逆向工程技術(shù)概述

1關(guān)于課程2.本課程的研究對象及內(nèi)容：研究對象：實(shí)物、樣件、軟件或影像作。

研究內(nèi)容：1）逆向工程數(shù)據(jù)測量與處理2)三維CAD模型重構(gòu)（UG軟件）

3）快速成型技術(shù)（快速成型數(shù)據(jù)處理、快速成型制造的典型工藝、后處理）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。對該門課程感興趣,才有動力去學(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、個性.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=形成性考核成績（50%）+期末考（50%）本課程的形成性考核選擇平時表現(xiàn)考核、平時作業(yè)考核、實(shí)訓(xùn)考核成績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=平時表現(xiàn)考核成績（30%）+平時作業(yè)考核成績（30%）+實(shí)訓(xùn)考核成績（40%）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)”。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)，一般是對市場進(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，即著手完成三維簡約幾何造型，再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或試做簡易的實(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)品圖樣產(chǎn)品。3.逆向工程概念：

1）.逆向工程（ReverseEngineening,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2）專業(yè)術(shù)語：

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign,CAD)

計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufactucturing,CAM）計(jì)算機(jī)輔助工程（ComputerAidedEngineering，CAE

）計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（computeraidedprocessplanning,CAPP）快速成型制造（RapidPrototypeManufacturing,RPM）快速模具（Rapidtooling,RT）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ProductDataMangement,PDM）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSistem,CIMS）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)測量的設(shè)備：三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）、激光三維掃描、結(jié)構(gòu)光測量，光柵照相式三維掃描儀、CT掃描儀等。就測頭結(jié)構(gòu)原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種，其中，接觸式測頭又可分為硬測頭和軟測頭兩種，這種測頭與被測頭物體直接接觸，獲取數(shù)據(jù)信息。非接觸式測頭則是應(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。2.數(shù)據(jù)處理：通過三坐標(biāo)測量機(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、對齊、合并、插值補(bǔ)點(diǎn)，數(shù)據(jù)精簡，數(shù)據(jù)分割等一系列的數(shù)據(jù)處理。3.三維模型重構(gòu)（第三章詳解）1）模型重構(gòu)是對上一步驟處理的數(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)品模型的一個過程，是逆向工程中最重要和最復(fù)雜的一個階段。

2）專用逆向工程軟件簡介：（1）Imageware由美國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。具有強(qiáng)大的測量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測功能，具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。

（2））Geomagic由美美國國Raindrop(雨雨滴滴)公公司司出出品品的的逆逆向向工工程程和和三三維維檢檢測測軟軟件件。。GeomagicStudio可可輕輕易易地地從從掃掃描描所所得得的的點(diǎn)點(diǎn)云云數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)創(chuàng)創(chuàng)建建出出完完美美的的多多邊邊形形模模型型和和網(wǎng)網(wǎng)格格，，并并可可自自動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為NURBS曲曲面面。。該該軟軟件件也也是是除除了了Imageware以以外外應(yīng)應(yīng)用用最最為為廣廣泛泛的的逆逆向向工工程程軟軟件件。。（3））CopyCAD是由英英國DELCAM公公司出出品的的功能能強(qiáng)大大的逆逆向工工程系系統(tǒng)軟軟件，，它能能允許許從已已存在在的零零件或或?qū)嶓w體模型型中產(chǎn)產(chǎn)生三三維CAD模型型。該該軟件件為來來自數(shù)數(shù)字化化數(shù)據(jù)據(jù)的CAD曲曲面面的產(chǎn)產(chǎn)生提提供了了復(fù)雜雜的工工具。。CopyCAD能能夠接接受來來自坐坐標(biāo)測測量機(jī)機(jī)床的的數(shù)據(jù)據(jù)，同同時跟跟蹤機(jī)機(jī)床和和激光光掃描描器。。（4））RapidForm是韓國國INUS公司司出品品的全全球四四大逆逆向工工程軟軟件之之一，，RapidForm提提供供了新新一代代運(yùn)算算模式式，可可實(shí)時時將點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)數(shù)據(jù)運(yùn)運(yùn)算出出無接接縫的的多邊邊形曲曲面，，使它它成為為三維維掃描描后處處理之之最佳佳化的的接口口。RapidForm主要要優(yōu)勢勢包括括：多多點(diǎn)云云數(shù)據(jù)據(jù)管理理介面面、多多點(diǎn)云云處理理技術(shù)術(shù)、快快速點(diǎn)點(diǎn)云轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成多邊邊形曲曲面的的計(jì)算算法、、彩色色點(diǎn)云云數(shù)據(jù)據(jù)處理理及點(diǎn)點(diǎn)云合合并功功能。。4.快快速成成型制制造是逆向向工程程的最最后一一個步步驟，，是制制造業(yè)業(yè)的技技術(shù)革革新，，快速速成型型技術(shù)術(shù)的工工藝方方法有有很多多，其其中常常見的的是：：光固化化成型型（SLA），，選擇擇性激激光燒燒結(jié)（（SLS））,分分層實(shí)實(shí)體制制造（（LOM）），熔熔融沉沉積制制造（（FDM））等。SLA技術(shù)術(shù)又稱稱光固固化快快速成成形技技術(shù)，，其原原理是是計(jì)算算機(jī)控控制激激光束束對光光敏樹樹脂為為原料料的表表面進(jìn)進(jìn)行逐逐點(diǎn)掃掃描，，被掃掃描區(qū)區(qū)域的的樹脂脂薄層層（約約十分分之幾幾毫米米）產(chǎn)產(chǎn)生光光聚合合反應(yīng)應(yīng)而固固化，，形成成零件件的一一個薄薄層。。工作作臺下下移一一個層層厚的的距離離，以以便固固化好好的樹樹脂表表面再再敷上上一層層新的的液態(tài)態(tài)樹脂脂，進(jìn)進(jìn)行下下一層層的掃掃描加加工，，如此此反復(fù)復(fù)，直直到整整個原原型制制造完完畢。。由于于光聚聚合反反應(yīng)是是基于于光的的作用用而不不是基基于熱熱的作作用，，故在在工作作時只只需功功率較較低的的激光光源。。此外外，因因?yàn)闆]沒有熱熱擴(kuò)散散，加加上鏈鏈?zhǔn)椒捶磻?yīng)能能夠很很好地地控制制，能能保證證聚合合反應(yīng)應(yīng)不發(fā)發(fā)生在在激光光點(diǎn)之之外，，因而而加工工精度度高，，表面面質(zhì)量量好，，原材材料的的利用用率接接近100%，，能制制造形形狀復(fù)復(fù)雜、、精細(xì)細(xì)的零零件，，效率率高。。對于于尺寸寸較大大的零零件，，則可可采用用先分分塊成成形然然后粘粘接的的方法法進(jìn)行行制作作。美國、日本本、德國、、比利時等等都投入了了大量的人人力、物力力研究該技技術(shù)，并不不斷有新產(chǎn)產(chǎn)品問世。。我國西安交通大大學(xué)也研制成功功了立體光造型型機(jī)LPS600A。目前，全全世界有10多家工工廠生產(chǎn)該該產(chǎn)品。四、逆向工工程系統(tǒng)的的組成逆向工程是是一個系統(tǒng)統(tǒng)工程，它它在工程分分析的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，數(shù)控控加工出產(chǎn)產(chǎn)品模具，，最后制成成產(chǎn)品。實(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或或模型→設(shè)設(shè)計(jì)→產(chǎn)品品的整個生生產(chǎn)流程。。包含的系系統(tǒng)軟硬件件有：1.測量機(jī)機(jī)與測量探探頭2.（CAD）模型型重構(gòu)軟件件3.CAE軟件4.CNC加工設(shè)備備5.快速成成型機(jī)6.產(chǎn)品制制造設(shè)備五、逆向工工程的應(yīng)用用隨著制造業(yè)業(yè)的發(fā)展逆逆向工程應(yīng)應(yīng)用場合越越來越多：：1）對產(chǎn)品品外形的美美學(xué)有特別別要求的領(lǐng)領(lǐng)域。2）對設(shè)計(jì)計(jì)需要通過過測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)才能定型型生產(chǎn)的模模型。3）有產(chǎn)品品，沒有產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)圖樣或設(shè)設(shè)計(jì)圖樣不不完整，沒沒有CAD模型的情情況下，可可使用逆向向技術(shù)復(fù)制制一個相同同零件。4）應(yīng)用在在模具行業(yè)業(yè)。（應(yīng)用用在經(jīng)常需需要反復(fù)修修改原始設(shè)設(shè)計(jì)的模具具型面）5）用在一一些藝術(shù)產(chǎn)產(chǎn)品領(lǐng)域。。6）應(yīng)用在在新產(chǎn)品開開發(fā)和創(chuàng)新新設(shè)計(jì)上。。7）應(yīng)用在在破損的文文物、藝術(shù)術(shù)品的修復(fù)復(fù)上。8）特種服服裝、頭盔盔的制造需需要使用者者的身體作作為原始設(shè)設(shè)計(jì)依據(jù)。。9）從已有有產(chǎn)品零件件直接快速速生成STL模型，，用于快速速成型（RP）或模模具設(shè)計(jì)，等等。模具樣品開開發(fā)：汽機(jī)機(jī)車類、家家電制品、、運(yùn)動器材材、玩具、、陶瓷等。?？焖僭椭浦谱鳎汗哦?、人像、、藝術(shù)品、、卡通人物物、玩具等等。人體形狀測測量：人體體外形測量量、醫(yī)療器器材制作等等。造型設(shè)計(jì)：：立體動畫畫、多媒體體虛擬實(shí)景景、廣告動動畫等。六、逆向工工程與產(chǎn)品品創(chuàng)新1.創(chuàng)新設(shè)設(shè)計(jì)的定義義：是指設(shè)設(shè)計(jì)者利用用已有的相相關(guān)科學(xué)技技術(shù)成果進(jìn)進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)構(gòu)思，設(shè)計(jì)計(jì)出具有科科學(xué)性、創(chuàng)創(chuàng)造性、新新穎性及實(shí)實(shí)用性產(chǎn)品品的一種實(shí)實(shí)踐活動。。2.創(chuàng)新設(shè)設(shè)計(jì)的基本本特征：新新穎性與創(chuàng)創(chuàng)造性。3.創(chuàng)創(chuàng)新新設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的類類型型是是：：原原創(chuàng)創(chuàng)型型與與基基于于原原型型的的創(chuàng)創(chuàng)新新設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。4.創(chuàng)創(chuàng)新新設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的方方法法：：組組合合、、類類比比、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化等等。。5.逆逆向向與與創(chuàng)創(chuàng)新新的的聯(lián)聯(lián)系系：：在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)制制造造領(lǐng)領(lǐng)域域大大約約70%的的技技術(shù)術(shù)都都來來自自于于逆逆向向工工程程，，逆逆向向工工程程所所追追求求的的不不是是簡簡單單的的仿仿制制，，而而是是提提高高和和創(chuàng)創(chuàng)造造，，到到創(chuàng)創(chuàng)新新。。把把逆逆向向工工程程從從簡簡單單仿仿制制的的代代名名詞詞變變成成創(chuàng)創(chuàng)新新設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)的逆向工程程是一個“認(rèn)識原型———再現(xiàn)原型型——超越原原型”的過程。七、逆向工程程技術(shù)存在的的問題及展望望（一）問題：：1.技術(shù)方面面：1）測量技術(shù)術(shù)存在誤差和和遺漏。2）復(fù)雜曲面面重構(gòu)技術(shù)不不成熟3）曲面光順順和模型評價價4））CAD軟軟件件不不夠夠完完善善5）集成成系統(tǒng)不不夠成熟熟。2.工具具方面：：逆向工