數(shù)字化設(shè)計(jì)-逆向技術(shù)

1、數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)逆向技術(shù)逆向技術(shù)北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院 逆向技術(shù)2011年年4月月 席平席平逆向工程（逆向工程（Reverse Engineering, RE）,也稱(chēng)反求工也稱(chēng)反求工程、反向工程等。程、反向工程等。逆向工程起源于精密測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn)，它是設(shè)計(jì)下游逆向工程起源于精密測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn)，它是設(shè)計(jì)下游向設(shè)計(jì)上游反饋信息的回路。向設(shè)計(jì)上游反饋信息的回路。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代以來(lái)，逆向工程技術(shù)被放到大幅度縮短年代以來(lái)，逆向工程技術(shù)被放到大幅度縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的主要位置上。新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的主要位置上。逆向工程所需硬軟件：

2、逆向工程所需硬軟件： 測(cè)量設(shè)備測(cè)量設(shè)備 逆向設(shè)計(jì)軟件逆向設(shè)計(jì)軟件逆向技術(shù)逆向工程背景逆向工程背景 逆向工程軟件：逆向工程軟件：Imageware、Raindrop、Geomagic Studio、Paraform、ICEM Surf、Copy CAD 等等CAD/CAM系統(tǒng)類(lèi)似模塊，系統(tǒng)類(lèi)似模塊，UGUnigrahics、 ProEPro/SCAM、 Cimatron90PointCloud等等逆向技術(shù)逆向工程背景逆向工程背景 接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工業(yè)工業(yè)CT測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī)逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量CAD模型重構(gòu)二維圖樣、技術(shù)文檔仿制改制產(chǎn)品CAD/C

3、AE系統(tǒng)CAM系統(tǒng)快速成型RP產(chǎn)品樣件模具P DM系統(tǒng)實(shí)物樣件新產(chǎn)品逆向工程流程圖逆向工程流程圖 逆向技術(shù)1. 數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量2. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)4. 坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)5. 誤差分析誤差分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品實(shí)物實(shí)物數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理處理三維三維重構(gòu)重構(gòu)坐標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)誤差誤差分析分析CAD模型模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量是逆向工程的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模數(shù)字化測(cè)量是逆向工程的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。數(shù)據(jù)的測(cè)量質(zhì)量直接影響最終模型的質(zhì)量。、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。數(shù)據(jù)的測(cè)量質(zhì)

4、量直接影響最終模型的質(zhì)量。數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量 測(cè)量設(shè)備測(cè)量設(shè)備 非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量 測(cè)量設(shè)備測(cè)量設(shè)備 基于平板探測(cè)器基于平板探測(cè)器X射線成像系統(tǒng)射線成像系統(tǒng) 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)CT測(cè)量測(cè)量逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量測(cè)量方法比較測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 接觸式探頭發(fā)展已有幾十年，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，故接觸式探頭發(fā)展已有幾十年，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，故有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。 接觸式測(cè)量探頭直接接觸工作表面，與工件表面的反射特性、顏色及接觸式測(cè)量探頭直接接觸工作表面，與工件表面的反

5、射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。曲率關(guān)系不大。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 為了確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，不同形狀的產(chǎn)品可能會(huì)要求為了確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，不同形狀的產(chǎn)品可能會(huì)要求不同的夾具，因此導(dǎo)致測(cè)量費(fèi)用較高。不同的夾具，因此導(dǎo)致測(cè)量費(fèi)用較高。 球形的探頭易因接觸力造成磨損，為了維持測(cè)量精度，需要經(jīng)常校正球形的探頭易因接觸力造成磨損，為了維持測(cè)量精度，需要經(jīng)常校正探頭的直徑，不當(dāng)?shù)牟僮鬟€會(huì)損壞工件表面和探頭。探頭的直徑，不當(dāng)?shù)牟僮鬟€會(huì)損壞工件表面和探頭。 測(cè)量數(shù)度較慢，對(duì)于工件表面的內(nèi)形檢測(cè)受到觸發(fā)探頭直徑的限制。測(cè)量數(shù)度較慢，對(duì)于工件表面的內(nèi)形檢測(cè)受到觸發(fā)探頭直徑的限制。 對(duì)三維曲面的測(cè)量，探

6、頭測(cè)量到的點(diǎn)是探頭的球心位置，欲求得物體對(duì)三維曲面的測(cè)量，探頭測(cè)量到的點(diǎn)是探頭的球心位置，欲求得物體真實(shí)外型需要對(duì)探頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，因而可能引入修正誤差。真實(shí)外型需要對(duì)探頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，因而可能引入修正誤差。接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量逆向技術(shù)數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量測(cè)量方法比較測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 不必作半徑補(bǔ)償，因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)位置就是工件表面的位置。不必作半徑補(bǔ)償，因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)位置就是工件表面的位置。 測(cè)量數(shù)度非?？?，不必像接觸式探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)出測(cè)量。測(cè)量數(shù)度非?？欤槐叵窠佑|式探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)出測(cè)量。 軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測(cè)量。軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測(cè)量。 缺點(diǎn)

7、缺點(diǎn) 測(cè)量精度較差，因接觸式探頭大多使用光敏位置探測(cè)器來(lái)檢測(cè)光點(diǎn)測(cè)量精度較差，因接觸式探頭大多使用光敏位置探測(cè)器來(lái)檢測(cè)光點(diǎn)位置，目前其精度仍不夠，約為位置，目前其精度仍不夠，約為2020以上。以上。 因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件 表面反射特性的影響，如顏色、曲率等。表面反射特性的影響，如顏色、曲率等。 非接觸式測(cè)量只做工件輪廓坐標(biāo)點(diǎn)的大量取樣，對(duì)邊線處理、凹孔非接觸式測(cè)量只做工件輪廓坐標(biāo)點(diǎn)的大量取樣，對(duì)邊線處理、凹孔處理以及不連續(xù)形狀的處理較困難。處理以及不連續(xù)形狀的處理較困難。 非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量逆

8、向技術(shù)測(cè)量路徑是測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，在逆向工程的測(cè)量流程中是極其重要測(cè)量路徑是測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，在逆向工程的測(cè)量流程中是極其重要的一環(huán)，其數(shù)據(jù)規(guī)劃的效果將直接影響到整個(gè)產(chǎn)品模型逆向工程時(shí)間的一環(huán)，其數(shù)據(jù)規(guī)劃的效果將直接影響到整個(gè)產(chǎn)品模型逆向工程時(shí)間的長(zhǎng)短和重構(gòu)質(zhì)量。的長(zhǎng)短和重構(gòu)質(zhì)量。 特別是在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，為保證測(cè)量精度和特別是在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，為保證測(cè)量精度和運(yùn)行安全，提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量效率的關(guān)鍵。運(yùn)行安全，提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量效率的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)測(cè)量路徑的基本原則：設(shè)計(jì)測(cè)量路徑的基本原則：1）安全，即從本測(cè)量點(diǎn)移到下一測(cè)量點(diǎn)的途中，測(cè)頭不與工件發(fā)）安全，即從本

9、測(cè)量點(diǎn)移到下一測(cè)量點(diǎn)的途中，測(cè)頭不與工件發(fā)生干涉；生干涉；2）路徑短、速度快，即根據(jù)坐標(biāo)機(jī)的加減速特性，測(cè)頭能以最快）路徑短、速度快，即根據(jù)坐標(biāo)機(jī)的加減速特性，測(cè)頭能以最快的速度到達(dá)下一測(cè)量點(diǎn)；的速度到達(dá)下一測(cè)量點(diǎn)；3）行走路線自然，減少測(cè)頭運(yùn)轉(zhuǎn)的空行程和測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)測(cè)量。）行走路線自然，減少測(cè)頭運(yùn)轉(zhuǎn)的空行程和測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)測(cè)量。測(cè)量路徑規(guī)劃測(cè)量路徑規(guī)劃 逆向技術(shù)測(cè)量實(shí)例測(cè)量實(shí)例 渦輪葉片模具渦輪葉片模具葉片模具型面數(shù)據(jù)葉片模具型面數(shù)據(jù) 葉片模具邊界數(shù)據(jù)葉片模具邊界數(shù)據(jù) 共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)24500個(gè)個(gè) 。逆向技術(shù)測(cè)量實(shí)例測(cè)量實(shí)例 不同葉片的不同葉片的3D-CT3D-CT層析斷層層析斷層 自主

10、研發(fā)的高解析度自主研發(fā)的高解析度3D-CT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同葉片的不同葉片的3D-CT層析斷層層析斷層 逆向技術(shù)測(cè)量實(shí)例測(cè)量實(shí)例 基于雙目視覺(jué)的三維數(shù)據(jù)獲取基于雙目視覺(jué)的三維數(shù)據(jù)獲取自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)掃描系統(tǒng)自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)掃描系統(tǒng)蒙皮模具（蒙皮模具（ 長(zhǎng)長(zhǎng)5m）共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)共采集數(shù)據(jù)點(diǎn)341212341212個(gè)個(gè) 成型面點(diǎn)云圖成型面點(diǎn)云圖逆向技術(shù)1. 數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量2. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)4. 坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)5. 誤差分析誤差分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品實(shí)物實(shí)物數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理處理三維三維重構(gòu)重構(gòu)坐標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)誤差誤差分析分析

11、CAD模型模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逆向技術(shù)產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)獲取的，一方面，無(wú)論是接觸產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)獲取的，一方面，無(wú)論是接觸式的數(shù)控測(cè)量機(jī)還是非接觸式的激光掃描機(jī)，不可避免地會(huì)引入數(shù)式的數(shù)控測(cè)量機(jī)還是非接觸式的激光掃描機(jī)，不可避免地會(huì)引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和產(chǎn)品邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和產(chǎn)品邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周?chē)那嫫x原曲面。另外，由于激光壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周?chē)那嫫x原曲面。另外，由于激光掃描的應(yīng)用，曲面測(cè)量會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣在造型之前應(yīng)對(duì)掃描的應(yīng)用，曲面測(cè)量會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣

12、在造型之前應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)。數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)。主要包括以下內(nèi)容：主要包括以下內(nèi)容： 壞點(diǎn)去除，點(diǎn)云精簡(jiǎn)，數(shù)據(jù)插補(bǔ)，數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)分割壞點(diǎn)去除，點(diǎn)云精簡(jiǎn)，數(shù)據(jù)插補(bǔ)，數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)分割測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理逆向技術(shù)壞點(diǎn)又稱(chēng)跳點(diǎn)，通常由于測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)發(fā)生改變和測(cè)量環(huán)壞點(diǎn)又稱(chēng)跳點(diǎn)，通常由于測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)發(fā)生改變和測(cè)量環(huán)境突然變化造成的，對(duì)于手動(dòng)人工測(cè)量，還會(huì)由于誤操作是測(cè)量數(shù)境突然變化造成的，對(duì)于手動(dòng)人工測(cè)量，還會(huì)由于誤操作是測(cè)量數(shù)據(jù)失真。據(jù)失真。壞點(diǎn)對(duì)曲線、曲面的光順性影響較大，因此測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理首先壞點(diǎn)對(duì)曲線、曲面的光順性影響較大，因此測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理首先就是要去除數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的壞點(diǎn)。就是

13、要去除數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的壞點(diǎn)。常用方法如下：常用方法如下：1. 直觀檢查法直觀檢查法2. 曲線檢查法曲線檢查法3. 弦高差法弦高差法測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 壞點(diǎn)去除壞點(diǎn)去除逆向技術(shù)當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)過(guò)密，不但會(huì)影響曲面的重構(gòu)速度，而且在重構(gòu)曲面的曲率當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)過(guò)密，不但會(huì)影響曲面的重構(gòu)速度，而且在重構(gòu)曲面的曲率較小處還會(huì)影響曲面的光順性。因此，在進(jìn)行曲面重構(gòu)前，需要建立數(shù)據(jù)較小處還會(huì)影響曲面的光順性。因此，在進(jìn)行曲面重構(gòu)前，需要建立數(shù)據(jù)的空間鄰域關(guān)系和精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。的空間鄰域關(guān)系和精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。在均勻精簡(jiǎn)方法中，通過(guò)以某一點(diǎn)定義采樣立方體，求立方體內(nèi)其余點(diǎn)在均勻精簡(jiǎn)方法中，通過(guò)以某一點(diǎn)定義采樣立方體，求立方體

14、內(nèi)其余點(diǎn)到該點(diǎn)的距離，再根據(jù)平均距離和用戶指定保留點(diǎn)的百分比進(jìn)行精簡(jiǎn)。到該點(diǎn)的距離，再根據(jù)平均距離和用戶指定保留點(diǎn)的百分比進(jìn)行精簡(jiǎn)。測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 點(diǎn)云精簡(jiǎn)點(diǎn)云精簡(jiǎn)3p 保留每個(gè)子立方體中距中心點(diǎn)保留每個(gè)子立方體中距中心點(diǎn)最近的點(diǎn)。最近的點(diǎn)。逆向技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)（測(cè)量數(shù)據(jù)（24500個(gè)） 處理后的數(shù)據(jù)（處理后的數(shù)據(jù)（ 4607個(gè)）個(gè)）測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)實(shí)例數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)實(shí)例 精簡(jiǎn)原則：精簡(jiǎn)原則：精簡(jiǎn)距離為精簡(jiǎn)距離為2mm，精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云在空間分布均勻，適合，精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云在空間分布均勻，適合數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。 逆向技術(shù)由于實(shí)物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測(cè)量機(jī)的限制，一方面在實(shí)

15、物數(shù)字化時(shí)會(huì)由于實(shí)物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測(cè)量機(jī)的限制，一方面在實(shí)物數(shù)字化時(shí)會(huì)存在一些探頭無(wú)法測(cè)到的區(qū)域，另一種情況則是實(shí)物零件中存在表存在一些探頭無(wú)法測(cè)到的區(qū)域，另一種情況則是實(shí)物零件中存在表面凹邊、孔及槽等，使曲面出現(xiàn)缺口，這樣在造型時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)面凹邊、孔及槽等，使曲面出現(xiàn)缺口，這樣在造型時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)空白現(xiàn)象，影響曲面的逆向建模?？瞻赚F(xiàn)象，影響曲面的逆向建模。目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法主要有目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法主要有1. 實(shí)物填充法實(shí)物填充法2. 造型設(shè)計(jì)法造型設(shè)計(jì)法3. 曲線、曲面插值補(bǔ)充法曲線、曲面插值補(bǔ)充法測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)插補(bǔ)數(shù)據(jù)插補(bǔ)逆向技術(shù)由于在數(shù)據(jù)測(cè)

16、量過(guò)程中受到各種人為和隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果由于在數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中受到各種人為和隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果包含噪聲，為了降低或消除噪聲對(duì)后續(xù)建模質(zhì)量的影響，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行包含噪聲，為了降低或消除噪聲對(duì)后續(xù)建模質(zhì)量的影響，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波。數(shù)據(jù)平滑主要針對(duì)掃描線數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)是無(wú)序的，將影響平滑濾波。數(shù)據(jù)平滑主要針對(duì)掃描線數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)是無(wú)序的，將影響平滑的效果。平滑的效果。通常采用的濾波算法：通常采用的濾波算法：1. 標(biāo)準(zhǔn)高斯標(biāo)準(zhǔn)高斯(Gaussian)法法2. 平均平均(Averaging)法法3. 中值中值(Median) 法，法，測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)

17、平滑逆向技術(shù)數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類(lèi)型，將屬于同一子曲面類(lèi)數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類(lèi)型，將屬于同一子曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)成祖，這樣全部數(shù)據(jù)將劃分成代表不同曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)域，為后型的數(shù)據(jù)成祖，這樣全部數(shù)據(jù)將劃分成代表不同曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)域，為后續(xù)的曲面模型重建提供方便。續(xù)的曲面模型重建提供方便。常用方法：常用方法：1. 基于測(cè)量的分割基于測(cè)量的分割2. 自動(dòng)分割自動(dòng)分割測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn) 數(shù)據(jù)點(diǎn)分割數(shù)據(jù)點(diǎn)分割 擬合擬合29個(gè)二次曲面?zhèn)€二次曲面線框圖線框圖 渲染圖渲染圖逆向技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)分割實(shí)例數(shù)據(jù)分割實(shí)

18、例儀表盤(pán)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)儀表盤(pán)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù) 分割后的點(diǎn)云分割后的點(diǎn)云根據(jù)形狀分析，將點(diǎn)云分割為三部分：左端面，中間面，右端面。根據(jù)形狀分析，將點(diǎn)云分割為三部分：左端面，中間面，右端面。逆求軟件提供逆求軟件提供多種分割點(diǎn)云的方法多種分割點(diǎn)云的方法逆向技術(shù)1. 數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量2. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)4. 坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)5. 誤差分析誤差分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品實(shí)物實(shí)物數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理處理三維三維重構(gòu)重構(gòu)坐標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)誤差誤差分析分析CAD模型模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逆向技術(shù)在逆向工程中，實(shí)物的三維在逆向工程中，實(shí)物的三維CADCAD

19、模型重構(gòu)是整個(gè)過(guò)程最關(guān)鍵、最模型重構(gòu)是整個(gè)過(guò)程最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一環(huán)，因?yàn)楹罄m(xù)的產(chǎn)品加工制造、快速原型制造、虛擬制造復(fù)雜的一環(huán)，因?yàn)楹罄m(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(jì)等應(yīng)用都需要仿真、工程分析和產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)等應(yīng)用都需要CADCAD數(shù)學(xué)模型的支持。數(shù)學(xué)模型的支持。這些應(yīng)用都不同程度地要求重構(gòu)的這些應(yīng)用都不同程度地要求重構(gòu)的CADCAD模型能準(zhǔn)確還原實(shí)物樣件。整模型能準(zhǔn)確還原實(shí)物樣件。整個(gè)環(huán)節(jié)具有工作量大、技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)工作的進(jìn)行受設(shè)備硬個(gè)環(huán)節(jié)具有工作量大、技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)工作的進(jìn)行受設(shè)備硬件和操作者兩個(gè)因素的影響。件和操作者兩個(gè)因素的影響。三維重構(gòu)三維

20、重構(gòu)點(diǎn)云圖點(diǎn)云圖 三維模型三維模型逆向技術(shù)目前成熟的模型重構(gòu)方法根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)來(lái)源、造型方式和曲目前成熟的模型重構(gòu)方法根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)來(lái)源、造型方式和曲面表示可分為：面表示可分為：按數(shù)據(jù)類(lèi)型：按數(shù)據(jù)類(lèi)型：分為有序點(diǎn)和散亂點(diǎn)的重構(gòu)；分為有序點(diǎn)和散亂點(diǎn)的重構(gòu)；按測(cè)量機(jī)的類(lèi)型：按測(cè)量機(jī)的類(lèi)型：分為基于分為基于CMMCMM、激光點(diǎn)云、激光點(diǎn)云、CTCT數(shù)據(jù)和光學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和光學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的重構(gòu)；的重構(gòu)；按造型方式：按造型方式：可分為基于曲線的模型重構(gòu)和基于曲面的直接擬合；可分為基于曲線的模型重構(gòu)和基于曲面的直接擬合；按曲面表示方法：按曲面表示方法：分為邊界表示、四邊分為邊界表示、四邊B B樣條表

21、示、三角面片和三角樣條表示、三角面片和三角網(wǎng)格表示的模型重構(gòu)等。網(wǎng)格表示的模型重構(gòu)等。 在模型重構(gòu)之前，應(yīng)詳細(xì)了解模型的前期信息和后續(xù)應(yīng)用要求，以在模型重構(gòu)之前，應(yīng)詳細(xì)了解模型的前期信息和后續(xù)應(yīng)用要求，以選擇正確有效的造型方法、支撐軟件選擇正確有效的造型方法、支撐軟件 、模型精度和模型質(zhì)量。前期信、模型精度和模型質(zhì)量。前期信息包括實(shí)物樣件的幾何特征、數(shù)據(jù)特點(diǎn)等；后續(xù)應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)分析、加息包括實(shí)物樣件的幾何特征、數(shù)據(jù)特點(diǎn)等；后續(xù)應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)分析、加工、制作模具、快速原型等。工、制作模具、快速原型等。三維重構(gòu)三維重構(gòu)常用方法常用方法逆向技術(shù)1. 數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量2. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處

22、理3. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)4. 坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)5. 誤差分析誤差分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品實(shí)物實(shí)物數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理處理三維三維重構(gòu)重構(gòu)坐標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)誤差誤差分析分析CAD模型模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逆向技術(shù) 坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn) 實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和被測(cè)物設(shè)計(jì)模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)，為誤差分析做準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和被測(cè)物設(shè)計(jì)模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)，為誤差分析做準(zhǔn)備，配準(zhǔn)精度直接影響后續(xù)整體誤差結(jié)果的可靠性。備，配準(zhǔn)精度直接影響后續(xù)整體誤差結(jié)果的可靠性。 測(cè)量數(shù)據(jù)模型與測(cè)量數(shù)據(jù)模型與CADCAD模型間的配準(zhǔn)重點(diǎn)：模型間的配準(zhǔn)重點(diǎn)： 選擇基準(zhǔn)選擇基準(zhǔn) 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換選擇基準(zhǔn)選擇基準(zhǔn): : 測(cè)量時(shí)，

23、標(biāo)定基準(zhǔn)點(diǎn)，配準(zhǔn)時(shí)，基準(zhǔn)定位點(diǎn)和被測(cè)件上的設(shè)計(jì)點(diǎn)重合；測(cè)量時(shí)，標(biāo)定基準(zhǔn)點(diǎn)，配準(zhǔn)時(shí)，基準(zhǔn)定位點(diǎn)和被測(cè)件上的設(shè)計(jì)點(diǎn)重合； 根據(jù)被測(cè)物的幾何特性自定義。根據(jù)被測(cè)物的幾何特性自定義。逆向技術(shù) 坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例配準(zhǔn)基準(zhǔn)：配準(zhǔn)基準(zhǔn)： 指定的點(diǎn)。指定的點(diǎn)。逆向技術(shù) 坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)基準(zhǔn)：配準(zhǔn)基準(zhǔn)： 由前緣半徑圓心，由前緣半徑圓心， 尾緣半徑圓心和尾緣半徑圓心和 封閉圖形的形心組成的三角形。封閉圖形的形心組成的三角形。逆向技術(shù) 坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例配準(zhǔn)前配準(zhǔn)前 配準(zhǔn)后配準(zhǔn)后配準(zhǔn)基準(zhǔn)：幾何運(yùn)算得到特殊的幾何約束。配準(zhǔn)基準(zhǔn)：幾何運(yùn)算得到特殊的幾何約束。逆向技術(shù) 坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例

24、坐標(biāo)配準(zhǔn)實(shí)例配準(zhǔn)基準(zhǔn)：幾何運(yùn)算得到特殊的幾何約束。配準(zhǔn)基準(zhǔn)：幾何運(yùn)算得到特殊的幾何約束。（1 1）平面）平面1 1的法向與的法向與Z Z軸同向約束關(guān)系；軸同向約束關(guān)系；（2 2）圓柱面）圓柱面1 1的軸線與的軸線與Z Z軸重合約束關(guān)系；軸重合約束關(guān)系；（3 3）平面）平面2 2與與 XYXY平面的重合約束關(guān)系；平面的重合約束關(guān)系；（4 4）求圓柱面）求圓柱面2 2和自由曲面的交線，該交線與葉片出口端交線的重合約束關(guān)系。和自由曲面的交線，該交線與葉片出口端交線的重合約束關(guān)系。 配準(zhǔn)算法配準(zhǔn)算法.doc逆向技術(shù)1. 數(shù)字化測(cè)量數(shù)字化測(cè)量2. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)4.

25、坐標(biāo)配準(zhǔn)坐標(biāo)配準(zhǔn)5. 誤差分析誤差分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品實(shí)物實(shí)物數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理處理三維三維重構(gòu)重構(gòu)坐標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)配準(zhǔn)誤差誤差分析分析CAD模型模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)逆向技術(shù)影響誤差的主要要素：影響誤差的主要要素：（1 1）產(chǎn)品原型誤差）產(chǎn)品原型誤差 （2 2）數(shù)據(jù)采集誤差）數(shù)據(jù)采集誤差（3 3）曲面重構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的誤差）曲面重構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的誤差（4 4）模型配準(zhǔn)誤差）模型配準(zhǔn)誤差 誤差分析誤差分析逆向技術(shù)由于逆向工程是根據(jù)實(shí)物原型來(lái)重構(gòu)模型的，但原產(chǎn)品在制造由于逆向工程是根據(jù)實(shí)物原型來(lái)重構(gòu)模型的，但原產(chǎn)品在制造時(shí)會(huì)存在制造誤差，使實(shí)物幾何尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)之間存在偏差，如時(shí)

26、會(huì)存在制造誤差，使實(shí)物幾何尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)之間存在偏差，如果原型是使用過(guò)的還存在磨損誤差。果原型是使用過(guò)的還存在磨損誤差。實(shí)際零件實(shí)際零件 測(cè)量點(diǎn)云測(cè)量點(diǎn)云原型誤差一般較小，其大小一般在原設(shè)計(jì)的尺寸公差范圍內(nèi)。原型誤差一般較小，其大小一般在原設(shè)計(jì)的尺寸公差范圍內(nèi)。 誤差分析誤差分析產(chǎn)品原型誤差產(chǎn)品原型誤差 逆向技術(shù) 測(cè)量誤差包括測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)誤差、測(cè)量人員視覺(jué)和操作誤差測(cè)量誤差包括測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)誤差、測(cè)量人員視覺(jué)和操作誤差、產(chǎn)品變形誤差和測(cè)頭半徑補(bǔ)償誤差等。測(cè)量誤差和設(shè)備環(huán)境、測(cè)、產(chǎn)品變形誤差和測(cè)頭半徑補(bǔ)償誤差等。測(cè)量誤差和設(shè)備環(huán)境、測(cè)量人員的經(jīng)驗(yàn)等。量人員的經(jīng)驗(yàn)等。 誤差分析誤差分析 數(shù)據(jù)采集誤差

27、數(shù)據(jù)采集誤差逆向技術(shù) 主要是在逆向工程軟件中進(jìn)行模型重構(gòu)時(shí)，曲線、曲面的擬合主要是在逆向工程軟件中進(jìn)行模型重構(gòu)時(shí)，曲線、曲面的擬合誤差，目前的軟件常采用最小二乘法誤差，目前的軟件常采用最小二乘法 逼近來(lái)進(jìn)行樣條曲線、曲面擬逼近來(lái)進(jìn)行樣條曲線、曲面擬合，因此存在一個(gè)允差大小控制問(wèn)題。合，因此存在一個(gè)允差大小控制問(wèn)題。 誤差分析誤差分析曲面重構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的誤差曲面重構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的誤差蒙皮面板測(cè)量蒙皮面板測(cè)量 測(cè)量點(diǎn)云測(cè)量點(diǎn)云 點(diǎn)云處理點(diǎn)云處理逆向技術(shù) 誤差分析誤差分析 模型配準(zhǔn)誤差模型配準(zhǔn)誤差 在模型配準(zhǔn)過(guò)程中，為保證輪廓邊界的貼合和共線，配合零件的測(cè)量邊在模型配準(zhǔn)過(guò)程中，為保證輪廓邊界的貼合和共線，配合零件的測(cè)量邊界輪廓必須調(diào)整為一條配合線，這樣對(duì)配合零件表面造型時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，為界輪廓必須調(diào)整為一條配合線，這樣對(duì)配合零件表面造型時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，為減小誤差，輪廓線測(cè)量和曲線擬合時(shí)要求精確減小誤差，輪廓線測(cè)量和曲線擬合時(shí)要求精確 數(shù)據(jù)匹配就是實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和被測(cè)物設(shè)計(jì)模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)，其匹配精度數(shù)據(jù)匹配就是實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和被測(cè)物設(shè)計(jì)模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)，其匹配精度直接影響后續(xù)整體誤差結(jié)果的可靠性。直接影響后續(xù)整體誤差結(jié)果的可靠性。配準(zhǔn)