《逆向工程及快速成型原理》講義12版-課程介紹及逆向工程概論

逆向工程及快速成型

ReverseEngineering&RapidPrototyping主講：

匡唐清華東交大材料工程系課程說(shuō)明課程性質(zhì)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程課時(shí)（56h）逆向工程 44h（22h上課+20h上機(jī)+2h實(shí)驗(yàn)）快速成形及快速制模 12h（10h上課+2h實(shí)驗(yàn)）教材《逆向工程基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例教程》

張晉西清華大學(xué)出版社2011.11《精通UGNX5+Imageware逆向工程設(shè)計(jì)》

吳永強(qiáng)

主編電子工業(yè)出版社2008.1《快速成形及快速制?！?/p>

莫健華主編電子工業(yè)出版社2006.7考核方式考勤30%；上機(jī)30%；實(shí)驗(yàn)10%；大作業(yè)30%教學(xué)內(nèi)容第一講逆向工程概論第二講Imageware基本操作第三講Imageware點(diǎn)云處理第四講Imageware曲線(xiàn)生成、評(píng)估與編輯第五講Imageware曲面生成、評(píng)估與編輯第六講Imageware逆向設(shè)計(jì)典型實(shí)例1第七講Imageware逆向設(shè)計(jì)典型實(shí)例2第八講UG點(diǎn)數(shù)據(jù)處理教學(xué)內(nèi)容第九講UG曲線(xiàn)構(gòu)造、編輯與分析第十講UG曲面構(gòu)造、編輯與分析第十一講UG逆向設(shè)計(jì)實(shí)例第十二講快速成型技術(shù)概論第十三講快速成形技術(shù)-SLA/SLS第十四講快速成形技術(shù)-LOM/FDM第十五講快速制模技術(shù)第十六講新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)系統(tǒng)第一講

緒論教學(xué)目標(biāo)掌握逆向工程的定義逆向工程的實(shí)施流程接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)了解逆向工程的產(chǎn)生逆向工程的發(fā)展逆向工程的應(yīng)用逆向工程軟件逆向工程的產(chǎn)生產(chǎn)品功能上的需求不再是贏得市場(chǎng)的唯一條件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、生產(chǎn)周期、更新周期越來(lái)越短６0-70年代

如何做得更好（優(yōu)）８0-90年代

如何做得更便宜（廉）二十一世紀(jì)初

如何做得更快（快）快？逆向工程的產(chǎn)生傳統(tǒng)的正向工程流程設(shè)想產(chǎn)品需求參數(shù)功能原理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)制造工藝設(shè)計(jì)原型或圖紙新產(chǎn)品樣品市場(chǎng)調(diào)查模具制造逆向工程的產(chǎn)生依據(jù)已經(jīng)存在的零件、實(shí)物原型或殘缺的產(chǎn)品圖紙去構(gòu)造新產(chǎn)品模型。逆向工程專(zhuān)門(mén)為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的重構(gòu)手段。根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)物樣件或手工制造的模型數(shù)據(jù)模型利用一些軟件處理和數(shù)據(jù)管理對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的修改和再優(yōu)化設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)產(chǎn)品再現(xiàn)產(chǎn)品

超越原產(chǎn)品

逆向工程的定義逆向工程(ReverseEngineering,RE)，也稱(chēng)反求工程、反向工程、抄數(shù)，指對(duì)存在的模型和零件進(jìn)行實(shí)物測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果重構(gòu)CAD模型的一個(gè)過(guò)程。該模型可以用于分析、修改、制造和檢驗(yàn)等多種目的。逆向工程的實(shí)施流程實(shí)物或模型數(shù)據(jù)的采集ＣＡＤ模型重構(gòu)仿制/改制產(chǎn)品ＰＤＭ系統(tǒng)制作系統(tǒng)ＣＡＭ模具新產(chǎn)品二維圖樣技術(shù)文檔仿制/改制產(chǎn)品快速原形ＲＰ產(chǎn)品樣件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或模型設(shè)計(jì)產(chǎn)品逆向工程的發(fā)展逆向工程技術(shù)于20世紀(jì)80年代研制開(kāi)發(fā)成功并初步進(jìn)入使用的。此后逆向工程技術(shù)被置于大幅度縮短新產(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。經(jīng)過(guò)了高速增長(zhǎng)后，逆向工程實(shí)際應(yīng)用的增長(zhǎng)率保持在17%左右。除專(zhuān)業(yè)的逆向軟件，主流的基于正向的集成CAX軟件也開(kāi)始集成逆向功能逆向工程的應(yīng)用模具行業(yè)航天航空、汽車(chē)、飛機(jī)等領(lǐng)域藝術(shù)品或文物等（CAD正向建模困難）圖紙殘缺或無(wú)CAD模型時(shí)再現(xiàn)原設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)CAI（檢測(cè)正向結(jié)果）逆向工程的硬件高效、高精度地實(shí)現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步驟。是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師與逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC

之間的橋梁。近十年來(lái)，隨著傳感技術(shù)、控制技術(shù)、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的樣件表面幾何數(shù)據(jù)的數(shù)字化獲取方法。逆向工程的硬件數(shù)據(jù)測(cè)量方法實(shí)物數(shù)字化方法接觸式非接觸式觸發(fā)式連續(xù)式光學(xué)式非光學(xué)式三角形法結(jié)構(gòu)光法激光干涉法計(jì)算機(jī)視覺(jué)法MRI測(cè)量法CT測(cè)量法

超聲波法

逐層切除測(cè)量法逆向工程的硬件接觸式測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備成本低，損耗費(fèi)相對(duì)較少；精度高；不受被測(cè)對(duì)象外形及顏色的影響；缺點(diǎn)測(cè)量速度慢，測(cè)得數(shù)據(jù)少，不適合測(cè)形狀復(fù)雜的對(duì)象；不能測(cè)量易碎、易變形零件；由于測(cè)頭限制，不能測(cè)得零件細(xì)節(jié)；需進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償；因測(cè)頭耗損需經(jīng)常校正測(cè)頭；便攜關(guān)節(jié)臂式龍門(mén)式懸臂式逆向工程的硬件非接觸式測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)采集速度快，可測(cè)得海量數(shù)據(jù)，適合復(fù)雜表面的數(shù)據(jù)獲??；無(wú)機(jī)械測(cè)頭的局限，可測(cè)得零件的細(xì)節(jié)；可測(cè)柔軟物體；無(wú)需測(cè)頭補(bǔ)償；缺點(diǎn)精度較差；易受物體表面特征（顏色、光度、粗糙度、形狀等）及環(huán)境光源影響；設(shè)備成本高；逆向工程的硬件數(shù)據(jù)測(cè)量方法核磁共振成像又稱(chēng)自旋成像（spinimaging?），也稱(chēng)磁共振成像（MagneticResonanceImaging?，簡(jiǎn)稱(chēng)MRI?），是利用核磁共振原理，依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減，通過(guò)外加梯度磁場(chǎng)檢測(cè)所發(fā)射出的電磁波，即可得知構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類(lèi)，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。在物理、化學(xué)、醫(yī)療、石油化工、考古等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。將這種技術(shù)用于人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像，就產(chǎn)生出一種革命性的醫(yī)學(xué)診斷工具?？焖僮兓奶荻却艌?chǎng)的應(yīng)用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術(shù)在臨床診斷、科學(xué)研究的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，極大地推動(dòng)了醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的迅速發(fā)展。逆向工程的硬件數(shù)據(jù)測(cè)量方法CT成像工業(yè)CT是工業(yè)用計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它能在對(duì)檢測(cè)物體無(wú)損傷條件下，以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式，清晰、準(zhǔn)確、直觀地展示被檢測(cè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成、材質(zhì)及缺損狀況，被譽(yù)為當(dāng)今最佳無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。工業(yè)CT技術(shù)涉及了核物理學(xué)、微電子學(xué)、光電子技術(shù)、儀器儀表、精密機(jī)械與控制、計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別等多學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)技術(shù)密集型的高科技產(chǎn)品。工業(yè)CT廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、材料、航天、航空、軍工、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，為檢測(cè)航天運(yùn)載火箭及飛船航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大型武器的檢測(cè)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析以及機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要檢測(cè)手段。醫(yī)用CT的工作程序：它根據(jù)人體不同組織對(duì)X線(xiàn)的吸收與透過(guò)率的不同，應(yīng)用靈敏度極高的儀器對(duì)人體進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)輸入電子計(jì)算機(jī)，電子計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)任何部位的細(xì)小病變。逆向工程的硬件數(shù)據(jù)測(cè)量方法超聲波測(cè)距由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見(jiàn)，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。逆向工程的硬件接觸式/非接觸式測(cè)量方法/設(shè)備的選用對(duì)材質(zhì)較硬、形狀較為簡(jiǎn)單、容易定位的物體，盡可能使用接觸式測(cè)量設(shè)備，其成本低，損耗費(fèi)較少；對(duì)橡膠、油泥、人體或超薄形物體，則需采用非接觸式測(cè)量方法；實(shí)際測(cè)量中經(jīng)常需將兩者結(jié)合，用接觸式設(shè)備測(cè)量產(chǎn)品的分型線(xiàn)、輪廓線(xiàn)，用非接觸式設(shè)備取得產(chǎn)品表面點(diǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到精確、高效地測(cè)量方法。

數(shù)據(jù)點(diǎn)要求：在曲率變化大處密，曲率變化小處疏；在外形剖面、分型線(xiàn)、輪廓線(xiàn)處要求數(shù)據(jù)點(diǎn)質(zhì)量高。逆向工程軟件基于正向的具有逆向功能的CAX軟件，如Pro/E、CATIA等逆向功能弱專(zhuān)用逆向工程軟件逆向功能強(qiáng)大，效率高，用途單一專(zhuān)用逆向軟件與基于正向的CAX軟件結(jié)合使用專(zhuān)用逆向軟件做點(diǎn)云及外形的逆向處理CAX軟件進(jìn)行產(chǎn)品的參數(shù)化結(jié)構(gòu)逆向處理逆向工程軟件專(zhuān)用逆向軟件Imageware最著名的逆向工程軟件，是逆向工程的領(lǐng)導(dǎo)者。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空/航天、家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。擁有廣大的用戶(hù)群，國(guó)外有BMW、GM、Ford、Toyota；國(guó)內(nèi)已有上海大眾、上海交大、上海DELPHI、成都飛機(jī)制造公司等。在曲面上采用NURBS與Bezier混合技術(shù)，功能非常強(qiáng)大，易于應(yīng)用；在計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)、曲面造型及快速成型等方面具有其他軟件無(wú)可匹敵的強(qiáng)大功能。逆向工程軟件專(zhuān)用逆向軟件GeomagicStudio美國(guó)Raindrop

公司（現(xiàn)在PTC旗下）出品；是除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件?？奢p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；自動(dòng)化特征及簡(jiǎn)化了的工作流程使得其易學(xué)易用，是唯一可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單操作、提高生產(chǎn)率及允許用戶(hù)化定制生產(chǎn)的逆向軟件