逆向工程技术课件.ppt

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1、逆向工程技术第一节概述1.1逆向工程的发展背景1.随着工业技术的进步以及经济的发展，在消费者高质量的要求下，功能上的需求已不再是赢得市场的唯一条件。产品不仅要具有先进的功能，还要有流畅、造型富有个性的产品外观，以吸引消费者的注意。流畅、造型富有个性的产品外观要求必然会使得产品外观由复杂的自由曲面组成。然而传统的产品开发模式（即正向工程）很难用严密、统一的数学语言来描述这些自由曲面。2.随着市场竞争的加剧，为了快速的响应市场，产品的周期越来越短，企业界对新产品开发力度也得到不断地加强。传统的产品开发模式受到挑战。为此，为适应现代先进制造技术的发展，需要将实物样

2、件或手工模型转化为CAD数据，以便利用快速成形系统（RP）、计算机辅助制造系统(CAM)、产品数据管理（PDM)等先进技术对其进行处理和管理，并进行进一步的修改和再设计优化。此时，就需要一个一体化的解决手段：样品数据样品。逆向工程就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模型的直接转换。作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视。1.2逆向工程的定义逆向工程（Reverseengineering，简称RE）,也称反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精密测量和质量检测，是80年代发

3、展起来的反向的产品设计思想，是消化和吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，它以已有的产品或技术为研究对象，将已存在的产品模型或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已存在的产品进行解剖、深化和再创造，是在已有设计基础上的再设计。逆向工程是集测量技术、计算机软硬件技术、现代产品设计与制造技术的综合应用技术[2]，是设计下游向设计上游反馈信息的回路。传统的产品开发流程是一种预定模式，即从市场需求出发，分析产品的功能描述、规格及预定指标。然后再进行概念设计、总体设计和零部件设计，制定工艺流程、设计工装夹具，依据产品的设计蓝图完成加工制造。这种设

4、计方法称为正向设计或顺向设计。产品的逆向工程则与之相反，它是从产品的实物样件出发，通过各种测绘技术和几何造型技术将其转化成CAD模型和图样，再制造产品。它改变了CAD系统从图纸到实物的传统设计模式，为产品的快速开发及原形化设计提供了一条新的途径。1.与正向工程的区别1.3逆向工程的工作流程逆向工程由离散数据获取、数据处理与曲面重构、快速制造三大部分组成（其体系结构如图1.1所示）。包含三维数据测量、数据预处理和曲线曲面重构三大关键技术。逆向工程的一般过程分为样件三维数据获取、数据处理、原形CAD模型重建、模型评价与修正和快速制造五个阶段。数据处理建构曲线曲面

5、三维重构点数据体素几何模型NC编程CAN加工STL分层RP制造实物样件三维测量图1.1逆向工程体系结构图1、点云数据预处理非接触式测量方法测得的数据非常庞大，并常常带有许多杂点、噪声点，影响后续的曲面、曲线创建过程。因此，需在曲面重构前，对点云进行一些必要的处理，以获得满意的数据，为曲面重构过程做好准备，即点云预处理。点云预处理主要包括多视点云的对齐、点云过滤、数据精简和点云分块。2、三维模型重构三维CAD模型的重构是逆向工程的另一个核心和主要目的，是后续产品加工制造、快速成形、工程分析和产品再设计的基础。因此，CAD模型的重构是整个逆向工程中最关键、最复杂

6、的一环。在逆向工程中，三维CAD模型的重构是利用产品表面的算乱点数据，通过插值或者拟合，构建一个近似模型来逼近产品模型。根据曲面拓扑形式的不同，目前逆向工程研究中，自由曲面建模手段分为两大类：第一种是以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方法；第二种是以NURBS（非均匀有理B样条）曲线、曲面为基础的矩形域参数曲面拟合方法。3、重构模型质量评价在逆向工程中，从产品的实物模型，重构得到了产品的CAD模型，根据这个CAD模型，一方面可以对原产品进行仿制或者重复制造，另一方面可以对原始产品进行工程分析、优化结构、实现改进、创新设计。两个方面都存在这样一个问题，即重

7、构的CAD模型能否表现产品实物，两者之间的误差有多大。因此，应予以考虑的模型精度评价主要解决以下问题：（1）由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差到底有多大。（2）所建立的模型是否可以接受。（3）根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。1.3逆向工程的应用领域1.在产品外形的美学有特别要求的领域，为方便评价其美学效果，设计师广泛利用油泥、黏土或木头等材料进行快速且大量的模型制作，将所要表达的意图以实体的方式呈现出来，而不是采用计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法。此时如何根据造型师制作出来的模型，快速建立三维CAD模型，就必须引入逆向工程技术。2.当设

8、计需要通过试验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向