逆向工程技術(shù)概述課件

1、逆向工程技術(shù)概述2022/7/29逆向工程技術(shù)概述第1頁(yè)，共20頁(yè)。3.學(xué)習(xí)目的:為模具產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)為現(xiàn)有模具設(shè)計(jì)與制造的合理使用和革新改造打基礎(chǔ).為將來的就業(yè)打基礎(chǔ).培養(yǎng)綜合考慮問題的能力.4.學(xué)習(xí)方法: 1)每個(gè)人的基礎(chǔ)不同,所以學(xué)習(xí)方法不一樣,但有一點(diǎn)是 相同的就是:興趣。對(duì)該門課程感興趣,才有動(dòng)力去學(xué)習(xí). 2)本門課程注重實(shí)踐,多觀察、分析與思考,是一門實(shí)訓(xùn) 做一體化課程,所以要求多做多練習(xí). 3).善于發(fā)現(xiàn)事物的共性、個(gè)性.逆向工程技術(shù)概述第2頁(yè)，共20頁(yè)。5.本課程的學(xué)習(xí)要求（考核方式）本課程考核采取形成性考核+期末考試兩種方式，兩部分的比例為：課程考核成績(jī)=形成性考

2、核成績(jī)（50%）+期末考（50%）本課程的形成性考核選擇平時(shí)表現(xiàn)考核、平時(shí)作業(yè)考核、實(shí)訓(xùn)考核成績(jī)3種類型進(jìn)行，3種類型的分?jǐn)?shù)比例為： 形成性考核成績(jī)=平時(shí)表現(xiàn)考核成績(jī)（30%）+平時(shí)作業(yè)考核成績(jī)（30%）+實(shí)訓(xùn)考核成績(jī)（40%）逆向工程技術(shù)概述第3頁(yè)，共20頁(yè)。二、逆向工程的定義： 1.逆向工程的發(fā)展歷史： 從20世紀(jì)60年代的“如何做的更多” 、70年代的 “如何做的更便宜”、80年代的“如何做的更好”、發(fā)展到90年代的 “如何做的更快”。因此，市場(chǎng)要求技術(shù)革新，逆向工程技術(shù)在20世紀(jì)90年代開始引起各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視，到目前只有十多年的歷史。所以可稱之為“新技術(shù)”。逆向工程技術(shù)概述第

3、4頁(yè)，共20頁(yè)。2.逆向工程的設(shè)計(jì)：A.傳統(tǒng)的正向產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，一般是對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研并確定了大量需求信息后，由設(shè)計(jì)人員分析、構(gòu)思產(chǎn)品模型的概念，草繪出產(chǎn)品零件平面圖，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，形成產(chǎn)品稍完整的設(shè)計(jì)方案后，即著手完成三維簡(jiǎn)約幾何造型，再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或試做簡(jiǎn)易的實(shí)物模型。 B.逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用CAD/CAE/CAM以及CIMS等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。它的設(shè)計(jì)流程如下圖所示，與傳統(tǒng)正向設(shè)計(jì)的不同之處在于設(shè)計(jì)的起點(diǎn)不同，相應(yīng)的設(shè)計(jì)自由度和設(shè)計(jì)要求也不相同。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)：概念設(shè)計(jì) 圖樣 產(chǎn)品。逆向產(chǎn)品設(shè)計(jì)：產(chǎn)品 圖

4、樣 產(chǎn)品。逆向工程技術(shù)概述第5頁(yè)，共20頁(yè)。3.逆向工程概念： 1）. 逆向工程（Reverse Engineening,RE）， 也稱為反求工程，反向工程。 廣義的逆向工程包括：幾何形狀逆向、工藝逆向、材料逆向等是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。 本課程的研究的是幾何形狀逆向，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAD模型和最終產(chǎn)品的制造方面，又稱為“實(shí)物逆向工程”。 狹義逆向工程：是將實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。 舉例：汽車儀表盤逆向設(shè)計(jì)開發(fā)過程逆向工程技術(shù)概述第6頁(yè)，共20頁(yè)。2）專業(yè)術(shù)語(yǔ)： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design,CAD) 計(jì)算機(jī)輔助

5、制造（Computer Aided Manufactucturing,CAM） 計(jì)算機(jī)輔助工程（ Computer Aided Engineering，CAE ） 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì) （ computer aided process planning, CAPP） 快速成型制造（Rapid Prototype Manufacturing,RPM） 快速模具（ Rapid tooling,RT） 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Mangement,PDM） 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing Sistem,CIMS）逆向工程技術(shù)概述

6、第7頁(yè)，共20頁(yè)。 三、逆向工程的工作流程 逆向工程的一般過程可分為：（見圖1-3） 樣件三維數(shù)據(jù)測(cè)量 數(shù)據(jù)處理 CAD三維模型重構(gòu) 模型制造。 1.數(shù)據(jù)測(cè)量： 是逆向工程的第一步，是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。 數(shù)據(jù)測(cè)量的設(shè)備：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）、激光三維掃描、結(jié)構(gòu)光測(cè)量，光柵照相式三維掃描儀、CT掃描儀等。 就測(cè)頭結(jié)構(gòu)原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種，其中，接觸式測(cè)頭又可分為硬測(cè)頭和軟測(cè)頭兩種，這種測(cè)頭與被測(cè)頭物體直接接觸，獲取數(shù)據(jù)信息。非接觸式測(cè)頭則是應(yīng)用光學(xué)及激光的原理進(jìn)行的。（將在第二章詳細(xì)講解）實(shí)訓(xùn)室使用的：是西安交大生產(chǎn)的面結(jié)構(gòu)光投影照相式三 維掃描 儀。逆向工程技術(shù)概述第8頁(yè)，共2

7、0頁(yè)。2.數(shù)據(jù)處理： 通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)，存在著噪聲和誤差等，需要將點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，噪聲濾除、平滑、對(duì)齊、合并、插值補(bǔ)點(diǎn)，數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)，數(shù)據(jù)分割等一系列的數(shù)據(jù)處理。逆向工程技術(shù)概述第9頁(yè)，共20頁(yè)。3.三維模型重構(gòu)（第三章詳解） 1）模型重構(gòu)是對(duì)上一步驟處理的數(shù)據(jù)利用逆向工程軟件進(jìn)行曲面擬合，讓然后通過點(diǎn)線面的求交，拼接，匹配，連接成光滑曲面，從而活得產(chǎn)品模型的一個(gè)過程，是逆向工程中最重要和最復(fù)雜的一個(gè)階段。 2）專用逆向工程軟件簡(jiǎn)介：（1） Imageware由美國(guó)EDS公司出品，是最著名的逆向工程軟件，正被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

8、具有強(qiáng)大的測(cè)量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測(cè)功能，具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性 。 逆向工程技術(shù)概述第10頁(yè)，共20頁(yè)。（2）Geomagic由美國(guó)Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測(cè)軟件。Geomagic Studio可輕易地從掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為 NURBS曲面。該軟件也是除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件。（3）CopyCAD是由英國(guó)DELCAM公司出品的功能強(qiáng)大的逆向工程系統(tǒng)軟件，它能允許從已存在的零件或?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型。該軟件為來自數(shù)字化數(shù)據(jù)的 CAD 曲面的產(chǎn)生提供了復(fù)雜的工具。CopyCAD能夠

9、接受來自坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床的數(shù)據(jù)，同時(shí)跟蹤機(jī)床和激光掃描器。逆向工程技術(shù)概述第11頁(yè)，共20頁(yè)。（4）RapidForm是韓國(guó)INUS公司出品的全球四大逆向工程軟件之一，RapidForm 提供了新一代運(yùn)算模式，可實(shí)時(shí)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)算出無接縫的多邊形曲面，使它成為三維掃描后處理之最佳化的接口。 RapidForm主要優(yōu)勢(shì)包括：多點(diǎn)云數(shù)據(jù)管理介面、多點(diǎn)云處理技術(shù)、快速點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成多邊形曲面的計(jì)算法、彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理及點(diǎn)云合并功能。逆向工程技術(shù)概述第12頁(yè)，共20頁(yè)。4.快速成型制造 是逆向工程的最后一個(gè)步驟，是制造業(yè)的技術(shù)革新，快速成型技術(shù)的工藝方法有很多，其中常見的是：光固化成型（SLA），選擇性激光燒

10、結(jié)（SLS）,分層實(shí)體制造（LOM），熔融沉積制造（FDM）等。 SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計(jì)算機(jī)控制激光束對(duì)光敏樹脂為原料的表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層（約十分之幾毫米）產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進(jìn)行下一層的掃描加工，如此反復(fù)，直到整個(gè)原型制造完畢。由于光聚合反應(yīng)是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時(shí)只需功率較低的激光源。此外，因?yàn)闆]有熱擴(kuò)散，加上鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠很好地控制，能保證聚合反應(yīng)不發(fā)生在激光點(diǎn)之外，因而加工精度高，表面質(zhì)量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀復(fù)雜、

11、精細(xì)的零件，效率高。對(duì)于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進(jìn)行制作。 美國(guó)、日本、德國(guó)、比利時(shí)等都投入了大量的人力、物力研究該技術(shù)，并不斷有新產(chǎn)品問世。我國(guó)西安交通大學(xué)也研制成功了立體光造型機(jī)LPS600A。目前，全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品。逆向工程技術(shù)概述第13頁(yè)，共20頁(yè)。四、逆向工程系統(tǒng)的組成 逆向工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，它在工程分析的基礎(chǔ)上，數(shù)控加工出產(chǎn)品模具，最后制成產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或模型設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程。包含的系統(tǒng)軟硬件有： 1.測(cè)量機(jī)與測(cè)量探頭 2.（CAD）模型重構(gòu)軟件 3.CAE軟件 4.CNC加工設(shè)備 5.快速成型機(jī) 6.產(chǎn)品制造設(shè)備 逆向工程技術(shù)概述第1

12、4頁(yè)，共20頁(yè)。五、逆向工程的應(yīng)用 隨著制造業(yè)的發(fā)展逆向工程應(yīng)用場(chǎng)合越來越多：1）對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域。2）對(duì)設(shè)計(jì)需要通過測(cè)試實(shí)驗(yàn)才能定型生產(chǎn)的模型。3）有產(chǎn)品，沒有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖樣或設(shè)計(jì)圖樣不完整，沒有CAD模型的情況下，可使用逆向技術(shù)復(fù)制一個(gè)相同零件。4）應(yīng)用在模具行業(yè)。（應(yīng)用在經(jīng)常需要反復(fù)修改原始設(shè)計(jì)的模具型面）5）用在一些藝術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域。6）應(yīng)用在新產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)上。7）應(yīng)用在破損的文物、藝術(shù)品的修復(fù)上。8）特種服裝、頭盔的制造需要使用者的身體作為原始設(shè)計(jì)依據(jù)。9）從已有產(chǎn)品零件直接快速生成STL模型，用于快速成型（RP）或模具設(shè)計(jì) ，等等。逆向工程技術(shù)概述第15頁(yè)，共20

13、頁(yè)。模具樣品開發(fā)：汽機(jī)車類、家電制品、運(yùn)動(dòng)器材、玩具、陶瓷等。 快速原型制作：古董、人像、藝術(shù)品、卡通人物、玩具等。 人體形狀測(cè)量：人體外形測(cè)量、醫(yī)療器材制作等。 造型設(shè)計(jì)：立體動(dòng)畫、多媒體虛擬實(shí)景、廣告動(dòng)畫等。 逆向工程技術(shù)概述第16頁(yè)，共20頁(yè)。六、逆向工程與產(chǎn)品創(chuàng)新1.創(chuàng)新設(shè)計(jì)的定義：是指設(shè)計(jì)者利用已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實(shí)用性產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動(dòng)。2.創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本特征：新穎性與創(chuàng)造性。3.創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型是：原創(chuàng)型與基于原型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。4.創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法：組合、類比、轉(zhuǎn)化等。5.逆向與創(chuàng)新的聯(lián)系： 在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域大約70%的技術(shù)都來自于逆向工

14、程，逆向工程所追求的不是簡(jiǎn)單的仿制，而是提高和創(chuàng)造，到創(chuàng)新。把逆向工程從簡(jiǎn)單仿制的代名詞變成創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)的逆向工程是一個(gè)“認(rèn)識(shí)原型再現(xiàn)原型超越原型”的過程。逆向工程技術(shù)概述第17頁(yè)，共20頁(yè)。七、逆向工程技術(shù)存在的問題及展望 （一）問題： 1.技術(shù)方面： 1）測(cè)量技術(shù)存在誤差和遺漏。 2）復(fù)雜曲面重構(gòu)技術(shù)不成熟 3）曲面光順和模型評(píng)價(jià) 4）CAD軟件不夠完善 5）集成系統(tǒng)不夠成熟。 2.工具方面： 逆向工程設(shè)備包括軟硬件，因?yàn)槭切录夹g(shù)，設(shè)備的成本非常昂貴，多數(shù)企業(yè)只能選配一種方式的設(shè)備和軟件，每種設(shè)備和軟件都有本身的優(yōu)缺點(diǎn)，使技術(shù)的通用性受到一定的限制。逆向工程技術(shù)概述第18頁(yè)，共20頁(yè)。3.技術(shù)人員方面 逆向工程技術(shù)是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，每個(gè)環(huán)節(jié)需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，因?yàn)槟嫦蚬こ碳夹g(shù)發(fā)展歷史比較短，缺乏逆向工程技術(shù)人員。（二）、逆向工程主要發(fā)展方面:(1)數(shù)據(jù)測(cè)量方面:發(fā)展面向逆向工程的專用測(cè)量設(shè)備，能夠高速、高精度的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品幾何形