学有特别要求的领域二、逆向工程应用82.当设计需要通过实验测试才能定型的产品

82.当设计需要通过实验测试才能定型的产品93.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。

93.在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD10

4.在模具行业，经常需要反复修模，而这些几何外形的变化并未反映在原始的CAD模型上。104.在模具行业，经常需要反复修模，而这些几何外形115.逆向工程在新产品的开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值。115.逆向工程在新产品的开发、创新设计上同样具有相当高的应126.逆向工程技术在医学领域的假体设计、制作、植入及外科手术规划等方面得到了应用，发展前景良好。特种服装、头盔的制造等要以使用者的身体为原始的设计依据，此时需要利用逆向工程技术建立人体的几何模型。126.逆向工程技术在医学领域的假体设计、制作、植入及外科137.逆向工程应用在正向设计结果的检验，也称为计算机辅助检测CAT。137.逆向工程应用在正向设计结果的检验，也称为计算机辅助检8.艺术品、考古文物的修复与复制。8.艺术品、考古文物的修复与复制。15三、逆向工程常用的软件15三、逆向工程常用的软件16Imageware

Imageware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有BMW、GM、Boeing、Ford、Toyota；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等。

16ImagewareImageware是著名的17Geomagic

Geomagic是一家世界级的软件及服务公司。在众多工业领域，比如汽车、航空、医疗设备和消费产品，许多专业人士在使用Geomagic软件和服务。GeomagicStudio是被广泛应用的逆向软件。快速成长的Geomagic，正成为数字形状采样及处理（DSSP）的领导者。17GeomagicGeomagic是一家世界级18逆向工程软件的选择通用的CAD/CAM系统中集成的逆向工程模块，自动化程度较高，但功能尚显单一。在完成高精度（0.1mm）的项目、点云质量不高和细节特征较多时，不能较好的完成任务。在根据特征划分点云方面还有待改进，人工控制能力也有待加强。通用CAD软件和专用的逆向工程软件相结合是完成高精度模型重建的有效方法。18逆向工程软件的选择通用的CAD/CAM系四、逆向工程测量系统

高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。

数据测量，即产品表面数字化，指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。四、逆向工程测量系统高效、高精度地实现样件表面的20接触式三坐标测量机机械手非接触式

光学测量声学测量磁学测量

破坏式——自动断层扫描

1.数据测量方法的分类20接触式1.数据测量方法的分类211机械结构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。2接触式测量的探头直接接触工件表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。3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。接触式测量的优点：2.数据测量方法的优缺点比较211机械结构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。球形探头容易因接触力造成磨损；逐点方式测量，速度慢探头的力使被测件局部发生变形，影响精度；接触过程可能损害工件某些重要部位表面精度；需要进行探头半径补偿检测一些内部元件要求探头直径小于被测内圆直径Text接触式测量主要缺点如下：球形探头容易因逐点方式测量，速度慢探头的力使被测件接触过程可23测量速度非常快，不必像接触触发探头那样逐点进行测量；不必做探头半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置；软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。123非接触式测量的优点：（与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点）23测量速度非常快，不必像接触触发探头那样逐点进行测量；不必易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率；测量精度较差工件几何外形变化大时成像会失焦，成像模糊；易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，困难；工件表面的粗糙度会影响测量结果对边线处理、凹边处理及不连续形状的处理较困难Text非接触式测量主要缺点如下：易受工件表面的反射特性测量精度较差工件几何外形易受环境光线及25各种测量方式比较：25各种测量方式比较：26从表中的数据可以看出，各种数据采集方式都有一定的局限性，对于逆向测量而言，数据采集方式应满足如下要求：

（1）采集精度应满足工程的实际需要；

（2）采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工程中所占的时间；

（3）数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后期的曲面重构带来障碍；

（4）数据采集过程中不能破坏原形；

（5）降低测量成本。26从表中的数据可以看出，各种数据采集方式都有一定的273.逆向工程常用的测量设备3.1接触式测量三坐标测量机CoordinateMeasuringMachineCMM

关节臂273.逆向工程常用的测量设备3.1接触式测量三坐标测量机关几种典型的三坐标测量机

悬臂式测量机活动桥式测量机固定桥式测量机几种典型的三坐标测量机悬臂式测量机活动桥式测量机固定桥式测29几种典型的三坐标测量机龙门移动式测量机29几种典型的三坐标测量机龙门移动式测量机30非接触式按其原理不同，又可分为：3.2非接触式测量手持式激光扫描仪30非接触式按其原理3.2非接触式测量手持式激光扫描仪31三维激光扫描仪31三维激光扫描仪323DSS系列三维扫描仪ThreeDimensionalSensingSystem323DSS系列三维扫描仪333DSS系列三维扫描仪ThreeDimensionalSensingSystem333DSS系列三维扫描仪343.3测量设备知名公司343.3测量设备知名公司CyberwareCyberwareFAROFAROGOMATOSGOMATOSSOLUTIONIXRexcanSOLUTIONIXRexcan394.测量数据的输出测量设备都带有自己的测量数据处理软件或集成其它逆向工程软件，对测量后的数据进行简单预处理，如数据的删减、对齐、点云的修补、误差点的识别和去除等，然后将处理好的数据以某种格式输出，为后面的实物三维CAD模型或产品或模具制造做准备。394.测量数据的输出测量设备都带有自己的测

五、数据处理非接触方法获取的数据通常非常庞大，被称作点云（PointClouds）。为了获得完整、准确的数据，需要在模型重建前进行数据处理。是数据获取是否进行多次测量多视对齐数据光顺数据插补数据精简数据分割噪点去除否五、数据处理非接触方法获取的数据通常非常庞大1．噪点去除噪点：测量误差点1．噪点去除噪点：测量误差点2．多视对齐Polyworks的IMAlign模块粘贴特征点2．多视对齐Polyworks的IMAlign模块粘贴特征点3．数据光顺

在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往有很高的要求，通常要求达到A级(ClassA)曲面品质。G0连续：位置连续，即曲面间没有缝隙，但可能有锐利边缘，不常用。G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。G3连续：曲率的变化率连续G4连续：曲率变化率的变化率连续反光效果完美，通常用于汽车设计

五、数据处理3．数据光顺在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对4．数据插补原始点云完成插补后的点云样件复杂结构测量机的限制无法测到的区域（凹边、孔、突起、拐角等处）数据“空白”可用Polyworks软件的IMEdit模块来实现数据插补。

五、数据处理4．数据插补原始点云完成插补后的点云样件复杂结构测量机的限制按距离精简按弦偏差精简原始点云平均精简5．数据精简采用非接触式测量仪对大型样件进行测量时，会得到海量点云。

五、数据处理按距离精简按弦偏差精简原始点云平均精简5．数据精简采用非接触6．数据分割被测样件多个自由曲面多个规则曲面多个平面分割单个的曲面或平面点云合理的方法构造曲面片整体曲面模型拼接、缝合

五、数据处理6．数据分割被测样件多个自由曲面分割单个的曲面或平面点云合理

六、模型重构曲面重构实体模型1．曲面重构Imageware：点处理模块、曲面处理模块和评价模块。六、模型重构曲面重构实体模型1．曲面重构Imagewar1.1点云处理1．曲面重构1.1点云处理1．曲面重构点云的圈选沿任一方向截取点云1．曲面重构1.1点云处理点云分割点云的圈选沿任一方向截取点云1．曲面重构1.1点云处理沿某一轴线方向的系列平面截取点云沿一条曲线的系列平面截取点云1.1点云处理1．曲面重构沿某一轴线方向的系列平面截取点云沿一条曲线的系列平面截取点1．曲面重构1.2曲面构造

由点云拟合均匀曲面

构造双向放样曲面1．曲面重构1.2曲面构造由点云拟合均匀曲面构造

由边界曲线生成曲面

构造放样曲面1．曲面重构1.2曲面构造由边界曲线生成曲面构造放样曲面1．曲面重构1.2曲

由曲线网格构造曲面

构造旋转曲面1．曲面重构1.2曲面构造由曲线网格构造曲面构造旋转曲面1．曲面重构1.2曲

构造扫略曲面发生线路径1路径21.3曲面修改1．曲面重构1.2曲面构造

调整曲面控制点构造扫略曲面发生线路径1路径21.3曲面修改1．曲面

构建曲面凸缘

曲面倒圆1．曲面重构1.3曲面修改构建曲面凸缘曲面倒圆1．曲面重构1.3曲面修改

曲面桥接

曲面合并1．曲面重构1.3曲面修改

曲面裁剪曲面桥接曲面合并1．曲面重构1.3曲面修改曲面裁剪1．曲面重构1.4曲面评价曲面与点云的误差曲面的光顺度1．曲面重构1.4曲面评价曲面与点云的误差曲面的光顺度

六、模型重构2．CAD模型在曲面重构软件中将曲面保存为igs格式，再导入CAD软件。六、模型重构2．CAD模型在曲面重构软件中将曲面保存为ig2．CAD模型

六、模型重构2．CAD模型六、模型重构60七、快速成型设备60七、快速成型设备61七、快速成型设备61七、快速成型设备八、逆向工程实例八、逆向工程实例1.Y型管罩a、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。b、对点数据进行去除杂点、过滤精简等处理。c、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。1.Y型管罩a、根据客户要求制定相应的数据采集