逆向测量技术
基于逆向工程测量技术的分析
文章 编 号 ： Ｏ ２ ６ ８ （ ０ ７ ０ —０ １ ～０ １ ０ — ８ ６ ２ ０ ）６ ０ １ ４
基 于 逆 向 工 程 测 量 技 术 的 分 析
鞠 俊 亭 ， 高 建 ， 飞 云 钟 杨
（ 海 大 学 机 电 工程 与 自动 化 学 院 ， 海 ２ ０ ４ ） 上 上 ０ ４ ４
一
套 三 维投 影 光 学 测 量 系统 ， Ｔ Ｉ Ｏ 系统 的 作 用 是 由像 片 上 的 点 坐 标 确 定 测 量 物 体 表 面 上 的 参 考 点 的 空 闻 几 何 关 而 ＲＴ Ｐ
系。
关键 词 ： 向 工 程 测 量 ＡＴ０Ｓ ＴＲＩ ） 逆 Ｔ（Ｐ
Ａ ｎ Ａｎａ ｙ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈｅ Ｍ ｅ ｕｒ ｍ ｅ ｃ ｎｉ ｅ ｉ ｖ ｒ ｅ Ｅｎｇｉ ｅｒｎｇ ｌ ｓｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ａｓ ｅ ｎｔＴｅ ｈ ｑｕ ｎ Ｒｅ ｅ ｓ ｎｅ ｉ
ｄ ｔ ｒ ｉｅ ｓ ａｔａ ｏ ｅ ｒｃ ｒ ａ ｉｎｓ ｐ ｏ ｅｅ ｅ ｃ ｏｉ ｓ ａ ｔ ｃ ｄ ｏｎ ｔ ｕｒａ ｅ ｆｏ ｅ ｅ ｍ ｎ ｐ ｉｌｇｅ ｍ ｔ ｉ ｅｌｔｏ ｈｉ ｆｒ ｆｒ ｎ ｅ ｐ ｎｔ ｔａ ｈｅ ｈｅ ｓ ｆ ｃ ｒ ｍ ｐ ｉ ｔｃ ｏ ｄｎａ ｅ ｆｐ ｏ ｎ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｏ ｈｏｔ ｒ ｐ ｏｇ ａ ｈ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｅ ｒ ｅｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ； Ｔ（Ｓ； ｄ ｒ ｖｅ ｓ ｇ ｎ ｅ ｉｇ； ａ ｕｒ ｍ ｎｔ Ａ ） ＴＲＩ ＴＯ Ｐ
ｌ 引 言
逆 向 工 程 （ ｖ ｒｅｅ ｇｎ ｅｉｇ ＲＥ） 也 被 称 作 反 求 Ｒｅｅｓ ｎ ｉｅ ｒ ， ｎ ，
擅 要 ： 着现代 工业 的 迅 速 发 展 ， 向工 程 开 始 发 挥 着 越 来越 大 的 作 用 ， 量 作 为 逆 向 工程 的 第 一 步 ， 下 游 的 步 骤 起 着 随 逆 测 时
逆向工程技术及应用
应用举例
１．逆向工程技术的应用 （1）读入点云数据。Surfacer 可以接收 几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以 接收其它格式，例如：STL、VDA 等。 将点群资料计算成三角形网格，可判断点 群特征形状，利用网格的着色功能可观察 点群的外观。 （2）对点云数据进行判断，去除噪音点( 即测量误差点)。 在进行曲面拟合之前，要对数据点云进行 判断并去除噪声点，以保证结果的准确性 和精确性。Surfacer 有很多工具来对点 云进行判断并去掉噪音点，以保证结果的 准确性。通过可视化点云观察和判断，规 划如何创建曲面。
（Reverse Engineering）
逆向工程技术及应用
一、逆向工程概述
作为产品设计制造的一种手段,在20世纪 90年代初,逆向工程技术开始引起各国工业 界和学术界的高度重视。特别是随着现代计 算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM 技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向 工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究热点， 并成为逆向工程技术应用的主要内容。
测量方法分类
数据提取方法
无损测量
破坏性测量
接触式
非接触式
探针测量
光
声
磁
ICT
断层扫描
外轮廓测量
内外结构测量
测量数据的定位（registration)
需要将多次测量的数据转换到同 一个坐标系中，形成同一坐标系下 的一个完整的测量数据及图像。可 将单张点云数据输入Atos软件，将 测得的单张点云数据拼接成整张点 云数据。
曲面重构时面临的困难:
（1）扫瞄数据庞大
数据点的处理，分块等
（2）复合曲面特征数据提取
一般而言，CAD模型是由许多不同的几何形状所组 合而成，而每一种几何形状皆有其特性（二次曲面 特征＆自由曲面特征提取）。
基于逆向工程的三维测量技术的研究
（ ｔ ） ｔ一２ ＋１
ｚ １ ＝ ，
。
２＝
告［ ＋） ３］ 吉（２＋ｔ １ （ １ 一ｔ ＝ 一‘ ２ （ 吉
代入式 （） ３得
，
术， 基于点的曲面逆向造型和基于点的曲面拟合技术。 ３２ 数 据拟 合 ．
由上式 得
１
合， 同时利用 ｕ Ｇ软件系统 的放样、 豁合 、 扫掠和四边 曲 面等功能进行曲面构造 ， 最后通过延伸 、 过渡等操作 ， 缝
合成 整体 的 曲面模 型 。
厶
￡＝０， ２（） 音 （ ｌ ｉ１ Ｐ ０ ＝ Ｑ ＋Ｑ＋）
．
１
ｔ １Ｐ． １ ＝ Ｑ＋＋Ｑ＋） ＝ ，ｆ（） 寺（ ｌ ２ １ ２
根据上式 （）令 ｎ等于 ２ 则得到二次 Ｂ样条曲线 ２， ，
定义为：
，
３ １ 生 成 的点 云数据 处理 ．
扫瞄得到数据会不可避免 的引人数据误差 ， 尤其是 尖锐边和边界附近的测量数据 ， 测量数据中的坏点 ， 可能 使该点及其周围的曲面片偏离原 曲面 ， 所以要对原始点
云 数据应 进 行预处 理 。
（） ２
为 １次样 条 的第 ｉ ７ ， 曲线 。这样一 共 有 ｍ ＋１ Ｂ样 段
重建， 扫瞄完后在计算机读出数据 ， 通常这部份称为逆向
工程 技术 的前 处理 过程 。 三维 激光 扫 瞄 技术 （Ｄ Ｓａ） 集 光 、 、 ３ ｃｎ 是 机 电和 计 算
条曲线 ， 把相邻的 Ｑ ＋ 和 Ｑ ＋ｚ （ ＝ ，， ｎ一１ ｌ ｆ ＋１ ｚ ０ １ …， ）
…
（） ￡＝
（ ） ＋（ 一１ ＋ｎ—ｚ 『“ 一＿ ）
逆向工程中数据测量技术及测量误差研究
逆向工程中数据测量技术及测量误差研究
张孝林 ，户艳 ，杨 晓龙
（ 西安航 空技 术 高等专科 学校 ，陕西西安 ７ ０ ７ ） １０ ７
摘要 ：在研究三坐标测量原理的基础上 ，通过大量的实验 ，从数据测量 的完整性 、精确性方 面对数据采集 问题 进行 了 研究 。通过正交实验 ，分析 Ｌ Ｈ ０ Ｓ ８ ０参数设置对测量精度 的影响 ；分析待 测件表 面特征 ，如表 面颜 色 、倾 斜度 、光 泽等对 测量结果 的影响 ，得到不同表面特征对测量数据的影响规律。结果表 明 ：选 择合适 的测量参 数 、进行合理 的测量方 案规划 是得到完整点云数据 的保证 。
表 ３ 极差分析表
０３ ０４５ ． ５ ： ．１ ０ ．１ ５ ０３ ｌ ６ ６ ８
Ｉ 匝 ２
２ １２ 设计实验正交表并进行测 量 ．．
０ ４７圆 ．７ ３
０３ ． ３ ５８
０ ３ ５７ ． ７ ０ ３ ３ ０ ． １
Ｉ ．２ ４ ３ ０ ７２圃
分别代表 扫描 步 距 、物 体 颜 色 、扫 描 方 式 、环 境 光 照 。为消除人为 随机误差 ，保证实 验数 据的可靠性和
准确性 ，这里每一个实验做 ３次重复实验 ，取其平 均 值。共 １ 个 实验 ，测量结 果如表 ２ ６ 所示 。
・
９ ・ ２
机床与液压
第３ ９卷
球 的扫描误差最小。为了进一步验证结果 ，使用上述 实验 条 件 进 行 ３次 验 证 实 验 ，测 量 误 差 分 别 为 ： ０ １ １ 、０ １２ 、０ １２３ ．８ １ ．８ ． ８ ，平均值是 ０ １ １ 。与表 ０ ．８ ８ ２对照 ，可知在此扫描条件下测量误 差最小 。由此 证 明此次正交实验 的结果可以作为球状物体 扫描测量 的
逆向工程关键技术
１。
３逆向工程中的关键技术1、3。
1 数据采集技术目前,用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样,其原理也各不相同。
测量方法的选用是逆向工程中一个特别重要的问题。
不同的测量方式,不但决定了测量本身的精度、速度和经济性,还造成测量数据类型及后续处理方式的不同。
依照测量探头是否和零件表面接触,逆向工程中物体表面数字化三维数据的采集方法基本上能够分为接触式(Contact)和非接触式(Noｎ—contact)两种。
接触式包括三坐标测量机(Coordｉｎate ＭeasurｉnｇＭａchinｉng,ＣＭM)和关节臂测量机;而非接触式主要有基于光学的激光三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等。
这些方法都有各自的特点和应用范围,具体选用何种测量方法和数据处理技术应依照被测物体的形体特征和应用目的来决定、目前,还没有找到一种完全使用于工业设计逆向测量方法、各种数据采集方法分类如图1、3所示、在接触式测量方法中,CMM是应用最为广泛的一种测量设备;ＣMM通常是基于力-变形原理,通过接触式探头沿样件表面移动并与表面接触时发生变形,检测出接触点的三维坐标,按采样方式又可分为单点触发式和连续扫描式两种。
CMM 对被测物体的材质和色泽没有特别要求,可达到特别高的测量精度(±0、5μｍ),对物体边界和特征点的测量相对精确,关于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则零件反求特别有效、主要缺点是效率低,测量过程过分依赖于测量者的经验,特别是关于几何模型未知的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径、图1、3 逆向工程数据采集方法分类随着电子技术、计算机技术的发展,CMM也由往常的机械式发展为目前的计算机数字控制(CＮC)型的高级时期、目前,智能化是ＣMM发展的方向。
智能测量机的研究是利用计算机内的知识库与决策库确定测量策略,其关键技术包括零件位置的自动识别技术、测量决策智能化和测量路径规划、CＡD/ＣAM集成技术等。
简单阐述逆向工程技术及其流程
简单阐述逆向工程技术及其流程
标题：逆向工程技术概述及其流程
一、逆向工程技术概述
逆向工程技术，又称反求工程，是一种产品设计技术手段，其基本原理是从已存在的产品或部件出发，通过对实物的测量、分析和研究，获取产品的几何形状、材料特性、制造工艺等设计信息，进而重构出原始的设计模型或者创新设计新的产品。
逆向工程广泛应用于产品改型设计、技术创新、质量检测、侵权分析等领域，是现代工业设计与制造中不可或缺的重要技术手段。
二、逆向工程的主要流程
1. 数据采集阶段：
这是逆向工程的第一步，通常采用三维扫描仪、CMM（三坐标测量机）等精密测量设备对实物进行精确的数据采集，获取物体表面的点云数据或几何特征数据。
2. 数据处理阶段：
对采集到的大量离散数据进行预处理，包括噪声过滤、数据平滑、点云拼接等操作，将其转化为可供后续建模使用的高质量数据集。
3. 曲面重构阶段：
根据处理后的数据，利用逆向工程软件如Geomagic, Rapidform等构建曲面模型，通过拟合、插值、光顺等方法，生成能准确反映实物表面特性的三维曲面模型。
4. 设计优化阶段：
在得到初步的三维模型后，设计师会对模型进行进一步的修改和完善，包括结构优化、尺寸调整、细节补充等，以满足设计需求和加工要求。
5. 制造阶段：
逆向工程的最后阶段是将优化后的三维模型转换为适合加工的二维图纸或CAM代码，提供给数控机床、3D打印设备等进行生产制造。
总结，逆向工程技术不仅能够帮助我们理解并复制现有的复杂产品，更能在原有产品的基础上进行创新设计和改进，对于推动产品更新换代和技术进步具有重大意义。
《逆向工程技术》课程标准
《逆向工程技术》课程标准一、课程简介逆向工程技术是一门融合了机械设计、测量技术、计算机技术、数据处理等多学科的综合性技术，广泛应用于制造、设计、测量等领域。
本课程旨在让学生了解逆向工程的基本概念、原理和方法，掌握逆向工程的实践技能，培养其在实际工作中运用逆向工程技术解决复杂问题的能力。
二、课程目标1. 掌握逆向工程的基本原理和方法，包括三维测量、数据处理、模型重构等；2. 学会使用逆向工程相关软件，如3D扫描仪、Geomagic、Imageware 等；3. 能够独立完成简单的逆向工程设计任务；4. 培养良好的团队协作和沟通能力，能够在实际工作中与其他专业人员有效配合。
三、教学内容1. 基础知识：介绍逆向工程的基本概念、原理和方法，包括三维测量技术、数据处理方法、模型重构技术等；2. 软件操作：学习使用逆向工程相关软件，如3D扫描仪、Geomagic、Imageware等，掌握软件的安装、使用方法和基本操作技巧；3. 实践操作：通过实际案例，让学生独立完成简单的逆向工程设计任务，包括数据采集、模型重构、后处理等；4. 综合应用：结合实际生产案例，培养学生运用逆向工程技术解决复杂问题的能力，提高其在实际工作中的应变能力和创新能力。
四、教学方法与手段1. 理论讲授与实践操作相结合：采用案例教学、互动教学等方式，让学生在学习过程中逐步掌握逆向工程的基本原理和方法，并能够熟练运用相关软件进行实践操作；2. 小组合作：将学生分成若干小组，通过实际案例的实践操作，培养学生的团队协作和沟通能力，提高其实践操作能力和解决问题的能力；3. 定期考核：通过定期的考核和评估，及时了解学生的学习情况，发现问题并及时调整教学策略，确保教学质量。
五、课程评估本课程的评估方法包括平时作业、实践操作、小组作品展示和期末考试等。
平时作业主要考察学生对逆向工程基本原理和方法的掌握情况；实践操作主要考察学生运用逆向工程相关软件进行实践操作的能力；小组作品展示则是让学生以小组为单位，展示实际案例的实践操作成果，考察学生的团队协作和沟通能力；期末考试则主要考察学生对本课程知识的综合运用能力。
试析逆向工程测量技术的应用
试析逆向工程测量技术的应用发表时间：2016-03-15T16:44:07.307Z 来源：《基层建设》2015年20期供稿作者：李亚平[导读] 河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000 随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
李亚平河北省地球物理勘查院河北廊坊 065000摘要：数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤，也是逆向工程测量最关键的技术之一。
本文介绍了逆向工程技术及其应用范围；对涉及到的关键技术：数据获取、数据处理与曲面重构等研究现状进行了系统地阐述。
关键词：逆向工程；数据获取；测量技术；非接触式；接触式随着现代工业的迅速发展，逆向工程开始发挥着越来越大的作用，测量作为逆向工程的第一步，对下游的步骤起着决定性的作用。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的现实意义。
1研究逆向工程测量技术的意义1.1逆向工程技术历经几十年的研究与发展，是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体。
1.2现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。
虽然关于摄影测量技术的研究几乎是自照相机发明以来就开始了，但是用于逆向测量工程的数字近景摄影测量技术仍然是一门“年轻”的技术，它继承了“摄影测量与遥感”领域的许多知识和技术，同时又发展出许多自身特有的技术和方法。
1.3随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
逆向工程测量技术研究
引言
数据的获取、测量是逆向工程中的第一个步骤，也是逆向工程测量最关键的技术之一。
综合接触式工程测量技术和非接触式工程测量技术的实物数据获取方法，是目前众多逆向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象最具有高效性的一种工程测量方式。
这种方法由接触式工程测量技术获取散布在被测物体上或周围的人工标记
点群的三维坐标，再以这些坐标数据作为非接触式工程测量数据拼接的依据，从而获取得到整体测量数据。
这种综合方法既具有以往工程测量技术的高效性，又消除了数据拼接时的累积误差。
逆向工程概述
逆向工程，又称反求工程、反向工程，指通过各种测量手段和三维几何建模方法，将已有实物原型转化为计算机上的三维数字模型的过程，是工程测量技术、计算机软硬件技术的综合。
近几十年来，随着计算机技术的发展，CAD 技术已经广泛地应用于工程测量工作，但由于多种因素的限制，现实世界中的很多物体形状并不能完全用CAD 设计的方法进行描述。
因而，我们提出了逆向工程的概念。
这种实物数字化建模的方法如今己经发展为CAD/CAM 中的一个相对独立的范畴，成为复杂工程测量的重要手段之一。
逆向工程测量数据获取技术研究
数据获取是反求工程的关键技术，数据的获取通常是利用一定的测量设备对所测工程进行数据采样，得到的是采样数据点的（x，y，
z）坐标值。
数据获取的方法大致分为两类：接触式和非接触式。
2.1 接触式工程测量技术接触式工程测量技术是在机械手臂的末端安装探头，通过与工程表面接触来获取表面信息，目前最常用的接触式测量系统是三坐标测量机（CMM）。
传统的坐标测量机多采用机械探针等触发式测量头，可通过编程规划扫描路径进行点位测量，每一次获取被测形面上一点的（x，y，z）坐标值，测量速度都很慢。
CMM 的优点是测量精度高，对被测工程无特殊要求，对不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸繁多、只有少量特征曲面的被测工程，CMM 是一种非常有效可靠的三维数字化手段。
它的缺点是不能对软物体进行精密测量价格昂贵，对使用环境要求高；测量速度慢，测量数据密度低，测量过程需人工干预；还需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿，无法测量小于测头半径的凹面工程，这些不足限制了它在快速反求领域中的应用。
；。
非接触式工程测量技术①激光线结构光扫描测量技术。
激光线结构光扫描测量技术是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码工程测量技术，亦称为光切法，通过将一线状激光束投射到三维物体上，利用CCD 摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标每个测量周期可获取一条扫描线，物体的全轮廓测量是通过多轴可控机械运动辅助实现的。
这类设备的扫描速度可达15000 点/秒，测量精度在±0.01～±0.1mm 之间，价格适中，对测量工程对象型面的光学特性要求不高。
[3]②投影光栅测量技术。
投影光栅测量技术是一类主动式全场三角测量技术，通常采用普通白光将正弦光栅或矩形光
栅投影于被测物面上，根据CCD 摄取变形光栅图像，根据变形光栅图像中条纹像素的灰度值变化，可解算出被测物面的空间坐标，这类测量方法具有很高的测量速度和较高的精度，是近年发展起来的一类较好的三维传感技术。
根据形变、高度关系的描述方法的不同，光栅测量可分为两类：直接三角法和相位测量法。
直接三角法原理简单、速度快，不易受被测工程物面不连续等干扰的影响，但是其测量精度不高，不能实现全场测量；而相位测量法测量精度相对较高。
③计算机断层扫描（CT）技术。
计算机断层扫描（CT）技术最具代表的是基于X 射线的CT 扫描机，它是以测量物体对X 射线的衰减系数为基础，用数学方法经过计算机处理而重建断层图像，这种方法最早是应用于医疗领域，目前已经广泛用于工程测量领域，即称为“工程CT”。
对中空物体的无损三维测量，这种方法是目前较先进的非接触式检测方法，它可对被测工程的内部形状、壁厚、材料，尤其是内部构造进行测量，该方法同样能够获得被测工程内表面数据，且不破坏工程结构。
但它存在造价高，测量系统的空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大等缺点。
[4]④立体视觉测量技术。
立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。
立体视觉测量方法可以对处于两个（或多个）摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无须伺服机等扫描装置。
立体视觉测量面临的最大困难是空
间特征点在多幅数字图像中提取与匹配的精度与准确性等问题。
近来出现了将具有空间编码的结构光投射到被测工程表面，制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题，但在测量精度与测量点的数量上仍需改进。
结语
现代逆向工程测量技术是将接触式测量技术和非接触式测量技术相融合，是实现被测工程整体测量和数据拼接的有效方法，其使用越来越广泛。
虽然关于摄影测量技术的研究几乎是自照相机发明以来就开始了，但是用于逆向测量工程的数字近景摄影测量技术仍然是一门“年轻”的技术，它继承了“摄影测量与遥感”领域的许多知识和技术，同时又发展出许多自身特有的技术和方法，比如设置人工标志点。
笔者认为，研究逆向工程测量技术，对现代工程测量技术的发展有着重要的现实意义。