逆向工程测量系统
简述逆向工程中数据测量的方法及分类。
简述逆向工程中数据测量的方法及分类。
逆向工程是指通过对一个已有的产品或系统进行分析、逆向推导出其设计原理、结构和功能的过程。
在逆向工程过程中，数据测量是一项非常重要的工作，它是指通过对目标系统或产品进行各种测量手段和方法的运用，获取其关键性能参数、特征和数据信息的过程。
下面将对逆向工程中数据测量的方法和分类进行简要描述。
数据测量方法主要包括以下几种：1. 电子测量方法：电子测量是逆向工程中常用的一种测量方法，通过使用各种电子仪器和设备，如示波器、频谱分析仪、信号发生器等，对目标系统的电信号进行采集、分析和测量，从而获取相关的电性能指标和特征信息。
2. 光学测量方法：光学测量是利用光学原理和设备对目标系统进行测量的方法。
例如，使用显微镜、激光测距仪、光谱仪等对目标系统进行观察、测量和分析，获取其光学性能参数和特征信息。
3. 机械测量方法：机械测量是通过使用各种机械设备和工具对目标系统进行测量的方法。
例如，使用卡尺、量规、测微计等对目标系统的尺寸、形状等进行测量，获取其几何参数和特征信息。
4. 热学测量方法：热学测量是利用热学原理和设备对目标系统进行测量的方法。
例如，使用热像仪、热电偶等对目标系统的温度分布、热传导等进行测量，获取其热学性能参数和特征信息。
5. 声学测量方法：声学测量是通过使用声学原理和设备对目标系统进行测量的方法。
例如，使用声级计、频谱分析仪等对目标系统的声音强度、频谱等进行测量，获取其声学性能参数和特征信息。
根据测量对象的不同，数据测量可以分为以下几类：1. 电气参数测量：电气参数测量主要是对目标系统的电性能参数进行测量，包括电压、电流、电阻、电感、电容等参数。
通过对这些参数的测量，可以了解目标系统的电路结构、电能转换效率、电磁兼容性等特征。
2. 几何参数测量：几何参数测量主要是对目标系统的尺寸、形状、位置等几何参数进行测量。
通过对这些参数的测量，可以了解目标系统的结构组成、装配方式、运动轨迹等特征。
四大逆向工程软件简介
四大逆向工程软件简介本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March四大逆向工程软件简介Imageware 由美国 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。
该软件拥有广大的用户群，国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海 DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。
以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。
常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。
如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件。
首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件(例如：Imageware surfacer)进行处理即可获得 class 1 曲面。
随着科学技术的进步和消费水平的不断提高，其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。
以微软公司生产的鼠标器为例，就其功能而言，只需要有三个按键就可以满足使用需要，但是，怎样才能让鼠标器的手感最好，而且经过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。
因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估，然后根据评估意见对模型直接进行修改，直至修改到大家都满意为止，最后再将模型数据利用逆向工程软件 Imageware 生成 CAD 数据。
当产品推向市场后，由于外观新颖、曲线流畅，再加上手感也很好，符合人体工程学原理，因而迅速获得用户的广泛认可，产品的市场占有率大幅度上升。
青科大先进制造技术 答案
第一章：1、制造的概念狭义：为机电产品的机械加工工艺过程广义：国际生产工程学会1990年：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2、四次产业革命一、第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。
2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。
3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。
二、第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。
2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。
3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。
4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。
5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。
三、第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。
2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。
3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。
四、第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。
2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。
3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。
3、先进制造技术的概念、体系结构、学科内容课本P12第二章：1、现代设计的概念▪现代设计：现代产品设计强调全生命周期设计，即产品设计是一个“设计-评价-再设计”的反复迭代过程。
在产品的整个生命周期中，设计定型并不意味着设计工作的结束，只要产品还在生产和销售，就必将反馈大量的用户信息和生产制造信息，并要求对产品不断进行修改。
逆向工程的现状及发展前景
逆向工程也称反求工程或者反向工程，是根据已存在的产品或者零件原型构造产品或者零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。
(1)设计前的准备工作。
设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。
(2)零件原形的数字化。
根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用 3D 扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。
(3)提取零件的几何特征。
按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法普通可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。
区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。
(4)零件 CAD 模型的重建。
将分割后的三维数据在 CAD 系统 中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD 模型。
(5)重建 CAD 模型的检验与修正。
由于测量得到的数据点往往 存在一些数字误差，所以需要对曲面或者曲线进行光顺处理，提高曲面 质量。
此外还要检验重建的 CAD 模型是否满足精度或者其他试验性能 指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件 的标准接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine ，CMM)可 谓接触式测量的代表。
接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原 理，通过探头测取三维几何坐标数据。
操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数 据。
普通来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精 坐标测量机非接触式机械手 坐标测量机 光学测量机 声学测量机 磁学测量机结构光法 激光三角形法 激光测距法 干涉测量法 图象分析法接触式度高，对被测物体的材质和色泽没有特殊要求。
其主要缺点是测量效率低，测量探头的半径必须进行补偿，并且有可能会浮现探头测不到的盲区。
逆向工程系统
（1）测量机与测量探头
测量机
（2）数据处理 （3）模型重建软件
1）用于正向设计的CAD/CAE/CAM软件 ； （如：Solidworks 、I-deas ) 2）集成有逆向功能模块CAD/CAE/CAM软 件 ；( 如： Pro/Engineer ) 3）专用的逆向工程软件。（如: Imageware、Paraform）
1）零件原型的三维数字化测量。
2）提取零件原型的几何特征。
CAD模型重建
（1）零件原型三维重构。
（2）CAD模型的分析及改进。 （3）CAD模型的检验与修正。
零件原型及CAD模型
产品或模具制造
根据重建的CAD模型可加工产品或模具制造。
以快速原型技术为基础快速制作的高尔夫球头模具
逆向工程系统的设备与软件
逆向工程系统
一. 逆向工程系统的组成； 二. 逆向工程系统的设备与软件。
逆向工程系统组成
逆向工程需要使用精密的测量系统来测量样
件轮廓三维尺寸，再对取得的各点数据作曲 面重建、分析及加工成型。
逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物
几何外形的数字化、CAD模型重建和产品或 模具制造。
产品实物几何外辅助运动分析，包括机构运动分析、结构仿真、流场 及温度场分析等。常用分析软件又Ansys、Nastran、I-deas、 Moldflow、ADMAS等。
（5）CNC加工设备
（6）快速成型机 (7)产品制造设备
各种注塑成型机、冲压设备、钣金成型机等。
快速成型方法制作的模型
逆向工程与3D打印技术--课件PPT任务2 逆向工程的系统组成
柯尼卡美能达公司（日本） 北京博维恒信科技发展有限公司
北京天远三维科技有限公司
网址 www.
如何学好逆向工程技术？
道：思路
高手。拥有丰富的产品设计知识和经验，能够以设计的眼光，从整体上把握产 品的设计流程、要点、方法等，以之规划和引导逆向工程的实施，就好象在头脑 中预先完成了全部设计过程，成竹在胸。
德：理念
精英。拥有成熟的职业道德、设计理念和工作准则，并以此影响他人并指导各 种技术活动。在其工作中，技术永远是在正确的理念引导下发挥作用。
任务2 逆向工程的系统组 成
逆向工程系统组成
逆向工程系统组成
逆向工程系统构成
测量系统 设计系统
硬件 普通量具 坐标测量设备 计算机
软件 测量设备配套软件
三维CAD软件
普通量具包括：游标卡尺、塞规、R规、直尺、卷尺、厚度尺、 角度尺等。选择适合的装备对逆向工程的实施能力、品质和效率 有重要的影响。构建逆向工程系统的关键是选择适合的三坐标测 量设备和三维CAD软件。
如何学好逆向工程技术？
我们将逆向工程师的成长分为四个阶段：
器：软件功能
学员。是入门阶段，刚刚学会一种三维CAD软件的使用，对软件功能比较依赖， 总是试图去寻找一些更“强大”的软件功能，有点唯“武器论”。常常听到有人 说在“学UG”，就说明是处在这个阶段。
术：方法和技巧
工程师。积累了一定的方法和技巧，软件只是实现这些方法是技巧的工具而已， 对软件功能的依赖逐步减少。在这类工程师眼里，软件功能已经“抽象化”，即 使换用不同的软件也能快速上手，工作不会受到影响。
逆向工程技术及应用
已存在 的点创建 出曲面 ； 检查／ 修改曲线 ， 检查曲线与
点或 其它 曲线 的精确 度 、 滑 度与 连续 的相关性 。 平 （） ４ 曲面 处 理过 程 ： 定 所要 创 建 的 曲 面类 型 ， 决 可
以选 择创 建 的曲面 以精 确为 主或 以光滑 为 主 ，或两 者
计算机 辅 助系统 等对 其进 行处 理 。并 进行 修改 和优 化 设计 。 向工程 专 门为制造 业 提供 了一个 全新 、 逆 高效 的 重构 手段 ， 实现从 实 际物体 到几 何 建模 的直接 转换 。 逆
向工程技术涉及计算机图形学 、 计算机图像处理 、 微分
几何 、概 率统计 等学 科 。是Ｃ Ｄ领域 最活跃 的分支 之 Ａ
（） ２ 软件 逆 向 ： 品样 本 、 术文 件 、 计 书 、 产 技 设 使用
说明 书 、 图纸 、 关规 范和 标准 、 理规 范 和质 量 保证 有 管
居中； 由点 云或 曲线 创建 曲 面 ； 查／ 改 曲 面 ， 检 修 检查 曲 丽 与点或 其它 曲 面或特 征 的精确 度 、平滑 度与连 续 的
一
根据 测量 探 头是否 和零 件表 面接触 ．其 测量方 式
可 分两类 。
ｏ
（） １接触 式 测 量 ： 根据 测 头 的不 同 。 可分 为触 发 式 和 连续式 。应用 最 为广 泛 的三座标 测量机 是２ 世纪６ ０ ｏ 年 代发展 起来 的新 型高 效精 密测量 仪器 ，是 有很强 柔
维普资讯
第 ２期 （ 第 ８ 总 ９期） Ｎ ． （Ｕ ｏ８ ） ｏ Ｓ ＭＮ． ２ ９
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＡＬ Ｃ ＭＡＮＡＧＥ ＮＴ ＡＮＤ ＭＥ ＤＥ Ｌ ＭＥ ＶＥ ＯＰ ＮＴ
《逆向工程》课程教学大纲
《逆向工程》课程教学大纲课程代码：0803631009课程名称：逆向工程英文名称：Reverse Engineering总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0上机学时：0 课外学时：0学分：2适用对象：机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加工专业方向）先修课程：CAD/CAM一、课程性质、目的和任务本课程是机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加工专业方向）的一门专业限选课程。
主要介绍逆向工程的概念、过程及实现逆向工程的具体环节等内容。
通过本课程的教学，要求学生掌握逆向工程技术，为学生在今后的工作中能应用所学知识，解决具体技术问题，实现逆向工程打下基础。
二、教学基本要求通过学习本课程，学生应达到如下基本要求：1、掌握逆向工程的定义，工作流程及应用领域；2、掌握逆向工程测量系统；3、能应用三坐标测量机进行数据采集；4、掌握数据处理的技能；5、能进行模型的三维重构。
三、教学内容及要求第一章.绪论掌握逆向工程的定义；了解逆向工程的一般工作流程,及逆向工程的应用领域。
第二章.逆向工程的测量系统1、掌握接触式测量和非接触式测量；2、了解数据测量的各种方式的比较；3、了解数据测量的误差分析；4、参观三坐标测量机。
第三章．数据预处理1、了解数据预处理的概述；2、熟悉多视点云的对齐方法；3、了解数据平滑、精简及误差点的识别和去除；4、熟悉数据分块方法。
第四章.三维模型重构1、了解曲线曲面数学模型；2、了解曲线拟合造型；3、了解曲面片直接拟合造型；4、熟悉模型质量评价。
第五章.逆向工程系统1、掌握逆向工程系统框架和特点；2、掌握逆向工程系统的各子系统；3、了解逆向工程系统与产品创新；4、熟悉基于逆向工程的产品快速开发。
第六章.Imageware或其他软件及逆向一般流程1、掌握Imageware模块；2、掌握Imageware数据处理流程；3、熟悉逆向工程的要求。
第七章.Imageware或其他软件常用命令1、掌握Edit菜单；2、掌握Create菜单；3、掌握Construct菜单；4、掌握Modify菜单；5、掌握Evaluate菜单。
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逆向工程分类
从广义讲，逆向工程可分以下三类。
(1)实物逆向：顾名思义，它是在已有实物条件下，通过试验、测绘和分 折。提出再创造的关键；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、 精度、使用规范等多方面的逆向。实物逆向对象可以是整机、部件、组件和 零件。 (2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关 规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向中有三 类情况：1)既有实物，又有全套技术软件；2)有实物而无技术软件；3)无实 物，仅有全套或部分技术软件。 (3)影像逆向：无实物，无技术软件，仅有产品相片、图片、广告介绍、 参观印象和影视画面等，要从其中去构思、想象来逆向，称为影像逆向，这 是逆向对象中难度最大的。影像逆向本身就是创新过程。目前还未形成成熟 的技术。一般要利用透视变换和透视投影．形成不同透视图，从外形、尺寸、 比例和专业知识，去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。
正向工程:从高层抽象和独立于实现的逻辑设计到一个系统的物理实现的传 统开发过程。 逆向工程:分析目标系统，认定系统的构件及其交互关系，并且通过高层抽 象或其它形式来展现目标系统的过程。
c)再文档:主要是在同一抽象层次做语义等价描述，实际上是逆向工程的 一种简单形式; d)设计再现:利用领域知识和外部信息在较高抽象层次产生系统的等价描 述，这样要使用除了源代码外的很多信息; e)重构:在同一抽象层次把系统从一种表示方式转换到另一种表示方式， 一个重要方面是新系统和原始系统的语义行为应该一样，而且功能也不 能变; f)再工程:目的是研究系统，产生较高抽象层次描述，增加新功能到这个描 述，使用正向工程技术在原始系统的基础上开发一个新系统。
逆向工程，有的人也叫反求工程、反向工程(Reverse Engineering,RE)， 是20世纪80年代末期发展起来的一项先进制造技术，是以产品及设备的实 物、软件（图样、程序及技术文件等）或影像（图片、照片等）为研究对 象，反求出初始的设计意图。简单地说，就是指用一定的测量手段对实物 或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型 的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计 开发及生产的全过程。 在软件工程领域，迄今为止没有统一的逆向工程定义。较为通用的是Elliot Chikafsky和Cross在文献中定义的逆向工程的相关术语。
(4)曲面处理过程：决定所要创建的曲面类型，可以选择创建的曲面以精 确为主或以光滑为主，或两者居中；由点云或曲线创建曲面；检查／修改 曲面，检查曲丽与点或其它曲面或特征的精确度、平滑度与连续的相关性。
(5)误差分析：应该考虑被测物对机构引起的综合轨迹误差、逆向工程设 计所依据的数据值存在的测量误差、设计中的被测物存在的加工误差、设 计中的曲线拟合存在的拟合误差等方面。
g)体系结构再现:用于从源码、性能分析信息、设计文档及专家知识等现 有信息中抽象出一个更高层次表示的技术和过程。
它们之间的关系 工 程 应 用 流 程 图
逆向工程技术流程
(1)逆向工程是以一个物理零件或模型作为开始，进而决定下游工程。 (2)点处理过程：主要包括多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云 分块等。 (3)曲线处理过程：决定所要创建的曲线类型。曲线可以设计得与点的片 段相同，或让曲线更光滑些；由已存在的点创建出曲面；检查／修改曲线， 检查曲线与点或其它曲线的精确度、平滑度与连续的相关性。
逆向工程研究方法
现有的逆向工程分析方法主要有以下4种。 (1)词法分析和语法分析 该方法主要是对程序源码进行分析，已经发展得比较成熟。通过词法分析可 以得到程序信息的多种有用表示，其中最常用的是交叉引用列表。通过语法 分析可以得到两类表示:分析树(parse tree)、抽象语法树AST(abstract syntaxtree)，其中AST是更复杂的程序分析工具基础，包含了和程序的实际 内容相关的细节。 (2)图形化方法 图形化方法包括控制流分析、数据流分析以及程序依赖图。控制流分析是在 确定程序语法结构之后进行。控制流分析有两种形式:过程内 (intraprocedural)分析、过程间(in-terprocedural)分析。过程内分析能确定子 程序内语句的执行顺序，通过构建控制流图 CFG(control flow graph)进行。 过程间分析确定程序单元之间的调用关系，用调用图(cangraph)表示。数据 流分析关注于解决程序中从定义到使用的过程的相关问题，比控制流分析要 复杂得多。程序依赖图是数据流分析的进一步改进，比数据流分析更复杂。 在程序依赖图中，控制流和数据流依赖被放在一起处理。如果同时需要控制 流图和数据流图，使用程序依赖图就很方便。程序依赖图还具有这样的结构 特性:一个程序依赖图描述了一个控制依赖的区域。
(3)程序切片 切片技术来源于数据流分析方法，己经成为很多程序理解工具的基础。 一个程序切片是由程序中的一些语句和判定表达式组成的集合。这些语 句和判定表达式可能会影响在程序的某个位置(常用行号标识)上所定义 或使用的变量的值。利用切片技术可以将关注点确定在一个较小范围而 不是关注整个程序。 (4)动态分析 静态分析是对程序源码进行分析。动态分析则是在程序运行时进行分析， 基本方法是对程序进行植入。程序植入是一种在全局范围内更改源代码 以添加额外操作的过程。这种方法的主要原理是:利用代码的结构信息， 依据固定的规则，将软件触发器添加到代码中。所谓软件触发器，是指 在源程序的相应位置添加的一些代码，运行时由这些代码按特定协议将 指定的动态信息传递到指定位置或传递给动态信息收集机制。对于使用 动态绑定和多态的面向对象系统，动态分析是必需的。
逆向工程
引言
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程： 设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技 术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的 整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。 逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根 据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模 型）的过程.随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技 术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要 对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体 表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型， 进而输送到CAM系统完成产品的制造。