先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交大

1、先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) 第第四四章章 產(chǎn)品逆向工程產(chǎn)品逆向工程 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 一一.逆向工程概述逆向工程概述 1. 正向工程正向工程 一般工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開始，構(gòu)思產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然 后進(jìn)行每個零部件的設(shè)計、制造以及檢驗，再經(jīng)過裝配、性能測試等程序完 成整個開發(fā)過程，每個零部件都有設(shè)計圖紙，按確定的工藝文件加工。這種 開發(fā)模式稱為預(yù)定模式（prescriptive model），此類開發(fā)工作稱為正向工程 （forward engineering）或正向設(shè)計，產(chǎn)品正向開發(fā)的流程如圖所示。 一一. 逆向工程概述

2、逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2.逆向工程逆向工程 逆向工程（Reverse Engineering 簡稱RE），又稱反求工程或逆 向設(shè)計，是將已有產(chǎn)品模型（實物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型 和概念模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程分析和再創(chuàng)新設(shè)計的一種 方法和應(yīng)用技術(shù)，可有效提高產(chǎn)品的技術(shù)水平，縮短設(shè)計周期， 增強產(chǎn)品競爭力，是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)而創(chuàng)新和開發(fā)各 種新產(chǎn)品的重要手段。逆向工程作為吸收先進(jìn)技術(shù)的一種手段， 使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上。掌握逆向工程技術(shù)，對 我國國民經(jīng)濟的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平的提高和企業(yè)快速響應(yīng)市 場能力的提升，具有重要的工程意義

3、。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程通常是對某一實物樣件或模型（稱為零件原型，如汽車 的外形、鞋楦模等）進(jìn)行仿制。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 目前，針對已有樣件（尤其是包含有復(fù)雜不規(guī)則自由曲面的樣件），可 利用三維數(shù)字化測量儀器準(zhǔn)確、快速地測量出產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)，在逆向軟件 中構(gòu)建曲面模型，再輸入CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)一步編輯、修改，由CAM生成刀 具NC代碼（加工路徑）送至數(shù)控機床（CNC）制作所需模具，或者由快速 成型機（RP）將樣品模型制作出來。 一一.逆向工程概述逆向

4、工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程主要包括以下四個步驟： (1) 零件原型的數(shù)字化 (2) 零件原型的特征識別與提取 (3) 零件原型CAD模型的重建 (4) CAD模型的檢驗與修正 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程大致應(yīng)用在以下幾種情況： (1) 許多使用粘土或泡沫模型代替CAD設(shè)計的情況，最終需要運用逆向 工程將這些實物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。 (2) 外形設(shè)計師傾向使用產(chǎn)品的比例模型，以便于產(chǎn)品外形的美學(xué)評價， 最終可通過運用逆向工程技術(shù)將這些比例模型用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，通過 比例運算得到美

5、觀的真實尺寸的CAD模型。 (3) 需要通過實驗來最終確定零件的形狀， (4) 藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 一一.逆向工程概述逆向工程概述 (5) 人體中的骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)制、假肢制造。 (6) 特種服裝、頭盔的制造要以使用者的身體為原始設(shè)計依據(jù)，此時， 需首先建立人體的幾何模型 (7) 在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通過逆向 工程，可以方便地對快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測量， 找出產(chǎn)品設(shè)計的不足，進(jìn)行重新設(shè)計，經(jīng)過反復(fù)多次迭代可使產(chǎn)品完 善。 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4

6、章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 反求工程的關(guān)鍵技術(shù)有: 數(shù)據(jù)測量技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、模型重 構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)。 (1) 數(shù)據(jù)測量技術(shù)數(shù)據(jù)測量技術(shù) 反求工程中數(shù)據(jù)測量方法主要分為兩種:一種是傳統(tǒng)的接觸式測量 法，如三坐標(biāo)測量機法；另一種是非接觸測量法，如投影光柵法、 激光三角形法、工業(yè)CT 法、核磁共振法(MRI)、自動斷層掃描法等。 只有獲取了高質(zhì)量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，才能生成準(zhǔn)確的幾何模型。所 以，測量方法的選取是反求工程中一個非常重要的問題。 (2) 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 對得到的測量數(shù)據(jù)在CAD 模型重構(gòu)之前應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要 是為了排除噪聲數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)、精簡和歸并冗余數(shù)據(jù)，通常包

7、括: 噪聲點過濾數(shù)據(jù)點分區(qū)數(shù)據(jù)點精簡數(shù)據(jù)點平滑。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (3) 模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù) 通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD 模型，在探詢和了解原設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ) 上，實現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計，以達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目 的，同時也可以完成產(chǎn)品或模具的制造。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程系統(tǒng)組成 (1) 測量測頭測量測頭分接觸式和非接觸式 (2) 測量機測量機有三坐標(biāo)測量機、多軸關(guān)節(jié)式機械臂及激光追蹤站等。 (3)

8、 數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理軟件 (4) 模型重建軟件模型重建軟件 (5) CAE軟件軟件 (6) 數(shù)控加工設(shè)備數(shù)控加工設(shè)備 (7) 快速原型機快速原型機 (8) 產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 2. 測量方式測量方式 逆向工程多用三維立體測量，具體有：接觸式測量與非接觸式測 量。 (1) 接觸式測量接觸式測量 接觸式測量的優(yōu)點有： 接觸式測量不受樣件表面的反射特性、顏色及曲率影響，配合測 量軟件，可快速準(zhǔn)確地測量出物體的基本幾何形狀，

9、如面、圓柱、 圓錐、圓球等。接觸式測量的機械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，有 較高的準(zhǔn)確性和可靠性。 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 接觸式測量的缺點有： 確定測量基準(zhǔn)點而使用特殊的夾具，測量費用較高。 測量系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)及動態(tài)誤差。 檢測某些輪廓時，可能會有先天的限制。 以逐點進(jìn)出方式進(jìn)行測量，測量速度慢。 測頭尖端部分與被測件之間發(fā)生局部變形影響測量值的實際讀 數(shù)。 不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p害樣件,也會使測頭磨耗、損壞。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 采用接觸式測頭測量時，由于測頭半徑的影響

10、，得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并 不是測頭所觸及的表面點的坐標(biāo)，而是測頭球心的坐標(biāo)， 如要求得物 體真實外形則需要對測頭半徑進(jìn)行補償 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 非接觸式測量非接觸式測量 非接觸光學(xué)測量有如下優(yōu)點： 沒有測量力 測量速度和采樣頻率較高。 不必進(jìn)行測頭半徑的補償。 不少光學(xué)測頭具有大的量程。 同時探測的信息豐富。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 但非接觸式測量也還存在一些缺點： 測量精度較差。 使用CCD作探測器時，成像鏡頭的焦

11、距會影響測量精度。 非接觸式測頭是接收工件表面的反射光或散射光，測量結(jié)果易受環(huán) 境光線及工件表面的反射特性的影響，噪聲較高，噪聲信號的處理比 較麻煩。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 激光掃描儀 三坐標(biāo)測量機 測量方式非接觸式接觸式 測量精度10100 m1 m 傳感器光電接收器件 開關(guān)器件 測量速度100012000點秒人工控制（較慢） 前置作業(yè)通常表面需噴漆，無基準(zhǔn)點設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 工件材質(zhì)無限定硬質(zhì)材質(zhì) 測量死角光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處工件內(nèi)部不易測量 誤差隨曲面變化大 部分失真 優(yōu)點 測量速度快，

12、曲面數(shù)據(jù)獲取容易； 不必做測頭半徑補償； 可測量柔軟、易碎、不可接觸、薄件、 皮毛、變形細(xì)小等工件； 無接觸力，不會傷害精密表面。 精度較高； 可直接測量工件的特定幾何特征。 缺點 測量精度較差，無法判別特定幾何特 征； 陡峭面不易測量，激光無法照射到的 地方亦無法測量； 工件表面與測頭表面不垂直，則測得 的誤差變大； 工件表面的明暗程度會影響測量的精 度。 需逐點測量，速度慢； 測量前需做半徑補償； 接觸力大小會影響測量值； 接觸力會造成工件及測頭表面磨耗，影響光滑度； 傾斜面測量時，不易補償半徑，精度低； 測量工件內(nèi)部時，形狀尺寸會影響測量值。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及

13、工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 測量設(shè)備測量設(shè)備 (1) 坐標(biāo)測量機坐標(biāo)測量機 坐標(biāo)測量機（Coordinate Measuring Machine，簡稱CMM）是一種精 密的三坐標(biāo)測量儀器，三坐標(biāo)測量機可分為主機、測頭、電氣系統(tǒng)三 大部分。 三坐標(biāo)測量機的組成 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 三坐標(biāo)測量機的主機結(jié)構(gòu) 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理

14、 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 CMM是典型的接觸式測量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測量頭，一次 采樣只能獲取一個點的三維坐標(biāo)值。 使用CMM時必須設(shè)定較多參數(shù)。一般來說，掃描方向與模型陡峭面 成正交為佳。由于工件表面形狀不一，故常常要將工件分成不同的區(qū) 域，使用不同的參數(shù)掃描。若測量復(fù)雜形狀的工件，則比較耗時。 CMM主要優(yōu)點是測量精度高，適應(yīng)性強，但一般接觸式測頭測量效 率低，而且對一些軟質(zhì)表面無法進(jìn)行測量。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原

15、理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 多軸關(guān)節(jié)式機械臂多軸關(guān)節(jié)式機械臂 機械臂（Robot）也屬于接觸式測量儀。這種測量機幾乎不受方向限 制，可在工作空間做任意方向的測量。精度不高為其主要缺點，一般 常用于大型鈑金件模具的逆向工程測量。 (3) 激光掃描測量儀激光掃描測量儀 激光掃描測量儀用于非接觸式測量。四自由度激光掃描測量儀工作 臺具有線性位移及旋轉(zhuǎn)的功能，可帶動CCD測頭做逐線掃描，并配合工 件的旋轉(zhuǎn)完成多角度掃描的功能，基本上只要決定點的密度、掃描范 圍即可，若遇到不感光或是全反射的表面，則必須噴漆或另外處理。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及

16、工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (4) 激光跟蹤測量系統(tǒng)激光跟蹤測量系統(tǒng) 激光跟蹤測量系統(tǒng)屬球坐標(biāo)式測量儀 器此類設(shè)備較適合做大型物體輪廓的測 量，如飛機或汽車外型等。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (a)硬式測頭 (b)觸發(fā)式測頭 (c)模擬式測頭 4. 接觸式測頭及工作原理接觸式測頭及工作原理 硬式測頭（Hard Probe或Mechanical Probe）、觸發(fā)式測頭（Touch Tri gger Probe）及模擬式測頭（Analog Probe）等三種。 二二. 逆向工

17、程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (1) 硬式測頭硬式測頭 硬式測頭即機械測頭，硬測頭多 用于精度要求不太高的小型測量機 中，成本較低、操作簡單。 (2) 觸發(fā)式測頭觸發(fā)式測頭 觸發(fā)式測頭采用電子開關(guān)機構(gòu)， 觸發(fā)信號由電子開關(guān)控制，其重復(fù) 性、準(zhǔn)確性均較高，可達(dá)1m以內(nèi)， 不受人為因素影響. 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (3) 模擬式測頭模擬式測頭 模擬式測頭接觸工件時會有側(cè)向位移，光柵尺被感應(yīng)，產(chǎn)生電壓變 化，此模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入處理器記

18、錄下來，這種測量 方式稱為模擬式測量。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 5. 非接觸式測頭及其工作原理非接觸式測頭及其工作原理 非接觸式測頭一般用于不規(guī)則曲面的測量。非接觸式測主要以光學(xué) 測頭為主，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測頭已經(jīng)是探測技術(shù)的一個 重要發(fā)展方向。 光學(xué)測頭一般是基于三角法測量原理。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大

19、（a）點測量（）點測量（b）線測量（）線測量（c）面測量）面測量 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (a)直射式結(jié)構(gòu)(b)斜射式結(jié)構(gòu) 1激光器；2匯聚透鏡；3被測表面；4接收透鏡；5光電探測器 (1) 三角法位移測量原理三角法位移測量原理 單點式激光三角法測量有直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 立體視覺測量技術(shù)立體視覺測量技術(shù) 立體視覺測量是根據(jù)同一個三維空間點在不同 空間位置的兩個（或多個）攝象機拍攝的圖像中

20、 的視差，以及攝象機之間位置的空間幾何關(guān)系來 獲取該點的三維坐標(biāo)值。立體視覺測量面臨的最 大困難是空間特征點在多幅數(shù)字圖象中提取與匹 配的精度與準(zhǔn)確性等問題。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過坐標(biāo)測量儀來獲取的，一方面，無論是接觸式 的數(shù)控測量機還是非接觸式的激光掃描機，不可避免地會引入數(shù)據(jù)誤 差， 尤其是尖銳邊和產(chǎn)品邊界附近的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)中的壞點， 可能使該點及其周圍的曲面片偏離原曲面。同時由于實物幾何和測量 手段的制約，在數(shù)據(jù)測量時，會存在部分測量盲區(qū)和缺口，給后續(xù)的 造型帶來影響。所以需

21、要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理、不同方位測量的 多視數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊定位、不同特征區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。 三三. 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 數(shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)平滑 數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測量噪聲，以得到精確的模型和好的特征提取 效果。 三三. 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2. 多視數(shù)據(jù)對齊定位多視數(shù)據(jù)對齊定位 在逆向工程實際過程中，對實物樣件進(jìn)行數(shù)字化時，往往不能在同 一坐標(biāo)系下將產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)一次測出。得到的數(shù)據(jù)為多次測量數(shù)據(jù)。 對激光掃描測量，需要從不同的角度對樣件的各個

22、面，以及樣件局 部進(jìn)行放大掃描，以獲取樣件的多視點云。通常為處理方便，將兩種 情況的數(shù)據(jù)都稱為多視數(shù)據(jù)或點云，由于在幾何模型構(gòu)建時必須將這 些不同坐標(biāo)系下的多視數(shù)據(jù)變換或統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系中，這個數(shù)據(jù) 處理過程稱為多視數(shù)據(jù)的對齊(Registration)，或數(shù)據(jù)拼合、重定位等。 三三. 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一子 曲面類型的數(shù)據(jù)成組， 數(shù)據(jù)分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種方法。 測量的分割:適合于曲面特征比較明顯的實物外形和接觸式測量，

23、操 作者的水平和經(jīng)驗對結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。 自動分割:基于邊,基于面。 三三. 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 在逆向工程中，實物的三維CAD模型重建是整個過程最關(guān)鍵、最復(fù)雜 的一個環(huán)節(jié)，因為后續(xù)的產(chǎn)品加工制造、快速原型制造、虛擬制造仿 真、工程分析和產(chǎn)品的再設(shè)計等應(yīng)用都需要CAD數(shù)學(xué)模型的支持，這些 應(yīng)用都不同程度地要求重建的CAD模型能準(zhǔn)確的還原實物樣件，所以點 數(shù)據(jù)的處理、曲面的構(gòu)建方式以及完整的修編和分析等功能，是逆向 工程曲面模型重建相當(dāng)重要的部分。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆

24、向工程西南交 大 1. 曲線擬合造型曲線擬合造型 (1) 曲線擬合（插值與逼近）曲線擬合（插值與逼近） 逼近:樣條曲線 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 曲線修編曲線修編 對曲線進(jìn)行修形操作，修補由于測量數(shù)據(jù)的不完整帶來的擬合曲線 缺陷;具有完整、連續(xù)、光滑的特點，以保證生成曲面的光順性。 (3) 基于曲線的曲面重建基于曲線的曲面重建 在曲線造型完成后，可以通過不同曲面造型方法，進(jìn)行曲面模型的 重建工作，主要的曲面造型方式有：邊界曲線、N邊曲面、平行曲面、 掃掠、混合、旋轉(zhuǎn)、拉伸（Extend）和直紋面等。 四四. 模型重建技術(shù)模

25、型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2. 曲面擬合造型曲面擬合造型 直接對測量數(shù)據(jù)點進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片后，經(jīng)過過渡、混 合、連接形成最終的曲面模型，曲面直接擬合造型既可以處理有序點， 也能處理點云數(shù)據(jù)。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 曲面編輯曲面編輯 曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等， 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 4. 模型精度的評價

26、模型精度的評價 (1) 模型精度評價指標(biāo)模型精度評價指標(biāo) 整體指標(biāo);局部指標(biāo)。 (2) 模型精度評價方法模型精度評價方法 高斯曲率 (Guassian Curvature)、截面曲率(Section Curvature)、切矢 (Slope ) 、雙向曲率（Porcupine) 、法向矢量(Normals)。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 曲面的連續(xù)性大致分為位置連續(xù)、切線連續(xù)與曲率連續(xù)。 位置連續(xù)（0階連續(xù)） 切線連續(xù)（1階連續(xù)） 曲率連續(xù)（2階連續(xù)） 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西

27、南交 大 5. 逆向工程軟件逆向工程軟件 專業(yè)的逆向工程軟件:英國DelCAM公司產(chǎn)品 CopyCAD、美國Imagewar e 公司的Surfacer、美國Raindrop公司的Geomagic、英國MDTV公司的ST RIM。 CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開始集成了類似功能模塊，如Pro/Engineer中 的Pro/Scantools 和 ICEM Surf模塊、UG中的 PointCloud功能、Cimatron 中的Reverse Engineering功能模塊等，這些系統(tǒng)可以接受有序點，也可 以接受點云數(shù)據(jù)，極大地方便了設(shè)計人員，但與專業(yè)的逆向工程軟件 相比，它們的功能相當(dāng)有限。 四

28、四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 快速原型技術(shù)的基本過程快速原型技術(shù)的基本過程 (1) 構(gòu)造產(chǎn)品的三維構(gòu)造產(chǎn)品的三維CAD模型模型 應(yīng)用三維CAD軟件(如Pro/E、UG、Solid Works等) 設(shè)計三維模型；采 用逆向工程技術(shù)獲取產(chǎn)品的三維模型。 (2) 三維模型的近似處理三維模型的近似處理 用一系列小三角形平面來逼近模型上的不規(guī)則曲面，從而得到產(chǎn)品 的近似模型。 (3) 三維模型的三維模型的Z向離散化向離散化(即分層處理即分層處理) 將近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取層片 的輪廓信息。 五五. 快速原型技術(shù)快速原型技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (4) 處理層片信息，生成數(shù)控代碼處理層片信息，生成數(shù)控代碼 根據(jù)層片幾何信息，生成層片加工數(shù)控代碼，用以控制成形機的加 工運動。 (5) 逐層堆積制造逐層堆積制造 在計算機的控制下，根據(jù)生成的數(shù)控指令，RP系統(tǒng)中的成形頭(如激 光掃描頭或噴頭)在X-Y平面內(nèi)按截面輪廓進(jìn)行掃描，固化液態(tài)樹脂(或 切割紙、燒結(jié)粉末材料、噴射熱熔材料)，從而堆積出當(dāng)前的一個層片， 并將當(dāng)前層與已加工