逆向工程技術(shù)-課件

逆向工程技術(shù)第八章CAD/CAM技術(shù)1PPT課件逆向工程技術(shù)第八章CAD/CAM技術(shù)1PPT課件本章

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解逆向工程的基本概念了解逆向工程系統(tǒng)的組成和工作原理了解逆向工程的應(yīng)用實(shí)例,提高專(zhuān)業(yè)興趣了解逆向工程研究和應(yīng)用的最新發(fā)展重點(diǎn)：逆向工程的概念及工作原理難點(diǎn)：快速模具的方法2PPT課件本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解逆向工程的基本概念重點(diǎn)：逆向工程的概念及學(xué)習(xí)內(nèi)容逆向工程概述逆向工程系統(tǒng)組成及工作原理逆向工程應(yīng)用實(shí)例快速原型與快速模具

3PPT課件學(xué)習(xí)內(nèi)容逆向工程概述3PPT課件

逆向工程

逆向工程（ReverseEngineering簡(jiǎn)稱(chēng)RE），又稱(chēng)反求工程或逆向設(shè)計(jì)，是將已有產(chǎn)品模型（實(shí)物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)而創(chuàng)新和開(kāi)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(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(chǎng)能力的提升，具有重要的工程意義。4PPT課件逆向工程逆向工程（ReverseEngineering1.逆向工程概述正向工程逆向工程逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)5PPT課件1.逆向工程概述正向工程逆向工程逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)5PPT課

一般工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開(kāi)始，構(gòu)思產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、制造以及檢驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)裝配、性能測(cè)試等程序完成整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，每個(gè)零部件都有設(shè)計(jì)圖紙，按確定的工藝文件加工。這種開(kāi)發(fā)模式稱(chēng)為預(yù)定模式（prescriptivemodel），此類(lèi)開(kāi)發(fā)工作稱(chēng)為正向工程（forwardengineering）或正向設(shè)計(jì)，產(chǎn)品正向開(kāi)發(fā)的流程如圖8-1所示。正向工程6PPT課件一般工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開(kāi)始逆向工程

逆向工程通常是對(duì)某一實(shí)物樣件或模型（稱(chēng)為零件原型，如汽車(chē)的外形、鞋楦模等）進(jìn)行仿制。

7PPT課件逆向工程逆向工程通常是對(duì)某一實(shí)物樣件或模型（稱(chēng)為零件

目前，針對(duì)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(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確、快速地測(cè)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(jī)床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型機(jī)（RP）將樣品模型制作出來(lái)，其流程如圖8-2所示。圖8-2逆向工程流程圖8PPT課件目前，針對(duì)已有樣件（尤其是包含有復(fù)雜不規(guī)則自由曲面逆向工程主要包括以下四個(gè)步驟：

（1）零件原型的數(shù)字化

（2）零件原型的特征識(shí)別與提取

（3）零件原型CAD模型的重建

（4）CAD模型的檢驗(yàn)與修正

9PPT課件逆向工程主要包括以下四個(gè)步驟：（1）零件原型的數(shù)字化逆向工程大致應(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(jì)的情況，最終需要運(yùn)用逆向工程將這些實(shí)物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。（2）外形設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)，最終可通過(guò)運(yùn)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(guò)比例運(yùn)算得到美觀的真實(shí)尺寸的CAD模型。（3）需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件的形狀，10PPT課件逆向工程大致應(yīng)用在以下幾種情況：（1）許多使用粘土或泡沫模型（4）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。（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(jì)依據(jù)，此時(shí)，需首先建立人體的幾何模型。11PPT課件（4）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。11PPT課件（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通過(guò)逆向工程，可以方便地對(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代可使產(chǎn)品完善。

逆向工程與傳統(tǒng)正向設(shè)計(jì)制造過(guò)程是截然不同的設(shè)計(jì)流程。逆向工程中，按照現(xiàn)有的零件原型進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，零件具有的幾何特征與技術(shù)要求都包含在原型中，而正向設(shè)計(jì)是根據(jù)零件最終所承擔(dān)的功能以及各方面的影響因素進(jìn)行從無(wú)到有的設(shè)計(jì)。因此，從概念設(shè)計(jì)出發(fā)到最終形成CAD模型的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)確定的明晰過(guò)程，而通過(guò)對(duì)現(xiàn)有零件原型數(shù)字化后再形成CAD模型的逆向工程是一個(gè)推理、反復(fù)逼近的過(guò)程，具有功能導(dǎo)向、描述模式、系統(tǒng)仿造等特性。12PPT課件（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

零件的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)輔助反向建模（ComputerAidedReverseModeling，簡(jiǎn)稱(chēng)CARM）是逆向工程的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。13PPT課件逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)零件的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)輔助反向2.逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程的測(cè)量技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)模型重建技術(shù)逆向工程軟件14PPT課件2.逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程的測(cè)量技術(shù)逆向工程系統(tǒng)組成（1）測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式（2）測(cè)量機(jī)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂及激光追蹤站等。

（3）數(shù)據(jù)處理軟件

（4）模型重建軟件(CAD/CAM)模型重建軟件包括三類(lèi)，一是用于正向設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM軟件，但數(shù)據(jù)處理和逆向造型功能有限；二是集成有逆向功能模塊的正向CAD/CAE/CAM軟件；三是專(zhuān)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等軟件15PPT課件逆向工程系統(tǒng)組成（1）測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式（2）測(cè)量（5）CAE軟件

（6）數(shù)控加工設(shè)備

（7）快速原型機(jī)

（8）產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備

16PPT課件（5）CAE軟件（6）數(shù)控加工設(shè)備（7）快速原型機(jī)（8逆向工程的測(cè)量技術(shù)1．測(cè)量方式2．測(cè)量設(shè)備3．接觸式測(cè)頭及工作原理4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，采用逆向工程方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性，如自由曲面的外觀造型等。因此，逆向工程的首要任務(wù)就是取得所需的點(diǎn)數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的模型構(gòu)建?，F(xiàn)介紹逆向工程的數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)。

17PPT課件逆向工程的測(cè)量技術(shù)1．測(cè)量方式2．測(cè)量設(shè)備3．接觸式測(cè)頭及工測(cè)量方式

逆向工程多用三維立體測(cè)量，具體有：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量。（1）接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)有：

接觸式測(cè)量不受樣件表面的反射特性、顏色及曲率影響，配合測(cè)量軟件，可快速準(zhǔn)確地測(cè)量出物體的基本幾何形狀，如面、圓柱、圓錐、圓球等。接觸式測(cè)量的機(jī)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。18PPT課件測(cè)量方式逆向工程多用三維立體測(cè)量，具體有：接觸式測(cè)

接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)有：

①確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，測(cè)量費(fèi)用較高。②測(cè)量系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)誤差。③檢測(cè)某些輪廓時(shí)，可能會(huì)有先天的限制。④以逐點(diǎn)進(jìn)出方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量速度慢。⑤測(cè)頭尖端部分與被測(cè)件之間發(fā)生局部變形影響測(cè)量值的實(shí)際讀數(shù)。⑥不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p害樣件,也會(huì)使測(cè)頭磨耗、損壞。19PPT課件接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)有：①確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具

采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響，得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并不是測(cè)頭所觸及的表面點(diǎn)的坐標(biāo)，而是測(cè)頭球心的坐標(biāo)，

如要求得物體真實(shí)外形則需要對(duì)測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償圖8-3探頭半徑補(bǔ)償原理圖20PPT課件采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響，得到的坐標(biāo)數(shù)（2）非接觸式測(cè)量非接觸光學(xué)測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)：①?zèng)]有測(cè)量力②測(cè)量速度和采樣頻率較高。③不必進(jìn)行測(cè)頭半徑的補(bǔ)償。④不少光學(xué)測(cè)頭具有大的量程。⑤同時(shí)探測(cè)的信息豐富。21PPT課件（2）非接觸式測(cè)量非接觸光學(xué)測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)：①?zèng)]有測(cè)量力③但非接觸式測(cè)量也還存在一些缺點(diǎn)：

①測(cè)量精度較差。

②使用CCD作探測(cè)器時(shí)，成像鏡頭的焦距會(huì)影響測(cè)量精度。③非接觸式測(cè)頭是接收工件表面的反射光或散射光，測(cè)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(hào)的處理比較麻煩。22PPT課件但非接觸式測(cè)量也還存在一些缺點(diǎn)：①測(cè)量精度較差。②使表8-1激光掃描非接觸測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)比較23PPT課件表8-1激光掃描非接觸測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)2．測(cè)量設(shè)備（1）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CoordinateMeasuringMachine，簡(jiǎn)稱(chēng)CMM）是一種精密的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為主機(jī)、測(cè)頭、電氣系統(tǒng)三大部分。圖8-4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成24PPT課件2．測(cè)量設(shè)備（1）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coord圖8-5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)25PPT課件圖8-5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)25PPT課件

CMM是典型的接觸式測(cè)量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭，一次采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。使用CMM時(shí)必須設(shè)定較多參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，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(cè)量復(fù)雜形狀的工件，則比較耗時(shí)。CMM主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但一般接觸式測(cè)頭測(cè)量效率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。26PPT課件CMM是典型的接觸式測(cè)量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭（2）多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂

機(jī)械臂（Robot）也屬于接觸式測(cè)量?jī)x。這種測(cè)量機(jī)幾乎不受方向限制，可在工作空間做任意方向的測(cè)量。精度不高為其主要缺點(diǎn)，一般常用于大型鈑金件模具的逆向工程測(cè)量。（3）激光掃描測(cè)量?jī)x

激光掃描測(cè)量?jī)x用于非接觸式測(cè)量。四自由度激光掃描測(cè)量?jī)x工作臺(tái)具有線性位移及旋轉(zhuǎn)的功能，可帶動(dòng)CCD測(cè)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(diǎn)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。27PPT課件（2）多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂機(jī)械臂（Robot）也屬（4）激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)

激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)屬球坐標(biāo)式測(cè)量?jī)x器，工作原理如圖8-6所示。此類(lèi)設(shè)備較適合做大型物體輪廓的測(cè)量，如飛機(jī)或汽車(chē)外型等。圖8-6激光跟蹤儀原理圖28PPT課件（4）激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)屬球坐3．接觸式測(cè)頭及工作原理

硬式測(cè)頭（HardProbe或MechanicalProbe）、觸發(fā)式測(cè)頭（TouchTriggerProbe）及模擬式測(cè)頭（AnalogProbe）等三種。圖8-7接觸式測(cè)頭工作原理(a)硬式測(cè)頭(b)觸發(fā)式測(cè)頭(c)模擬式測(cè)頭29PPT課件3．接觸式測(cè)頭及工作原理硬式測(cè)頭（HardProbe（1）硬式測(cè)頭

硬式測(cè)頭即機(jī)械測(cè)頭，硬測(cè)頭多用于精度要求不太高的小型測(cè)量機(jī)中，成本較低、操作簡(jiǎn)單。（2）觸發(fā)式測(cè)頭

觸發(fā)式測(cè)頭采用電子開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，觸發(fā)信號(hào)由電子開(kāi)關(guān)控制，其重復(fù)性、準(zhǔn)確性均較高，可達(dá)lμm以內(nèi)，不受人為因素影響.圖8-8三點(diǎn)觸發(fā)式探頭30PPT課件（1）硬式測(cè)頭硬式測(cè)頭即機(jī)械測(cè)頭，硬測(cè)頭多用（3）模擬式測(cè)頭

模擬式測(cè)頭接觸工件時(shí)會(huì)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入處理器記錄下來(lái)，這種測(cè)量方式稱(chēng)為模擬式測(cè)量。31PPT課件（3）模擬式測(cè)頭模擬式測(cè)頭接觸工件時(shí)會(huì)有側(cè)向圖8-9Zeiss三維電感測(cè)頭32PPT課件圖8-9Zeiss三維電感測(cè)頭32PPT課件4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

非接觸式測(cè)頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量。非接觸式測(cè)主要以光學(xué)測(cè)頭為主，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測(cè)頭已經(jīng)是探測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。光學(xué)測(cè)頭一般是基于三角法測(cè)量原理。33PPT課件4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

非接觸圖8-10非接觸式三角法測(cè)量模式（a）點(diǎn)測(cè)量（b）線測(cè)量（c）面測(cè)量34PPT課件圖8-10非接觸式三角法測(cè)量模式34PPT課件（1）三角法位移測(cè)量原理，則被測(cè)面的位移為：

單點(diǎn)式激光三角法測(cè)量有直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)。則被測(cè)面的位移x為：，則被測(cè)面的位移為：

式中：——激光束光軸和接收透鏡光軸的交點(diǎn)到接收透鏡前主面的距離；

——激光束光軸與接收透鏡光軸之間的夾角?！邮胀哥R后主面到成像面中心點(diǎn)的距離；35PPT課件（1）三角法位移測(cè)量原理，則被測(cè)面的位移為：?jiǎn)吸c(diǎn)式激(a)直射式結(jié)構(gòu)(b)斜射式結(jié)構(gòu)圖8－11三角法測(cè)量原理圖1－激光器；2－匯聚透鏡；3－被測(cè)表面；4－接收透鏡；5－光電探測(cè)器36PPT課件(a)直射式結(jié)構(gòu)

圖8-11(b)所示為斜射式三角測(cè)量原理圖。激光器發(fā)出的光和被測(cè)面的法線成一定角度照射在被測(cè)面上，同樣用接收透鏡接收光點(diǎn)在被測(cè)面的散射光或反射光，若光點(diǎn)成像在探測(cè)器敏感面上移動(dòng)x’，則物體表面沿法線方向的移動(dòng)距離x為：(8-2)式中——激光束光軸和被測(cè)面法線的夾角；

——成像透鏡光軸和被測(cè)面法線的夾角。37PPT課件圖8-11(b)所示為斜射式三角測(cè)量原理直射式和斜射式相比各有特點(diǎn)：①斜射式可接收來(lái)自被測(cè)物體的正反射光。直射式由于其接收散射光的特點(diǎn)，適合于測(cè)量散射性能好的表面。②斜射式入射光點(diǎn)照射在物體不同的點(diǎn)上，因而無(wú)法知道被測(cè)物體某點(diǎn)的位移情況，而直射式卻可以。③斜射式傳感器分辨力高于直射式，但它測(cè)量范圍小、體積大。38PPT課件直射式和斜射式相比各有特點(diǎn)：①斜射式可接收來(lái)自被測(cè)物體的正（2）視覺(jué)測(cè)量基本原理圖8-12線結(jié)構(gòu)光測(cè)量物體表面輪廓結(jié)構(gòu)示意圖39PPT課件（2）視覺(jué)測(cè)量基本原理圖8-12線結(jié)構(gòu)光測(cè)量物體表面輪廓結(jié)（3）立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)

立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（或多個(gè)）攝象機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái)獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。40PPT課件（3）立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同

產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x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)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。同時(shí)由于實(shí)物幾何和測(cè)量手段的制約，在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，會(huì)存在部分測(cè)量盲區(qū)和缺口，給后續(xù)的造型帶來(lái)影響。所以需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理、不同方位測(cè)量的多視數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊定位、不同特征區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)1．?dāng)?shù)據(jù)平滑2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位

3．?dāng)?shù)據(jù)分割41PPT課件產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x來(lái)獲取的，一1．?dāng)?shù)據(jù)平滑

數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測(cè)量噪聲，以得到精確的模型和好的特征提取效果。圖8-13三種常用的濾波方法42PPT課件1．?dāng)?shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測(cè)量噪聲，以2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位

在逆向工程實(shí)際過(guò)程中，對(duì)實(shí)物樣件進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，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(cè)出。得到的數(shù)據(jù)為多次測(cè)量數(shù)據(jù)。

對(duì)激光掃描測(cè)量，需要從不同的角度對(duì)樣件的各個(gè)面，以及樣件局部進(jìn)行放大掃描，以獲取樣件的多視點(diǎn)云。通常為處理方便，將兩種情況的數(shù)據(jù)都稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)或點(diǎn)云，由于在幾何模型構(gòu)建時(shí)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(gè)坐標(biāo)系中，這個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊(Registration)，或數(shù)據(jù)拼合、重定位等。43PPT課件2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位在逆向工程實(shí)際過(guò)程中3．?dāng)?shù)據(jù)分割

數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面的類(lèi)型，將屬于同一子曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)成組，

數(shù)據(jù)分割方法分為基于測(cè)量的分割和自動(dòng)分割兩種方法。

測(cè)量的分割:適合于曲面特征比較明顯的實(shí)物外形和接觸式測(cè)量，操作者的水平和經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。

自動(dòng)分割:基于邊,基于面。44PPT課件3．?dāng)?shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面模型重建技術(shù)

在逆向工程中，實(shí)物的三維CAD模型重建是整個(gè)過(guò)程最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，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(shí)物樣件，所以點(diǎn)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。1．曲線擬合造型2．曲面擬合造型3．曲面編輯4．點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化5．模型精度的評(píng)價(jià)45PPT課件模型重建技術(shù)在逆向工程中，實(shí)物的三維CA曲線擬合造型圖8-14基于曲線的模型重建過(guò)程(1)曲線擬合（插值與逼近）圖8-15曲線插值過(guò)程逼近:最小二乘法46PPT課件曲線擬合造型圖8-14基于曲線的模型重建過(guò)程(1)曲(2)曲線修編

對(duì)曲線進(jìn)行修形操作，:修補(bǔ)由于測(cè)量數(shù)據(jù)的不完整帶來(lái)的擬合曲線缺陷;具有完整、連續(xù)、光滑的特點(diǎn)，以保證生成曲面的光順性。(3)基于曲線的曲面重建

在曲線造型完成后，可以通過(guò)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。47PPT課件(2)曲線修編對(duì)曲線進(jìn)行修形操作，:修補(bǔ)由于測(cè)量曲面擬合造型

直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片后，經(jīng)過(guò)過(guò)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(diǎn)，也能處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)。48PPT課件曲面擬合造型直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲3．曲面編輯

曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等，4．點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化

模型多采用曲面表示，造型系統(tǒng)也多為曲面造型系統(tǒng)。但在曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。網(wǎng)格化實(shí)體模型表示物體形狀能實(shí)現(xiàn)計(jì)算的自動(dòng)化和少的冗余49PPT課件3．曲面編輯曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新5．模型精度的評(píng)價(jià)（1）模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo)整體指標(biāo);局部指標(biāo)。量化指標(biāo)和非量化指標(biāo)。（2）模型精度評(píng)價(jià)方法

高斯曲率(GuassianCurvature)、截面曲率(SectionCurvature)、切矢(Slope)、雙向曲率（Porcupine)、法向矢量(Normals)。50PPT課件5．模型精度的評(píng)價(jià)（1）模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo)整體指標(biāo);局部指標(biāo)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)）

51PPT課件曲面的連續(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)（逆向工程軟件

專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件:英國(guó)DelCAM公司產(chǎn)品

CopyCAD、美國(guó)Imageware公司的Surfacer、美國(guó)Raindrop公司的Geomagic、英國(guó)MDTV公司的STRIM。

CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開(kāi)始集成了類(lèi)似功能模塊，如Pro/Engineer中的Pro/Scantools和ICEMSurf模塊、UG中的PointCloud功能、Cimatron中的ReverseEngineering功能模塊等，這些系統(tǒng)可以接受有序點(diǎn)，也可以接受點(diǎn)云數(shù)據(jù)，極大地方便了設(shè)計(jì)人員，但與專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件相比，它們的功能相當(dāng)有限。52PPT課件逆向工程軟件專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件:英國(guó)DelCAM

逆向工程應(yīng)用實(shí)例為滿足人們使用要求，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)越來(lái)越注重人體工學(xué)，外形由簡(jiǎn)單的幾何造型向復(fù)雜的自由曲面變化。以下通過(guò)綜合應(yīng)用PloyWorks5.1、Surfacer10、IDEAS以及Pro/E等軟件對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行造型的實(shí)例，介紹逆向設(shè)計(jì)工作過(guò)程。1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3．曲線擬合4．曲面構(gòu)建5．曲面編輯6．曲面檢測(cè)7．三維曲面建立8．快速原型加工53PPT課件逆向工程應(yīng)用實(shí)例為滿足人們使用要求，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)越來(lái)越注重人1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)圖8-18非接觸激光掃描儀量測(cè)鼠標(biāo)54PPT課件1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)圖8-18非接觸激光掃描儀量測(cè)鼠標(biāo)54P2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理

測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：測(cè)量數(shù)據(jù)的拼合、噪聲點(diǎn)清除、坐標(biāo)校正、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取、數(shù)據(jù)點(diǎn)重新取樣、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序等步驟，以下是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surfacer10軟件完成此項(xiàng)工作的過(guò)程。（1）點(diǎn)數(shù)據(jù)的拼合

一種方法是選取欲拼合的點(diǎn)群數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)重疊的部分。

另一種是利用基本像素實(shí)現(xiàn)定位。55PPT課件2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：測(cè)量圖8-19完整嵌合的點(diǎn)資料模型56PPT課件圖8-19完整嵌合的點(diǎn)資料模型56PPT課件（2）噪聲點(diǎn)清除

如夾具的點(diǎn)數(shù)據(jù)，或其他如工件表面粗糙度影響。圖8-20刪除周?chē)s點(diǎn)資料57PPT課件（2）噪聲點(diǎn)清除如夾具的點(diǎn)數(shù)據(jù)，或其他如工件表面粗（3）點(diǎn)云坐標(biāo)校正

量測(cè)過(guò)程中，為了掃描的方便，或避免干擾激光掃描和CCD接收數(shù)據(jù)，通常點(diǎn)云不會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系對(duì)齊。為方便后續(xù)工作，需要運(yùn)用Surfacer軟件的定位功能進(jìn)行點(diǎn)云坐標(biāo)校正。經(jīng)調(diào)整的點(diǎn)云位置如圖8-21所示。圖8-21校正后的點(diǎn)云58PPT課件（3）點(diǎn)云坐標(biāo)校正量測(cè)過(guò)程中，為了掃描的方便，（4）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取

建構(gòu)曲面的曲線可以用截面方式指定平面法向量與間隔，將所需的截面點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)，截面可以用平行、圓形、放射狀、沿輪廓線等方式選取。本例沿Z軸方向共平行切割30個(gè)截面，如圖8-22所示。圖8-22點(diǎn)云截面59PPT課件（4）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取建構(gòu)曲面的曲線可以用截面方式指定（5）點(diǎn)數(shù)據(jù)修補(bǔ)

鼠標(biāo)樣件由于表面某些區(qū)域缺陷（凹陷）或表面分模線溝槽，使得激光掃描結(jié)果出現(xiàn)局部破損，需要進(jìn)行插值修補(bǔ)，圖8-23所示為軟件插值修補(bǔ)前后對(duì)比。圖8-23點(diǎn)云修補(bǔ)前后（局部放大）60PPT課件（5）點(diǎn)數(shù)據(jù)修補(bǔ)鼠標(biāo)樣件由于表面某些區(qū)域缺陷（6）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序圖8-24截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序61PPT課件（6）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序圖8-24截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序61P3．曲線擬合

通過(guò)設(shè)定控制點(diǎn)數(shù)目和曲線平滑值，軟件自動(dòng)進(jìn)行曲線擬合，如圖8-25所示。圖8-25曲線擬合62PPT課件3．曲線擬合通過(guò)設(shè)定控制點(diǎn)數(shù)目和曲線平滑值，軟件自動(dòng)4．曲面構(gòu)建

以前面生成的曲線為基礎(chǔ)即可構(gòu)建出如圖8-26所示的舉升曲面。圖8-26構(gòu)建舉升曲面63PPT課件4．曲面構(gòu)建以前面生成的曲線為基礎(chǔ)即可構(gòu)建出如圖8-5．曲面編輯

舉升方式生成的曲面，通常在頭尾兩端會(huì)因截面資料不足，致使曲面描述不完整，這時(shí)可以根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，另建邊界曲線，再一次構(gòu)建舉升曲面并與原始曲面拼合形成單一曲面。若曲線間誤差太大，曲面可能會(huì)形成皺褶等不平滑情形，可以通過(guò)調(diào)整曲面的控制點(diǎn)或直接調(diào)整曲面的網(wǎng)格加以編輯，如圖8-27所示。完成編輯后的曲面如圖8-28所示。(a)調(diào)整曲面的控制點(diǎn)(b)調(diào)整曲面的網(wǎng)格圖8-27

調(diào)整曲面64PPT課件5．曲面編輯舉升方式生成的曲面，通常在頭尾兩端會(huì)因截圖8-28完整的曲面6．曲面檢測(cè)

利用曲率可分析了解曲面光順狀況，評(píng)估曲面品質(zhì)好壞。圖8-29利用高斯曲率分析，綠色表示平滑，部分區(qū)域出現(xiàn)紅色或黃色說(shuō)明該區(qū)域曲率變化大。若曲面某區(qū)域不光順，則回上一步進(jìn)行局部調(diào)整。圖8-29利用高斯曲率檢測(cè)曲面平滑度65PPT課件圖8-28完整的曲面6．曲面檢測(cè)利用曲率可分析了解7．三維曲面建立

將建好的曲面存為IGES格式，轉(zhuǎn)入CAD/CAM一體化軟件進(jìn)一步編輯曲面模型。圖8-30所示為IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型。圖8-31所示為根據(jù)曲面模型建立的三維實(shí)體模型。圖8-30

IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型圖8-31三維實(shí)體模型66PPT課件7．三維曲面建立將建好的曲面存為IGES格式，轉(zhuǎn)入C8．快速原型加工

將模型存為STL格式即可輸入快速原型機(jī)加工，得到實(shí)體模型，如圖8-32所示。當(dāng)然，模型也可以用于進(jìn)一步分析（CAE），或?qū)⒛Ｐ痛_定后直接用于開(kāi)發(fā)模具。圖8-32

快速原型加工67PPT課件8．快速原型加工將模型存為STL格式即可輸入快速原

快速原型與快速模具1.快速原型的基本原理2.快速原型的主要工藝方法3.快速成型法的特點(diǎn)4.快速模具68PPT課件快速原型與快速模具1.快速原型的基本原理2.快速原型的主要

快速原型與快速模具

快速原型制造（RapidPrototypingManufacturing簡(jiǎn)稱(chēng)RPM）又稱(chēng)為快速出樣件技術(shù)或快速成型法與傳統(tǒng)去除材料的加工方法不同，它是采用材料累加的方法逐層制作.

快速成型技術(shù)是一個(gè)由三維轉(zhuǎn)換成二維（軟件離散化），再由二維到三維（材料堆積）的工作過(guò)程。

69PPT課件快速原型與快速模具快速原型制造（Rapid圖8-33所示為逆向工程和快速模具應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程。圖8-33

逆向工程、快速原型和快速模具開(kāi)發(fā)產(chǎn)品70PPT課件圖8-33所示為逆向工程和快速模具應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程。圖8原型概念設(shè)計(jì)CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集逆向獲取CAD模型模型分層層面信息處理層面加工與粘結(jié)層層堆積原型或零件圖8-34快速原型制造流程圖71PPT課件原型概念設(shè)計(jì)CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集逆向獲取層面加工與粘結(jié)原型或零快速原型的主要工藝方法迄今為止，國(guó)內(nèi)外已成功開(kāi)發(fā)了10多種成熟的快速原型工藝，其中比較常用的有以下幾種：72PPT課件快速原型的主要工藝方法迄今為止，國(guó)內(nèi)外已成功開(kāi)發(fā)了10多種成（1）光固化成型（StereoLithographyApparatus簡(jiǎn)稱(chēng)SLA）。圖8-35

LSA快速成形技術(shù)工作原理73PPT課件（1）光固化成型（StereoLithographyAp（2）層合實(shí)體制造（LaminatedObjectManufacturing

簡(jiǎn)稱(chēng)LOM）。（3）選域激光燒結(jié)成型（SelectiveLaserSintering

簡(jiǎn)稱(chēng)SLS）。（4）熔融沉積造型（FusedDepositionModeling

簡(jiǎn)稱(chēng)FDM）。（5）三維噴涂粘結(jié)(ThreeDimensionalPrintingandGluing)74PPT課件（2）層合實(shí)體制造（LaminatedObjectMan快速成型法的特點(diǎn)快速成型法具有下列特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)柔性高。（2）能加工成型工件的形狀幾乎沒(méi)有限制，其零件的復(fù)雜程度與制造成本關(guān)系不大。（3）具有廣泛的材料適應(yīng)性，沒(méi)有或極少?gòu)U棄材料，是一種環(huán)保型制造技術(shù)。75PPT課件快速成型法的特點(diǎn)快速成型法具有下列特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)柔性高。（幾種典型快速原型工藝特點(diǎn)及常用材料見(jiàn)表8-2。表8-2幾種典型的快速原型制造技術(shù)特點(diǎn)及常用材料76PPT課件幾種典型快速原型工藝特點(diǎn)及常用材料見(jiàn)表8-2。表8-2幾種典快速模具

快速模具(RapidTooling簡(jiǎn)稱(chēng)RT)技術(shù)是指利用快速原型技術(shù)制造快速模具。而快速模具技術(shù)提供了一條從模具的CAD模型直接制造模具的新的概念和方法。它將模具的概念設(shè)計(jì)和加工工藝集成在一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)。RT技術(shù)結(jié)合各種計(jì)算機(jī)模擬與分析手段，形成了一整套全新的模具設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)。RT技術(shù)能夠解決大量傳統(tǒng)加工方法(如切削加工)難以解決甚至不能解決的問(wèn)題，可以獲得一般切削加工不能獲得的復(fù)雜形狀，可以根據(jù)CAD模型無(wú)需數(shù)控切削加工直接將復(fù)雜的型腔曲面制造出來(lái)。77PPT課件快速模具快速模具(RapidTool創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)快速成形母模原型硅橡膠模過(guò)渡模生產(chǎn)模試制征求意見(jiàn)修改設(shè)計(jì)中小批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)78PPT課件創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)快速成形母模原型硅橡膠模過(guò)渡模生產(chǎn)模試快速模具的分類(lèi)快速試制用軟模具室溫硫化硅橡膠軟模（RTV）模具壽命：1030次高溫硫化硅橡膠軟模（HCV）模具壽命：200500次快速過(guò)渡模具25-1000件鋁填充的環(huán)氧樹(shù)脂模(CAFE)樹(shù)脂殼-鋁填充環(huán)氧樹(shù)脂背襯模(DAIM)激光燒結(jié)低碳鋼-滲銅模(RapidTool)低熔點(diǎn)合金模(Kirksite)電弧金屬/等離子噴鍍－背襯模纖維增強(qiáng)聚合物壓制模(SwifTool)快速批量生產(chǎn)模具10000-1000000件用快速成形件直接作鑄造木模的替代模直接燒結(jié)樹(shù)脂砂型電鑄鎳/銅殼-陶瓷背襯模(NCC)氣相沉積鎳殼-背襯模(NVD)電弧金屬/等離子噴鍍－背襯模燒結(jié)工具鋼/碳化鎢-滲銅模(3DKeltool)直接金屬激光液相燒結(jié)模(DMLS)熔模鑄造金屬模（直接燒結(jié)的陶瓷模等）直接金屬噴鍍模(DMD)79PPT課件快速模具的分類(lèi)室溫硫化高溫硫化鋁填充的環(huán)氧樹(shù)脂模(CAFE

快速制模方法大致有間接制模法和金屬直接制模法兩種。

間接制模法生產(chǎn)出來(lái)的模具一般分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類(lèi)。

軟質(zhì)模具用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的產(chǎn)品功能檢測(cè)和投入市場(chǎng)試運(yùn)行。目前提出的軟質(zhì)模具制造方法主要有樹(shù)脂澆注法、金屬噴涂法、電鑄法、硅橡膠澆注法等。80PPT課件快速制模方法大致有間接制模法和金屬直接制模法兩種。

軟質(zhì)模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為50～5000件，對(duì)于上萬(wàn)件乃至幾十萬(wàn)件的產(chǎn)品，仍然需要硬質(zhì)模具（鋼質(zhì)模具），利用RP原型制作鋼質(zhì)模具的主要方法有熔模鑄造法、電火花加工法、陶瓷型精密鑄造法等。81PPT課件軟質(zhì)模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為50～500

基于逆向工程的模具制造的CAD模型是來(lái)自實(shí)物或樣件模型，通過(guò)數(shù)字化掃描和三維重建獲得，根據(jù)多種數(shù)據(jù)來(lái)源(三維測(cè)量、圖像、CT等)重構(gòu)出實(shí)物的CAD模型，然后轉(zhuǎn)換成STL文件和NC代碼。82PPT課件基于逆向工程的模具制造的CAD模型是來(lái)自實(shí)物或樣件

逆向工程技術(shù)第八章CAD/CAM技術(shù)83PPT課件逆向工程技術(shù)第八章CAD/CAM技術(shù)1PPT課件本章

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解逆向工程的基本概念了解逆向工程系統(tǒng)的組成和工作原理了解逆向工程的應(yīng)用實(shí)例,提高專(zhuān)業(yè)興趣了解逆向工程研究和應(yīng)用的最新發(fā)展重點(diǎn)：逆向工程的概念及工作原理難點(diǎn)：快速模具的方法84PPT課件本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解逆向工程的基本概念重點(diǎn)：逆向工程的概念及學(xué)習(xí)內(nèi)容逆向工程概述逆向工程系統(tǒng)組成及工作原理逆向工程應(yīng)用實(shí)例快速原型與快速模具

85PPT課件學(xué)習(xí)內(nèi)容逆向工程概述3PPT課件

逆向工程

逆向工程（ReverseEngineering簡(jiǎn)稱(chēng)RE），又稱(chēng)反求工程或逆向設(shè)計(jì)，是將已有產(chǎn)品模型（實(shí)物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)而創(chuàng)新和開(kāi)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(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(chǎng)能力的提升，具有重要的工程意義。86PPT課件逆向工程逆向工程（ReverseEngineering1.逆向工程概述正向工程逆向工程逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)87PPT課件1.逆向工程概述正向工程逆向工程逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)5PPT課

一般工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開(kāi)始，構(gòu)思產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、制造以及檢驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)裝配、性能測(cè)試等程序完成整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，每個(gè)零部件都有設(shè)計(jì)圖紙，按確定的工藝文件加工。這種開(kāi)發(fā)模式稱(chēng)為預(yù)定模式（prescriptivemodel），此類(lèi)開(kāi)發(fā)工作稱(chēng)為正向工程（forwardengineering）或正向設(shè)計(jì)，產(chǎn)品正向開(kāi)發(fā)的流程如圖8-1所示。正向工程88PPT課件一般工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開(kāi)始逆向工程

逆向工程通常是對(duì)某一實(shí)物樣件或模型（稱(chēng)為零件原型，如汽車(chē)的外形、鞋楦模等）進(jìn)行仿制。

89PPT課件逆向工程逆向工程通常是對(duì)某一實(shí)物樣件或模型（稱(chēng)為零件

目前，針對(duì)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(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確、快速地測(cè)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(jī)床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型機(jī)（RP）將樣品模型制作出來(lái)，其流程如圖8-2所示。圖8-2逆向工程流程圖90PPT課件目前，針對(duì)已有樣件（尤其是包含有復(fù)雜不規(guī)則自由曲面逆向工程主要包括以下四個(gè)步驟：

（1）零件原型的數(shù)字化

（2）零件原型的特征識(shí)別與提取

（3）零件原型CAD模型的重建

（4）CAD模型的檢驗(yàn)與修正

91PPT課件逆向工程主要包括以下四個(gè)步驟：（1）零件原型的數(shù)字化逆向工程大致應(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(jì)的情況，最終需要運(yùn)用逆向工程將這些實(shí)物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。（2）外形設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)，最終可通過(guò)運(yùn)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(guò)比例運(yùn)算得到美觀的真實(shí)尺寸的CAD模型。（3）需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件的形狀，92PPT課件逆向工程大致應(yīng)用在以下幾種情況：（1）許多使用粘土或泡沫模型（4）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。（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(jì)依據(jù)，此時(shí)，需首先建立人體的幾何模型。93PPT課件（4）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。11PPT課件（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通過(guò)逆向工程，可以方便地對(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代可使產(chǎn)品完善。

逆向工程與傳統(tǒng)正向設(shè)計(jì)制造過(guò)程是截然不同的設(shè)計(jì)流程。逆向工程中，按照現(xiàn)有的零件原型進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，零件具有的幾何特征與技術(shù)要求都包含在原型中，而正向設(shè)計(jì)是根據(jù)零件最終所承擔(dān)的功能以及各方面的影響因素進(jìn)行從無(wú)到有的設(shè)計(jì)。因此，從概念設(shè)計(jì)出發(fā)到最終形成CAD模型的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)確定的明晰過(guò)程，而通過(guò)對(duì)現(xiàn)有零件原型數(shù)字化后再形成CAD模型的逆向工程是一個(gè)推理、反復(fù)逼近的過(guò)程，具有功能導(dǎo)向、描述模式、系統(tǒng)仿造等特性。94PPT課件（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

零件的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)輔助反向建模（ComputerAidedReverseModeling，簡(jiǎn)稱(chēng)CARM）是逆向工程的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。95PPT課件逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)零件的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)輔助反向2.逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程的測(cè)量技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)模型重建技術(shù)逆向工程軟件96PPT課件2.逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程的測(cè)量技術(shù)逆向工程系統(tǒng)組成（1）測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式（2）測(cè)量機(jī)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂及激光追蹤站等。

（3）數(shù)據(jù)處理軟件

（4）模型重建軟件(CAD/CAM)模型重建軟件包括三類(lèi)，一是用于正向設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM軟件，但數(shù)據(jù)處理和逆向造型功能有限；二是集成有逆向功能模塊的正向CAD/CAE/CAM軟件；三是專(zhuān)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等軟件97PPT課件逆向工程系統(tǒng)組成（1）測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式（2）測(cè)量（5）CAE軟件

（6）數(shù)控加工設(shè)備

（7）快速原型機(jī)

（8）產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備

98PPT課件（5）CAE軟件（6）數(shù)控加工設(shè)備（7）快速原型機(jī)（8逆向工程的測(cè)量技術(shù)1．測(cè)量方式2．測(cè)量設(shè)備3．接觸式測(cè)頭及工作原理4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，采用逆向工程方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性，如自由曲面的外觀造型等。因此，逆向工程的首要任務(wù)就是取得所需的點(diǎn)數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的模型構(gòu)建?，F(xiàn)介紹逆向工程的數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)。

99PPT課件逆向工程的測(cè)量技術(shù)1．測(cè)量方式2．測(cè)量設(shè)備3．接觸式測(cè)頭及工測(cè)量方式

逆向工程多用三維立體測(cè)量，具體有：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量。（1）接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)有：

接觸式測(cè)量不受樣件表面的反射特性、顏色及曲率影響，配合測(cè)量軟件，可快速準(zhǔn)確地測(cè)量出物體的基本幾何形狀，如面、圓柱、圓錐、圓球等。接觸式測(cè)量的機(jī)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。100PPT課件測(cè)量方式逆向工程多用三維立體測(cè)量，具體有：接觸式測(cè)

接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)有：

①確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，測(cè)量費(fèi)用較高。②測(cè)量系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)誤差。③檢測(cè)某些輪廓時(shí)，可能會(huì)有先天的限制。④以逐點(diǎn)進(jìn)出方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量速度慢。⑤測(cè)頭尖端部分與被測(cè)件之間發(fā)生局部變形影響測(cè)量值的實(shí)際讀數(shù)。⑥不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p害樣件,也會(huì)使測(cè)頭磨耗、損壞。101PPT課件接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)有：①確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具

采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響，得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并不是測(cè)頭所觸及的表面點(diǎn)的坐標(biāo)，而是測(cè)頭球心的坐標(biāo)，

如要求得物體真實(shí)外形則需要對(duì)測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償圖8-3探頭半徑補(bǔ)償原理圖102PPT課件采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響，得到的坐標(biāo)數(shù)（2）非接觸式測(cè)量非接觸光學(xué)測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)：①?zèng)]有測(cè)量力②測(cè)量速度和采樣頻率較高。③不必進(jìn)行測(cè)頭半徑的補(bǔ)償。④不少光學(xué)測(cè)頭具有大的量程。⑤同時(shí)探測(cè)的信息豐富。103PPT課件（2）非接觸式測(cè)量非接觸光學(xué)測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)：①?zèng)]有測(cè)量力③但非接觸式測(cè)量也還存在一些缺點(diǎn)：

①測(cè)量精度較差。

②使用CCD作探測(cè)器時(shí)，成像鏡頭的焦距會(huì)影響測(cè)量精度。③非接觸式測(cè)頭是接收工件表面的反射光或散射光，測(cè)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(hào)的處理比較麻煩。104PPT課件但非接觸式測(cè)量也還存在一些缺點(diǎn)：①測(cè)量精度較差。②使表8-1激光掃描非接觸測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)比較105PPT課件表8-1激光掃描非接觸測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)2．測(cè)量設(shè)備（1）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CoordinateMeasuringMachine，簡(jiǎn)稱(chēng)CMM）是一種精密的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為主機(jī)、測(cè)頭、電氣系統(tǒng)三大部分。圖8-4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成106PPT課件2．測(cè)量設(shè)備（1）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coord圖8-5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)107PPT課件圖8-5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)25PPT課件

CMM是典型的接觸式測(cè)量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭，一次采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。使用CMM時(shí)必須設(shè)定較多參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，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(cè)量復(fù)雜形狀的工件，則比較耗時(shí)。CMM主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但一般接觸式測(cè)頭測(cè)量效率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。108PPT課件CMM是典型的接觸式測(cè)量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭（2）多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂

機(jī)械臂（Robot）也屬于接觸式測(cè)量?jī)x。這種測(cè)量機(jī)幾乎不受方向限制，可在工作空間做任意方向的測(cè)量。精度不高為其主要缺點(diǎn)，一般常用于大型鈑金件模具的逆向工程測(cè)量。（3）激光掃描測(cè)量?jī)x

激光掃描測(cè)量?jī)x用于非接觸式測(cè)量。四自由度激光掃描測(cè)量?jī)x工作臺(tái)具有線性位移及旋轉(zhuǎn)的功能，可帶動(dòng)CCD測(cè)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(diǎn)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。109PPT課件（2）多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂機(jī)械臂（Robot）也屬（4）激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)

激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)屬球坐標(biāo)式測(cè)量?jī)x器，工作原理如圖8-6所示。此類(lèi)設(shè)備較適合做大型物體輪廓的測(cè)量，如飛機(jī)或汽車(chē)外型等。圖8-6激光跟蹤儀原理圖110PPT課件（4）激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)屬球坐3．接觸式測(cè)頭及工作原理

硬式測(cè)頭（HardProbe或MechanicalProbe）、觸發(fā)式測(cè)頭（TouchTriggerProbe）及模擬式測(cè)頭（AnalogProbe）等三種。圖8-7接觸式測(cè)頭工作原理(a)硬式測(cè)頭(b)觸發(fā)式測(cè)頭(c)模擬式測(cè)頭111PPT課件3．接觸式測(cè)頭及工作原理硬式測(cè)頭（HardProbe（1）硬式測(cè)頭

硬式測(cè)頭即機(jī)械測(cè)頭，硬測(cè)頭多用于精度要求不太高的小型測(cè)量機(jī)中，成本較低、操作簡(jiǎn)單。（2）觸發(fā)式測(cè)頭

觸發(fā)式測(cè)頭采用電子開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，觸發(fā)信號(hào)由電子開(kāi)關(guān)控制，其重復(fù)性、準(zhǔn)確性均較高，可達(dá)lμm以內(nèi)，不受人為因素影響.圖8-8三點(diǎn)觸發(fā)式探頭112PPT課件（1）硬式測(cè)頭硬式測(cè)頭即機(jī)械測(cè)頭，硬測(cè)頭多用（3）模擬式測(cè)頭

模擬式測(cè)頭接觸工件時(shí)會(huì)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入處理器記錄下來(lái)，這種測(cè)量方式稱(chēng)為模擬式測(cè)量。113PPT課件（3）模擬式測(cè)頭模擬式測(cè)頭接觸工件時(shí)會(huì)有側(cè)向圖8-9Zeiss三維電感測(cè)頭114PPT課件圖8-9Zeiss三維電感測(cè)頭32PPT課件4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

非接觸式測(cè)頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量。非接觸式測(cè)主要以光學(xué)測(cè)頭為主，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測(cè)頭已經(jīng)是探測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。光學(xué)測(cè)頭一般是基于三角法測(cè)量原理。115PPT課件4．非接觸式測(cè)頭及其工作原理

非接觸圖8-10非接觸式三角法測(cè)量模式（a）點(diǎn)測(cè)量（b）線測(cè)量（c）面測(cè)量116PPT課件圖8-10非接觸式三角法測(cè)量模式34PPT課件（1）三角法位移測(cè)量原理，則被測(cè)面的位移為：

單點(diǎn)式激光三角法測(cè)量有直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)。則被測(cè)面的位移x為：，則被測(cè)面的位移為：

式中：——激光束光軸和接收透鏡光軸的交點(diǎn)到接收透鏡前主面的距離；

——激光束光軸與接收透鏡光軸之間的夾角。——接收透鏡后主面到成像面中心點(diǎn)的距離；117PPT課件（1）三角法位移測(cè)量原理，則被測(cè)面的位移為：?jiǎn)吸c(diǎn)式激(a)直射式結(jié)構(gòu)(b)斜射式結(jié)構(gòu)圖8－11三角法測(cè)量原理圖1－激光器；2－匯聚透鏡；3－被測(cè)表面；4－接收透鏡；5－光電探測(cè)器118PPT課件(a)直射式結(jié)構(gòu)

圖8-11(b)所示為斜射式三角測(cè)量原理圖。激光器發(fā)出的光和被測(cè)面的法線成一定角度照射在被測(cè)面上，同樣用接收透鏡接收光點(diǎn)在被測(cè)面的散射光或反射光，若光點(diǎn)成像在探測(cè)器敏感面上移動(dòng)x’，則物體表面沿法線方向的移動(dòng)距離x為：(8-2)式中——激光束光軸和被測(cè)面法線的夾角；

——成像透鏡光軸和被測(cè)面法線的夾角。119PPT課件圖8-11(b)所示為斜射式三角測(cè)量原理直射式和斜射式相比各有特點(diǎn)：①斜射式可接收來(lái)自被測(cè)物體的正反射光。直射式由于其接收散射光的特點(diǎn)，適合于測(cè)量散射性能好的表面。②斜射式入射光點(diǎn)照射在物體不同的點(diǎn)上，因而無(wú)法知道被測(cè)物體某點(diǎn)的位移情況，而直射式卻可以。③斜射式傳感器分辨力高于直射式，但它測(cè)量范圍小、體積大。120PPT課件直射式和斜射式相比各有特點(diǎn)：①斜射式可接收來(lái)自被測(cè)物體的正（2）視覺(jué)測(cè)量基本原理圖8-12線結(jié)構(gòu)光測(cè)量物體表面輪廓結(jié)構(gòu)示意圖121PPT課件（2）視覺(jué)測(cè)量基本原理圖8-12線結(jié)構(gòu)光測(cè)量物體表面輪廓結(jié)（3）立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)

立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個(gè)（或多個(gè)）攝象機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái)獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。122PPT課件（3）立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同

產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x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)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。同時(shí)由于實(shí)物幾何和測(cè)量手段的制約，在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，會(huì)存在部分測(cè)量盲區(qū)和缺口，給后續(xù)的造型帶來(lái)影響。所以需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理、不同方位測(cè)量的多視數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊定位、不同特征區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)1．?dāng)?shù)據(jù)平滑2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位

3．?dāng)?shù)據(jù)分割123PPT課件產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x來(lái)獲取的，一1．?dāng)?shù)據(jù)平滑

數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測(cè)量噪聲，以得到精確的模型和好的特征提取效果。圖8-13三種常用的濾波方法124PPT課件1．?dāng)?shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測(cè)量噪聲，以2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位

在逆向工程實(shí)際過(guò)程中，對(duì)實(shí)物樣件進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，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(cè)出。得到的數(shù)據(jù)為多次測(cè)量數(shù)據(jù)。

對(duì)激光掃描測(cè)量，需要從不同的角度對(duì)樣件的各個(gè)面，以及樣件局部進(jìn)行放大掃描，以獲取樣件的多視點(diǎn)云。通常為處理方便，將兩種情況的數(shù)據(jù)都稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)或點(diǎn)云，由于在幾何模型構(gòu)建時(shí)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(gè)坐標(biāo)系中，這個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程稱(chēng)為多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊(Registration)，或數(shù)據(jù)拼合、重定位等。125PPT課件2．多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位在逆向工程實(shí)際過(guò)程中3．?dāng)?shù)據(jù)分割

數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面的類(lèi)型，將屬于同一子曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)成組，

數(shù)據(jù)分割方法分為基于測(cè)量的分割和自動(dòng)分割兩種方法。

測(cè)量的分割:適合于曲面特征比較明顯的實(shí)物外形和接觸式測(cè)量，操作者的水平和經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。

自動(dòng)分割:基于邊,基于面。126PPT課件3．?dāng)?shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面模型重建技術(shù)

在逆向工程中，實(shí)物的三維CAD模型重建是整個(gè)過(guò)程最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，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(shí)物樣件，所以點(diǎn)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。1．曲線擬合造型2．曲面擬合造型3．曲面編輯4．點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化5．模型精度的評(píng)價(jià)127PPT課件模型重建技術(shù)在逆向工程中，實(shí)物的三維CA曲線擬合造型圖8-14基于曲線的模型重建過(guò)程(1)曲線擬合（插值與逼近）圖8-15曲線插值過(guò)程逼近:最小二乘法128PPT課件曲線擬合造型圖8-14基于曲線的模型重建過(guò)程(1)曲(2)曲線修編

對(duì)曲線進(jìn)行修形操作，:修補(bǔ)由于測(cè)量數(shù)據(jù)的不完整帶來(lái)的擬合曲線缺陷;具有完整、連續(xù)、光滑的特點(diǎn)，以保證生成曲面的光順性。(3)基于曲線的曲面重建

在曲線造型完成后，可以通過(guò)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。129PPT課件(2)曲線修編對(duì)曲線進(jìn)行修形操作，:修補(bǔ)由于測(cè)量曲面擬合造型

直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片后，經(jīng)過(guò)過(guò)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(diǎn)，也能處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)。130PPT課件曲面擬合造型直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲3．曲面編輯

曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等，4．點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化

模型多采用曲面表示，造型系統(tǒng)也多為曲面造型系統(tǒng)。但在曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。網(wǎng)格化實(shí)體模型表示物體形狀能實(shí)現(xiàn)計(jì)算的自動(dòng)化和少的冗余131PPT課件3．曲面編輯曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新5．模型精度的評(píng)價(jià)（1）模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo)整體指標(biāo);局部指標(biāo)。量化指標(biāo)和非量化指標(biāo)。（2）模型精度評(píng)價(jià)方法

高斯曲率(GuassianCurvature)、截面曲率(SectionCurvature)、切矢(Slope)、雙向曲率（Porcupine)、法向矢量(Normals)。132PPT課件5．模型精度的評(píng)價(jià)（1）模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo)整體指標(biāo);局部指標(biāo)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)）

133PPT課件曲面的連續(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)（逆向工程軟件

專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件:英國(guó)DelCAM公司產(chǎn)品

CopyCAD、美國(guó)Imageware公司的Surfacer、美國(guó)Raindrop公司的Geomagic、英國(guó)MDTV公司的STRIM。

CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開(kāi)始集成了類(lèi)似功能模塊，如Pro/Engineer中的Pro/Scantools和ICEMSurf模塊、UG中的PointCloud功能、Cimatron中的ReverseEngineering功能模塊等，這些系統(tǒng)可以接受有序點(diǎn)，也可以接受點(diǎn)云數(shù)據(jù)，極大地方便了設(shè)計(jì)人員，但與專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件相比，它們的功能相當(dāng)有限。134PPT課件逆向工程軟件專(zhuān)業(yè)的逆向工程軟件:英國(guó)DelCAM

逆向工程應(yīng)用實(shí)例為滿足人們使用要求，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)越來(lái)越注重人體工學(xué)，外形由簡(jiǎn)單的幾何造型向復(fù)雜的自由曲面變化。以下通過(guò)綜合應(yīng)用PloyWorks5.1、Surfacer10、IDEAS以及Pro/E等軟件對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行造型的實(shí)例，介紹逆向設(shè)計(jì)工作過(guò)程。1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理3．曲線擬合4．曲面構(gòu)建5．曲面編輯6．曲面檢測(cè)7．三維曲面建立8．快速原型加工135PPT課件逆向工程應(yīng)用實(shí)例為滿足人們使用要求，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)越來(lái)越注重人1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)圖8-18非接觸激光掃描儀量測(cè)鼠標(biāo)136PPT課件1．獲取表面點(diǎn)數(shù)據(jù)圖8-18非接觸激光掃描儀量測(cè)鼠標(biāo)54P2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理

測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：測(cè)量數(shù)據(jù)的拼合、噪聲點(diǎn)清除、坐標(biāo)校正、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取、數(shù)據(jù)點(diǎn)重新取樣、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序等步驟，以下是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surfacer10軟件完成此項(xiàng)工作的過(guò)程。（1）點(diǎn)數(shù)據(jù)的拼合

一種方法是選取欲拼合的點(diǎn)群數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)重疊的部分。

另一種是利用基本像素實(shí)現(xiàn)定位。137PPT課件2．測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：測(cè)量圖8-19完整嵌合的點(diǎn)資料模型138PPT課件圖8-19完整嵌合的點(diǎn)資料模型56PPT課件（2）噪聲點(diǎn)清除

如夾具的點(diǎn)數(shù)據(jù)，或其他如工件表面粗糙度影響。圖8-20刪除周?chē)s點(diǎn)資料139PPT課件（2）噪聲點(diǎn)清除如夾具的點(diǎn)數(shù)據(jù)，或其他如工件表面粗（3）點(diǎn)云坐標(biāo)校正

量測(cè)過(guò)程中，為了掃描的方便，或避免干擾激光掃描和CCD接收數(shù)據(jù)，通常點(diǎn)云不會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系對(duì)齊。為方便后續(xù)工作，需要運(yùn)用Surfacer軟件的定位功能進(jìn)行點(diǎn)云坐標(biāo)校正。經(jīng)調(diào)整的點(diǎn)云位置如圖8-21所示。圖8-21校正后的點(diǎn)云140PPT課件（3）點(diǎn)云坐標(biāo)校正量測(cè)過(guò)程中，為了掃描的方便，（4）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取

建構(gòu)曲面的曲線可以用截面方式指定平面法向量與間隔，將所需的截面點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)，截面可以用平行、圓形、放射狀、沿輪廓線等方式選取。本例沿Z軸方向共平行切割30個(gè)截面，如圖8-22所示。圖8-22點(diǎn)云截面141PPT課件（4）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取建構(gòu)曲面的曲線可以用截面方式指定（5）點(diǎn)數(shù)據(jù)修補(bǔ)

鼠標(biāo)樣件由于表面某些區(qū)域缺陷（凹陷）或表面分模線溝槽，使得激光掃描結(jié)果出現(xiàn)局部破損，需要進(jìn)行插值修補(bǔ)，圖8-23所示為軟件插值修補(bǔ)前后對(duì)比。圖8-23點(diǎn)云修補(bǔ)前后（局部放大）142PPT課件（5）點(diǎn)數(shù)據(jù)修補(bǔ)鼠標(biāo)樣件由于表面某些區(qū)域缺陷（6）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序圖8-24截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序143PPT課件（6）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序圖8-24截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序61P3．曲線擬合

通過(guò)設(shè)定控制點(diǎn)數(shù)目和曲線平滑值，軟件自動(dòng)進(jìn)行曲線擬合，如圖8-25所示。圖8-25曲線擬合144PPT課件3．曲線擬合通過(guò)設(shè)定控制點(diǎn)數(shù)目和曲線平滑值，軟件自動(dòng)4．曲面構(gòu)建

以前面生成的曲線為基礎(chǔ)即可構(gòu)建出如圖8-26所示的舉升曲面。圖8-26構(gòu)建舉升曲面145PPT課件4．曲面構(gòu)建以前面生成的曲線為基礎(chǔ)即可構(gòu)建出如圖8-5．曲面編輯

舉升方式生成的曲面，通常在頭尾兩端會(huì)因截面資料不足，致使曲面描述不完整，這時(shí)可以根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，另建邊界曲線，再一次構(gòu)建舉升曲面并與原始曲面拼合形成單一曲面。若曲線間誤差太大，曲面可能會(huì)形成皺褶等不平滑情形，可以通過(guò)調(diào)整曲面的控制點(diǎn)或直接調(diào)整曲面的網(wǎng)格加以編輯，如圖8-27所示。完成編輯后的曲面如圖8-28所示。(a)調(diào)整曲面的控制點(diǎn)(b)調(diào)整曲面的網(wǎng)格圖8-27

調(diào)整曲面146PPT課件5．曲面編輯舉升方式生成的曲面，通常在頭尾兩端會(huì)因截圖8-28完整的曲面6．曲面檢測(cè)

利用曲率可分析了解曲面光順狀況，評(píng)估曲面品質(zhì)好壞。圖8-29利用高斯曲率分析，綠色表示平滑，部分區(qū)域出現(xiàn)紅色或黃色說(shuō)明該區(qū)域曲率變化大。若曲面某區(qū)域不光順，則回上一步進(jìn)行局部調(diào)整。圖8-29利用高斯曲率檢測(cè)曲面平滑度147PPT課件圖8-28完整的曲面6．曲面檢測(cè)利用曲率可分析了解7．三維曲面建立

將建好的曲面存為IGES格式，轉(zhuǎn)入CAD/CAM一體化軟件進(jìn)一步編輯曲面模型。圖8-30所示為IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型。圖8-31所示為根據(jù)曲面模型建立的三維實(shí)體模型。圖8-30

IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型圖8-31三維實(shí)體模型148PPT課件7．三維曲面建立將建好的曲面存為IGES格式，轉(zhuǎn)入C8．快速原型加工

將模型存為STL格式即可輸入快速原型機(jī)加工，得到實(shí)體模型，如圖8-32所示。當(dāng)