产品造型设计材料与工艺赵占西09逆向工程与快速成型

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1、机械工业出版社第9章逆向工程与快速成形技术产品造型材料与工艺第九章逆向工程与快速成型技术39.1逆向工程一、逆向工程原理工业设计正在朝知识化和网络化方向迈进，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中三维造型技术已被制造业广泛应用于产品造型及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等方面。设计人员必须通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物（产品原型或油泥模型）转化为计算机上的三维数字模型，这就应用到了逆向工程技术。所谓逆向工程技术（ReverseEngineering，RE，也称为反求工程、反向工程），是指用一定的测量手段对实

2、物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。第九章逆向工程与快速成型技术4逆向工程技术综合了三维测量、计算机辅助设计、快速成形等高新技术。逆向工程是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/CAE/CAM等先进技术对其进行处理。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面。逆向工程是为了消化吸收引进技术而提出的一系列分析方法和应用技术的结合。是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术，是CAD领域中一个相对独立的范畴。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品

3、设计一般需要经过如图9-1所示的设计过程。第九章逆向工程与快速成型技术5设计任务→设计造型→加工制造→产品实体图9-1传统的设计过程逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM等先进技术对其进行处理。它的工程系统流程如图9-2所示，与图9-1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。逆向工程根据实物测量数据重构其CAD模型，运用现代设计理论、方法和技术对模型进行再设计，并与现代快速制造技术有机结合最终制造出产品。它是交叉学科融合的成果，涉及计算机视觉学、计算机图形学、现代测量方

4、法等学科。图9-3为逆向工程过程示意图。第九章逆向工程与快速成型技术6图9-2逆向工程系统流程图图9-3逆向工程过程示意图第九章逆向工程与快速成型技术7二、逆向工程方法作为一种新的工业设计概念，逆向工程设计综合了三维测量、计算机辅助设计、快速成形等高新技术，对样品、模型进行高速精确的激光扫描，得到其三维轮廓数据，结合专门的逆向工程软件进行三维设计重构，生成实体，通过快速成形及硅胶复模、小批量生产，快速投放、验证市场，为抢占商机赢得市场节省了大量宝贵的时间，并且有效地避免了风险、缩短了工业设计的周期。采用逆向工程不是简单的仿型，它可以在原件的基础上，利用

5、原件的技术架构重新进行正向设计，为快速创新提供了条件。逆向工程具有与传统设计制造过程截然不同的设计流程。传统正向设计从概念设计到最终形成CAD模型是一个从无到有的过程，而逆向工程对现有零件原形数字化再形成CAD模型，是一个推理、逼近的创新过程。第九章逆向工程与快速成型技术81.快速准确测量出实物零件或模型的三维轮廓坐标数据（数据采集）在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息，即利用测量装置采集实物/模型表面数据。坐标测量技术和众多学科都有着紧密的联系，如光学、机械、电子、计算机视觉、计算机图形学、图像处理、模式识别等，其应用领域极为广阔，

6、它也是实现逆向工程的基础。常用三维数据测量方式可分为接触式三坐标测量和非接触式激光扫描测量以及逐层扫描测量等方式。接触式测量方法通常采用三坐标测量机或机器人手臂进行测量，需接触被测物体的表面；而非接触式测量方法则采用声、光、电或磁等现象进行测量，测量时物体表面无机械接触。测量装置多采用坐标测量机，也有一些应用是在数控铣床或机器人末端安装测量部件完成数据采集工作。第九章逆向工程与快速成型技术9根据测量部件与被测量物体的位置关系，可以分为接触式和非接触式两大类。接触式三坐标测量机如图9-4所示，非接触式激光扫描抄数机如图9-5所示，接触式关节臂三坐标测量机

7、如图9-6所示。第九章逆向工程与快速成型技术图9-5非接触式激光扫描抄数机图9-4接触式三坐标测量机图9-6接触式关节臂三坐标测量机10接触式测量的优点是：（1）准确性及可靠性高；（2）对被测物体的材质和反射特性无特殊要求，不受工件表面颜色及曲率的影响。接触式测量的缺点是：（1）测量速度慢；（2）接触头易磨损，故需经常校正探头直径；（3）不能对软质材料和超薄形物件进行测量，而且对细微部分的扫描受到限制等。第九章逆向工程与快速成型技术11激光扫描材料最大特点是速度快，测得的点和数据量大，可以充分表示零件的表面信息。此外，采用激光扫描测量方法扫描探头不接触

8、零件表面，因而可对高精密的软质、薄形工件进行测量；采用激光扫描测量方法很适合测量大尺寸、具有复