逆向设计与3D打印案例教程 课件 1-2逆向工程的关键技术

逆向工程的关键技术一、数据采集技术数据采集是指通过特定的测量方法和设备，将物体表面形状转换成几何空间坐标点，从而得到逆向建模以及尺寸评价所需数据的过程。选择快速而精确的数据采集系统，是实现逆向设计的前提条件，它在很大程度上决定了所设计产品的最终质量，以及设计的效率和成本。图1-3逆向设计数据采集方法分类一、数据采集技术1.非接触式数据采集方法非接触式数据采集方法适用于需要大规模测量点的自由曲面和复杂曲面的数字化。优点：测量速度快；易获取曲面数据;测量数据不需要进行测头半径补偿；可测量柔软、易碎、不可接触、薄件、皮毛及变形细小等工件；无接触力，不会损伤精密表面等。缺点：测量精度较差，易受工件表面反射性的影响，如颜色、粗糙度等因素会影响测量结果；对边线、凹坑及不连续形状的处理较困难；工件表面与探头表面不垂直时，测得的数据误差较大。一、数据采集技术（1）激光三角测距法图1-4激光三角测距法原理原理：通过激光发射装置将激光束打到待测物体表面，然后用感光器件接受物体表面的反射光，根据反射时间、光源与感光设备间的距离、夹角等位置关系推算出物体表面点的坐标。图1-5手持式激光扫描仪1.非接触式数据采集方法一、数据采集技术（2）结构光学法图1-6结光学法测量原理原理：利用结构光学照明中的几何信息帮助提供景物中的几何信息，根据相机、结构光、物体之间的几何关系来确定物体的三维信息。图1-7白光双目扫描仪1.非接触式数据采集方法一、数据采集技术（3）图像分析法将一定模式的光照射到被测物体的表面，摄取反射光的图像，通过匹配确定物体上一点在两幅图像中的位置，由视差计算距离。（4）计算机断层扫描成像技术（CT）

通过对产品实物进行层析扫描后，获得一系列断层图像切片和数据。通过切片和数据提供的工件截面轮廓及其内部机构的完整信息，可以测量物体表面、内部和隐藏结构特征。（5）核磁共振测量法（MRI）

用磁场来标定物体某层面的空间位置，然后用射频脉冲序列照射，当被激发的核在动态过程中自动恢复到静态场的平衡时，把吸收的能量发射出来，利用线圈来检测这种信号并输人计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。（6）逐层切削扫描法以极小的厚度逐层切削实物，获得一系列断面图像数据，利用数字图像处理技术进行轮廓边界提取后，再经过坐标标定、边界跟踪等处理得到截面上各轮廓点的坐标值。一、数据采集技术2.接触式数据采集方法接触式数据采集方法是通过传感测量设备与样件的接触来记录样件表面的坐标位置。接触式数据采集方法主要用于基于特征的CAD模型的检测，特别是对仅需少量特征点的规则曲面模型组成的实物的测量与检测。优点：测量数据不受样件表面光照、颜色及曲率因素的影响，物体边界的测量相对精确，测量精度高。缺点：逐点测量，测量速度慢，不能测量软质材料和超薄形物体，对曲面上探头无法接触的部分不能进行测量，应用范围受到限制，测量过程需要人工干预，接触力大小会影响测量值，测量前后需做测头半径补偿等。一、数据采集技术（1）触发式数据采集2.接触式数据采集方法当采样测头的探针刚好接触到样件表面时，探针尖因受力产生微小变形，触发采样开关，使数据系统记录下探针尖的即时坐标，逐点移动，直到采集完样件表面轮廓的坐标数据。触发式数据采集方法一般适用于样件表面形状检测，或需要数据较少的表面数字化的情况。（2）连续扫描式数据采集

利用测头探针的位置偏移所产生的电感或电容的变化，进行机电模拟量的转换。当采样探头的探针沿样件表面以一定速度移动时，就发出对应各坐标位置偏移量的电流或电压信号。连续扫描式数据采集方法适用于生产车间环境的数字化，它能保证在较短的测量时间内实现最佳的测量精度。一、数据采集技术2.接触式数据采集方法（3）接触式数据采集设备1-工作台2-移动桥架3-中央滑架4-Z轴5-测头6-电子系统图1-8三坐标测机的组成原理：设备在三个方向上均装有高精度的光栅尺和读数头，通过相应的电气系统控制操作使其沿相应的导轨方向移动，通过测头对被测零件进行接触或扫描，从而达到数据采集的目的，再通过相应的软件处理，完成零部件的测量或扫描工作。（a）悬臂式

（b）桥式

（c）龙门式图1-9三坐标测量机的主要机型一、数据采集技术三坐标测量机的操作流程

：三坐标测量机可以实现工件的高精度全尺寸检测，测量前需要根据被测工件的尺寸选取合适的测针。针对待测量的元素，如面、圆、圆柱、球体、键槽等应，根据实际需要测量相应的几何量，并进行公差评价与报告输出。图1-10三坐标测量机操作流程一、数据采集技术3.接触式与非接触式数据采集方法对比表1-1逆向设计中常用的数据采集方法对比需要根据产品的自身特性、精度要求、制造材质等多项因素综合考虑之后，在满足使用要求的基础上对设备进行合理的评估和选择。二、数据处理与CAD建模技术1.

应用概述伴随着逆向工程及其相关技术理论研究的深入进行，其成果的商业化应用也逐渐受到重视，目前，开发专用的逆向工程软件及结合产品设计的结构设计软件成为逆向工程技术应用的关键。表1-2国内外几大逆向工程软件的基本情况和特点2.主要软件介绍二、数据处理与CAD建模技术（1）GeomagicWrap软件该软件可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面，是目前应用较为广泛的逆向工程软件，是对点云处理及三维曲面构建功能最强大的软件之一。图1-11GeomagicWrap的应用界面2.主要软件介绍二、数据处理与CAD建模技术（2）GeomagicDesignX软件该软件的前身是韩国INUS公司出品的逆向工程软件RapidForm。它提供了新一