先进制造技术第2章第3节(4反求工程)

第三节现代设计方法反求工程1/5/20241反求工程(ReverseEngineering,RE)也称逆向工程、反向工程,是指用一定的丈量手段对实物或模型进展丈量,根据丈量数据经过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此根底上进展产品设计开发及消费的全过程。1/5/20242引进国外先进技术是世界各国加快技术开展的重要手段，是开展中国家追逐兴隆国家的必然选择。对国外先进技术的消化吸收与创新，在较短时间内使我国技术到达国际先进程度，实现跨越式开展。反求工程是消化吸收先进技术进展技术创新的高新技术，实施好反求工程是实现跨越式开展的关键。1/5/20243反求工程是消化吸收先进技术的一系列分析方法和运用技术的组合。反求工程以先进产品或设备的实物、软件(图样、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)作为研讨对象，运用现代科技方法和相关专业知识对其进展系统的分析和研讨，反求其设计理念、设计原理、设计方法、技术窍门和制造过程等诸多关键技术，以迅速实现其国产化，进而快速开发制造出同类高附加值、高技术程度的新产品。所谓“逆向〞，是针对通常的先有设计意图再制造出实物的设计制造流程而言的。1/5/20244在机械制造领域运用多年的仿制技术，是反求工程的开展根底。反求工程不是传统意义上的“仿制〞，而是基于原型的再设计。从运用目的来看，实物仿制的着眼点在于制造出与实物一样的产品；而反求工程的着眼点那么在于对原始设计的复原与再设计，而后制造出和原有实物“形似〞而且“神似〞的产品；反求工程更强调集百家之长，在原有技术根底上进展创新和开辟延伸，构成更高层次的新技术或新产品。1/5/20245反求工程要求对引进技术进展消化、吸收和创新的深化开发，做到既能有效地运用它，还能逐渐掌握和开展它，实现由消费运用为主，向吸收、开发为主的转变，最终构成自主的技术开发体系。1/5/20246据统计，百分之七十以上的技术源于国外，反求工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了消费率。研讨反求工程技术，对我国国民经济的开展和科学技术程度的提高，具有艰苦的意义。1/5/20247反求工程〔逆向工程〕的运用领域在没有设计图纸或者设计图纸不完好以及没有CAD模型的情况下，在对零件原形进展丈量的根底上构成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为根据利用快速成型技术复制出一个一样的零件原型。

1/5/20248反求工程〔逆向工程〕的运用领域当要设计需求经过实验测试才干定型的工件模型时，通常采用反求工程的方法。如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的根底上经过各种性能测试〔如风洞实验等〕建立符合要求的产品模型，这类零件普通具有复杂的自在曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的根据。1/5/20249反求工程〔逆向工程〕的运用领域在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评价设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上减少比例的物体投视图的方法，此时需用反求工程的设计方法。修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需求对整个零件原型进展复制，而是借助反求工程技术抽取零件原形的设计思想，指点新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程。1/5/202410反求工程〔逆向工程〕的关键技术

反求工程〔逆向工程〕具有与传统设计制造过程截然不同的设计流程。在反求工程中，按照现有的零件原形进展设计消费，零件所具有几何特征与技术要求都包含在原形中；在传统的设计制造中，按照零件最终所要承当的功能以及各方面的影响要素，进展从无到有的设计。1/5/202411反求工程〔逆向工程〕四个阶段第一步:零件原形的数字化

通常采用三坐标丈量机(CMM)或激光扫描仪等丈量安装来获取零件原形外表点的三维坐标值。第二步:从丈量数据中提取零件原形的几何特征

按丈量数据的几何属性对其进展分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。

1/5/202412反求工程〔逆向工程〕四个阶段第三步:零件原形CAD模型的重建

将分割后的三维数据在CAD系统中分别做外表模型的拟合，并经过各外表片的求交与拼接获取零件原形外表的CAD模型。第四步:重建CAD模型的检验与修正

采用根据获得的CAD模型重新丈量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型能否满足精度或其他实验性能目的的要，对不满足要求者反复以上过程，直至到达零件的逆向工程设计要求。1/5/2024131/5/202414常用的丈量方法接触式丈量方法--坐标丈量机坐标丈量机是一种大型精细的三坐标标丈量仪器，可以对具有复杂外形的工件的空间尺寸进展逆向工程丈量。坐标丈量机普通采用触发式接触丈量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。九十年代初，英国Renishaw公司研制出一种三维力一位移传感的扫描丈量头，该测头可以在工件上滑动丈量，延续获取外表的坐标信息，扫描速度可达8米/秒，数字化速度最高可达500点/秒，精度约为0.03mm。这种测头价钱昂贵，目前尚未在坐标丈量机上广泛采用。坐标丈量机主要优点是丈量精度高，顺应性强，但普通接触式测头丈量效率低，而且对一些软质外表无法进展逆向工程丈量。1/5/202415层析法层析法是近年来开展的一种反求工程逆向工程技术将研讨的零件原形填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据，并将其组合起来获得零件的三维数据。层析法的优点在于任不测形，恣意构造零件的内外轮廓进展丈量，但丈量方式是破坏性的。1/5/202416非接触式逆向工程丈量方法非接触式丈量根据丈量原理的不同，大致有光学丈量、超声波丈量、电磁丈量等方式。1/5/202417非接触式逆向工程丈量方法基于光学三角型原理的逆向工程扫描法

这种丈量方法根据光学三角型丈量原理，以光作为光源，其构造方式可以分为光点、单线条、多光条等，将其投射到被测物体外表采用光电敏感元件在另一位置接纳激光的反射能量根据光点或光条在物体上成象的偏移，经过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的深度信息1/5/202418非接触式逆向工程丈量方法基于相位偏移丈量原理的莫尔条纹法

这种丈量方法将光栅条纹投射到被测物体外表，光栅条纹受物体外表外形的调制，其条纹间的相位关系会发生变化，数字图像处置的方法解析出光栅条纹图像的相位变化量来获取被测物体外表的三维信息。1/5/202419非接触式逆向工程丈量方法基于工业CT断层扫描图像逆向工程法

这种丈量方法对被测物体进展断层截面扫描,以X射线的衰减系数为根据，经处置重建断层截面图像根据不同位置的断层图像可建立物体的三维信息。该方法可以对被测物体内部的构造和外形进展无损丈量。该方法造价高，丈量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大。美国LLNL实验室研制的高分辨率ICT系统丈量精度为0.01mm。1/5/202420非接触式逆向工程丈量方法立体视觉丈量方法

立体视觉丈量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个〔多个〕摄象机拍摄的图像中的视差，以及摄象机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉丈量方法可以对处于两个〔多个〕摄象机共同视野内的目的特征点进展丈量，而无须伺服机构等扫描安装。立体视觉丈量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图象中提取与匹配的精度与准确性等问题。1/5/202421运用领域(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。

(3)损坏或磨损零件的复原。

(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，以及进展模型的比较。1/5/202422运用领域民用领域三维彩色数字摄影、三维型面检测

人体数字化、服装CAD、人体建模、人体数字雕塑、三维面容识别

医学仿生、医学丈量与模拟、整形美容及正畸的模拟与评价

三维彩色数字化、数字博物馆、有形文物及档案的管理、鉴定与复制

三维动画影片的制造、3D游戏建模、三维游戏中三维模型的输入与建立

公安刑侦、脚印、工具痕迹、弹痕采集及数字化1/5/202423运用领域工业领域工业产品的检测与丈量、产品及模具的逆向工程(汽车，航空，家电工业)

零部件外形变形检测、外形丈量、研讨丈量、工业在线检测

工业产品外型中的逆向三维重构

设计物理模型转换到数字模型

工业产品及零部件的质量检测

工业品的解析与仿制

工业研讨实验的检测工具

模具设计与检测领域1/5/202424某汽车模具厂现场扫描的实例三维扫描仪对物体多方位多角度进展拍摄利用被测