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
关键词 ：逆 向工程 ；三维数据获取 ；正交试验 ；测量 规划
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ｔ７ Ｐ ９ ．６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ８ １ （０ １ １ ００— ０ １ ３ ８ ２ １ ） ６— ９ ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｄ ａ ａ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ａ ｄ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｒ ｒ ｉ ｖ ｒ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｎ ａ ｕｒ ｍ ｎｔＥｒ ｏ ｎ Ｒｅ ｅ ｓ ｇ ｎｅ ｒ ｎ
量方法的制 约 ，从而造成测量数据的采集缺失 。传统
三角测量法使 用单个 Ｃ Ｄ在 实际测量 中会 遇到很 多 Ｃ 问题 ，如大范 围的测量盲区 、提取 的光刀断线等 ；利 用对称放置 的双光源 单 Ｃ Ｄ方法 ，在 减小 测量盲 区 Ｃ 的同时 ，提高 了 Ｃ Ｄ的使 用效率 ，但 测量 精度 没有 Ｃ
ＺＨＡＮＧ ａ ｌｎ．ＨＵ ｎ．ＹＡＮＧ ａ ｌｎｇ Ｘｉｏ ｉ Ｙａ Ｘｉ ｏｏ
（ ，ｎ Ａ ｒｔｃ ｎｃ ｌ ｏｌｇ ．Ｘｉ ｎ Ｓ ａ ｎ ｉ ０ ７。Ｃ ｉａ Ｘｉ ｅｏｅ ｈ ｉａ ｌ ｅ ａ Ｃ ｅ ’ ｈ ａ ｘ １ ７ ａ ７０ ｈｎ ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｒｎ ｉｌ ｆＣ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ＭＭ ，ｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ｎ ｗ ｓ ｓ ｄ ｅ ｎ ｉｔ ｇ ｔ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ａａ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｔ ｒｕ ｈ ａ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ａ ｔ ｉ ｄ ｏ ｎ ｅ ｒ ｙ ａ ｄ ａ ｃ ｒｃ ｆｄ ｔ ａ ｕ ｉ ｈ ｏ ｇ ｉ ｕ ｉ ｎ ｇ ｅ ｔａ ｕ ｔｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｈ ｏ ｇ ｒｈ ｇ ｎ ｌ ｅ ｔ ｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆＬ Ｈ８ ０ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｓ ｔ ｎ ｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｗａ ｎ — ｒ ａ ｍｏ ｎ ｆ ｐ ｒｍｅ ｔ ．Ｔ ｒｕ ｈ ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｓ ，ｔ ｅ ｉｆ ｎ ｅ ｏ Ｓ ０ ａ ａ ｔｒ ｅｔ ｇ ｆ ｒｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｃ ｒ ｃ ｓａ ａ ｅ ｔ ｕ ｉ ａ
２ １ 年 ８月 ０１
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｃ ＩＳ
Ａｕ ． ０１ ｇ２ １ Ｖ０． ９ Ｎｏ ６ １３ ．１
第３ ９卷 第 １ ６期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ． ０ １—３ ８ ． ０ １ １ ． ３ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ８ １２ １．６ ０ ２
１ 三维物体 数 字化测 量方 法
三维物体轮廓测量技术 ，是逆 向工程技术 中十分
重要 的步骤之一。常见 的三维物体几何形状 的测量方 法 主要分为接触式和非接触式两种 。 文 中使用 的测量 设备 是 四 自由度 激光 扫描 系 统 Ｌ Ｈ ０ ，属于非接触式 测量 设 备。该 系统 采用 线 结 Ｓ ８０ 构光扫描测量法 ，是一种基 于三角测量原理 的主动式 结构 光编码测量技术 ，亦称为光切法 。它是在三角 测量 的原理上 ，把光点拉成光刀 ，把点扫描变成线扫 描 ，由面阵 Ｃ Ｄ获取光刀信息 ，测量速度 大大改进 。 Ｃ 在实 际测量 中，由于物体三维形 貌的复杂性或测
＠ １ ３ ｃ ｒ。 ６ ．ｏ ｎ
第１ ６期
张孝林 等 ：逆 向工程 中数据测量 技术及测量误差研究
表 ２ 标 准球 正交实验计算结果
・９ １・
并在激光器两边对称放 置 ２个 Ｃ Ｄ来采 集图像信 号 ， Ｃ 光路如 图 １ 。后续数 据融合 较为简 单 ，具有 坐标 自动
归一化优点 。不但可 以解决数据采集 缺失的问题 ，而
逆 向工程 ，也称 为 反求 工程 ，是相 对 于 “ 由设 计思路一 产 品” 的一般 产 品开 发过 程而 言 的 ，它 是 将实物转变 为 Ｃ Ｄ模型相 关 的数字化 技术 、几何 模 Ａ 型重建技术和产 品制造技术 的综合过程。其核心是三 维测量与表 面重构 。而点云数据获取质 量的好坏将直 接影 响后续建模是否能够顺利进行 、设计结果 能否满 足产 品的技术要 求。因此 ，如何 才能减 少测量 误差 、 提高测量精度是完成测量工作 的关键。 作者在研究 Ｌ Ｈ ０ 备即双 Ｃ Ｄ光切测量 系统 Ｓ ８０设 Ｃ 测量原理 的基础上 ，以减小测量误差 、提高测量精度 为指标 ，从外界 因素影响 、参数设置方面进行误差分 析 ，研究影 响指标 的各种 因素 ；运用正交实验 法设计 标准球 和标 准平 面的扫描实验 ，对测量数据进行极差 分析 和方差分析 ；最后根据分析结果 ，得 出了扫描一
标准球和标 准 平 面 的特点 ，文 中从产 生 数据 测 量误 差 、影 响测量精度的诸多 因素 中选择 主要 因素进行 研 究 ，可从 扫描方式 、测量步距 、被测物位姿 、物体颜 色 、环境光 照 ５个方 面加 以考虑 。 由于标准球是 中 心对称 的 ，位 姿对测量结果没有影响 。
表 中 。 、 、 、
根 据实验所涉及 的水平数及其组成要 素 ，设计混 和水平 的正交 表 Ｌ （ ９ ，用它来 安排文 中实验方 ， ２４ ） 案 。把对应 的因素 和水平 填人 表 中，Ａ、Ｂ、ｃ 、Ｄ
极 差 Ｒ ０ ０ ４２ ．２ ０ ０ ９０ ０ ０ ５ ．７ ０ １６３ ．４ ．２
且 提高 了测量精度 。
图 １ 双 Ｃ Ｄ图像采集示意图 Ｃ
２ 基 于 三维激 光 扫描 数 据 测 量误 差 的正 交 实 验研
究
用激光扫描仪测量 时所产 生的误 差 ，分 为外界 因 素的影响误差 、拍摄时 的误差 以及 系统参数 设置带来
的误差 。根据 Ｌ Ｈ ０ Ｓ ８ ０激光扫描 仪 的特 性 以及 选取 的
表示 各 因素 在 每一 水平 下
的平均测量误差 ，这 时可以从 理论 上算出最优方案为 Ａ Ｂ ｃ Ｄ ，也就是各 因素 平均 测量 误 差 最小 时 的水 ： ： 。 平组合的方案 。 为直观起见 ，使用 因素 的水平做横坐标 ，指标做
纵 坐标 ，绘出因素与指标 的关系 图，如 图 ２所示。
ｌ ｅ ． Ａ ａ ｚ ｇｓｒ ｃ ｈｒｃ ｒｔ ｆｅｔ ｏｋ ｉ ｅ（ｕｈａ ｒ ｃ ｏ ｒ ｉｃ ｎｔ ｎ ｓｒ ｃ ｕｖｔｒ，ｕｔ ， ｔ） ｔ ｆ ｃ ｙ ｄ ｎｌ ｉ ｕｆ ｅｃａａｔ ｓｃｏ ｔ ｒｐｅ ｓｃ ｓ ｕｆ ｅ ｌ ，ｎｌ ａ ｏ ， ｕ ａｅ ｒ ｕｅ ｌ ｅ ｅ ，ｈ ｅ ｅｔ ｚ ｙｎ ａ ｅ ｉ ｉ ｓｗ ｃ ｓ ａ ｃｏ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｓｒ ｃ ｅ ｆ
示。 表 １ 标准球正交 实验 的因素水 平表
步距为 ０ ５ ． 、物 体颜 色 为 白色 、扫 描 方 式 为 旋 转 扫
描 、 自然光环境光 照的条件下 测量误 差最小 ，其值 为 ０ １６４ ．８ 。下 面进 一步地分析寻找 出可能 的最好方案 。 根据实验结果 ，进一步可计算各 因素在不 同水平 下 的指标值及极差 Ｒ的值 ，结果见 表 ３所示 。
双 Ｃ Ｄ技术 ，在光路设 置上 采用 了垂直照射 的方法 ， Ｃ
收稿 日期 ：２ １ ０ １ ０ ０— ７— ５
作者简介 ：张孝林 （ ９ ｌ ） １７ 一 ，男 ，硕士 ，工 程师 ，讲 师 ，研究方 向为互换性与精 密测量技术 。Ｅ—ｍ ｉ：ｚａｇｉ ｌ — ｈｈ ａｌ ｈｎｘ ｏｉ ｘｚ ａ ｎ
般物体 时，各种 因素对测量精度 的影响程度及 因素的 敏感性程度 的结论 ，为实际测量 的参数设置和方法选 择提供 了有 益参考 。通过上面 的研究 ，可以解决逆 向 工程 中数据测量 的精确性 和质量 问题 ，为后续的数据 处理 和模 型重建奠 定基础 。
得到提高。作者使用 的 Ｌ Ｈ ０ 备采用对称 放置 的 Ｓ ８０设
ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｓ ｒａ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｏ ａ ｕ ｎ ａａｗａ ｂ ａｎ ｄ ｆｄｆ ｒ ｎ ｕ ｆｃ ｈ ｒ ｃｅ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｄ ｔ ｓｏ ｔｉ ｅ ．Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｅ ｅ ｏｎ ｌ ｕ ｆ ｉ ｘｅ ｉ ｎ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ｒ ｅ ｇ ｔ ￣ ｔ ｉｔｃｏ ｄ，ｔ ｅｒ ａ ｒ ｓ ｈ ｉ ｏ ｐ ｐ ｈ ｅ — ｓ ｎ ｂ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｐ ａ ｎ ｎ ｈ ｕ ｄ ｂ ｓａ ｌ ｈ ｄ，ｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｕ ｎ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｏ ｌ ｅ ｃ ｏ ｅ ｎ ｅ ｅ ｓ ｒ ｕ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｌｎ ｉｇ ｓ ｏ ｌ ｅ ｅ ｔ ｂ ｉ ｅ ｓ ｈ ｐ ｒｐ ａｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｐ ｒｍｅｅ ｈ ｕ ｄ ｂ ｈ ｓ ｎ ａ ｄ ｎ ｃ ｓ ａｙ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｉ ｐ ｅ ａ ａｉｎ ｓ ｏ ｌ ｅ ｄ ｎ ． ｒ ｐ ｒｔ ｈ ｕ ｄ ｂ ｏ ｅ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｒｅ ｅｓ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ；３ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ；Ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｅ ｔ ｙ ｒｓ ｖ ｒ ｅ ｅ ｇｎ ｅ ｇ Ｄ ｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ｎ ｉ ｉ ｒｈ ｇ ｎ ｌｔｓ ；Ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｌ ｎ ｉｇ ａｕｅ ｎ ａ ｎｎ ｐ
SolidWorks逆向工程的方法与应用研究
SolidWorks逆向工程的方法与应用研究逆向工程是指通过对产品或零部件的实体进行逆向建模和分析，以了解其形状、结构和性能等特征，并可用于设计改进、制造、仿真模拟以及产品维护和更新等方面。
在逆向工程领域，SolidWorks是一种功能强大且广泛应用的三维计算机辅助设计（CAD）软件。
本文将研究SolidWorks逆向工程的方法与应用。
一、逆向工程的方法及流程1. 获取数据：逆向工程的第一步是通过使用扫描仪、激光测量仪或其他测量设备获取产品的实际几何数据。
这些数据可以是点云数据、网格数据或CAD文件等。
2. 数据处理：得到原始数据后，需要对其进行处理，以便在SolidWorks中进行后续操作。
这可能涉及到数据清洗、滤波、修复和曲线拟合等步骤。
3. 数据导入：将处理后的数据导入SolidWorks中进行后续操作。
SolidWorks提供了多种导入格式的选项，如STL、IGES、STEP等。
选择合适的导入格式可以确保准确导入数据。
4. 几何重建：在SolidWorks中，逆向工程的核心任务是重建三维模型。
可以使用多种方法进行几何重建，如NURBS曲线拟合、曲面重建、实体建模等。
5. 模型验证：在完成几何重建后，需要对重建的模型进行验证。
这通常涉及到与原始数据进行比较，进行误差分析，并采取必要的调整和修复措施。
6. 后续操作：完成模型验证后，可以进行后续操作，如设计改进、产品优化以及与其他软件的集成等。
二、SolidWorks逆向工程的应用逆向工程在各个行业都具有广泛的应用。
以下是SolidWorks逆向工程在几个行业中的应用案例：1. 汽车制造业：在汽车设计和制造过程中，逆向工程可以通过对现有车辆或零部件进行扫描和建模，以帮助设计师进行改进或重新设计。
通过SolidWorks的强大功能，可以更快速地进行设计评估和优化。
2. 工业制造业：逆向工程在工业制造过程中也发挥着重要作用。
通过对现有设备和零部件进行逆向建模和分析，可以帮助改进产品设计、提高生产效率以及优化设备维护等方面的工作。
逆向工程测量技术研究
摘要 ： 据 的获取 、 数 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 ＿程 测量技 术 和非接 触 式工程 测 Ｔ － 量技 术工程 测量技 术 中针对 大型 的、 是 结构 复杂 的测量 对 象最具有 高效 性 的一种 ＿程测 量方 式。 Ｔ －
中图 分 类 号 ：Ｕ１ Ｔ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ ｌ （０ ０）８ ０ ５ — １ １０ — ３ １２ １ １ －０ ２ ０
量工程对象型面 的光学特性要求不高。】 ｌ ｓ ②投影光栅 测量技术。 投影 数 据 的获 取 、 量 是 逆 向工 程 中 的第 一 个 步 骤 ， 是 逆 向 工 程 光 栅 测 量 技 术 是一 类主 动 式 全场 三 角 测 量 技 术 ， 常 采 用 普 通 白光 测 也 通 测量 最 关键 的技 术之 一 。 合 接 触 式 工 程 测量 技 术 和 非 接触 式 工 程 将 正 弦 光 栅 或 矩 形 光 栅 投 影 于 被 测 物面 上 ，根 据 Ｃ Ｄ摄 取 变 形 光 综 Ｃ 测 量 技 术 的 实物 数 据 获 取 方 法 ， 目前 众 多逆 向工 程 测 量 技 术 中 针 栅 图像 ， 是 根据 变形 光栅 图像 中条纹像素的灰 度值 变化 ， 可解算 出被 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 测 物 面 的空 间 坐标 ， 类测 量 方 法 具 有很 高 的 测量 速 度 和 较 高 的精 这 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 度 ， 近年 发 展 起 来 的一 类 较 好 的 三 维传 感 技 术 。 据 形 变 、 是 根 高度 关 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 系 的描 述 方 法 的 不 同 ， 栅 测 量 可 分 为 两 类 ： 接 三 角 法 和 相 位 测 光 直 测 量 数 据 拼 接 的依 据 ， 而 获 取 得 到整 体 测 量 数 据 。 这 种 综 合 方 法 量 法 。 接 三角 法 原 理 简 单 、 从 直 速度 快 ， 易 受被 测 工 程 物面 不 连 续 等 不 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 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 差。 法测量精度相对较高。 ③计算机断层扫描（ Ｔ） Ｃ 技术。 计算机断层 扫 １ 逆 向工 程 概 述 描 （ Ｔ） 术 最 具 代表 的是 基 于 Ｘ射 线 的 Ｃ Ｃ 技 Ｔ扫 描 机 ， 它是 以测 量 物 逆 向工程 ， 又称 反 求工 程 、 向工 程 ， 通 过 各种 测 量 手 段 和 三 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 反 指 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 建 断层 图像 ， 种 方 法最 早 是 应 用 于 医 疗 领 域 ， 这 目前 已经 广 泛 用 于 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 ， 工 程 测 量 领 域 ， 即称 为 “ 程 Ｃ ” 工 Ｔ 。对 中空 物 体 的无 损 三 维测 量 ， 这 随 着计 算 机 技 术 的 发展 ，Ａ 技 术 已经 广 泛 地 应 用 于 工 程 测 量 工 种 方法 是 目前 较 先进 的非 接 触 式检 测 方法 ， 可对 被 测 工 程 的 内部 ＣＤ 它 作 ， 由于 多 种 因素 的 限制 ， 实 世 界 中 的很 多物 体 形 状 并 不 能 完 形状 、 但 现 壁厚 、 材料 ， 尤其是 内部 构造 进行测量 ， 方法同样 能够获得 该 全 用 Ｃ Ｄ 设计 的方 法 进 行 描 述 。 因而 ，我 们 提 出 了逆 向工 程 的概 被 测 工 程 内 表面 数 据 ， 不 破 坏 工程 结 构 。 它存 在 造 价 高 ， Ａ 且 但 测量 系 念 。这 种 实 物数 字化 建 模 的 方 法如 今 己经 发展 为 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ 中 的一 统 的空间分辨率低 ， Ａ ／Ａ 获取数据时间长， 设备体积 大等缺点。ｉ 立体 ④ 个 相 对 独 立 的范 畴 ， 为复 杂 工 程 测量 的重 要 手 段 之一 。 ［ 成 １ １ 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 ２ 逆 向工 程 测 量 数据 获 取 技 术 研 究 位 置 的两 个 （ 多 个 ） 像 机 拍摄 的 图像 中 的视 差 ， 或 摄 以及 摄 像 机 之 间 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 位 置 的空 间 几何 关 系来 获 取 该 点 的三 维 坐 标值 。 体 视 觉测 量 方 法 立 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 （ ， 可 以对 处于 两 个 （ 多 个 ） 像 机 共 同视 野 内 的 目标 特 征 点 进 行 测 Ｘ 或 摄 而 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。 量 ， 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 ２１接 触 式 工 程 测 量 技 术 接 触 式 工 程 测 量 技 术 是 在 机 械 手 臂 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 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 来 出现 了将 具 有 空 间编 码 的 结构 光投 射 到 被 测 工 程 表面 ， 造 测 量 制 但在测量精度 用的接触式 测量 系统 是三坐标测量机（ Ｍ Ｃ Ｍ ｏ传统的坐标测量机 特征 的方法有效解决了测量特征 提取和 匹配 的问题 ， 多采 用 机械 探 针 等触 发 式 测 量 头 ， 通 过 编程 规 划扫 描 路 径 进 行 点 与测 量 点 的 数 量上 仍 需改 进 。 可 位 测量 ， 一 次获 取被 测形 面 上 一 点 的（ ，，） 标 值 ， 量 速 度 都 每 ｘＹ ｚ坐 测 ３ 结语 很 慢。 Ｃ ＭＭ 的优 点 是 测 量 精 度 高 ， 被 测 工 程 无 特 殊 要 求 ， 不 具 对 对 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 其 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 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 ， 虽然 关 于 摄 影测 量 技 术 的研 究几 乎 是 自照相 机 发 程 ，ＭＭ 是 一 种 非 常 有效 可 靠 的三 维 数 字化 手 段 。它 的缺 点 是 不能 使 用越 来 越 广 泛 。 Ｃ 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 明 以来 就 开 始 了 ， 是 用于 逆 向测 量 工 程 的 数 字 近 景摄 影 测 量 技 术 但 年 的技 术 ， 它继 承 ��
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＿ ）
逆向工程使用的各种测量方法
逆向工程使用的各种测量方法嘿，咱今儿个就来聊聊逆向工程里那些个五花八门的测量方法。
你说这逆向工程啊，就像是给一个神秘的物体来个大揭秘！咱先说说接触式测量吧。
这就好比是用手去一点点触摸一个东西，感受它的形状和细节。
这种方法呢，测量起来比较准确，就像咱用手仔细摩挲一个宝贝，能把它的每一个小纹路都搞清楚。
但是呢，它也有缺点呀，就像你摸一个东西久了手会累一样，它可能会对被测物体表面造成一些损伤呢。
再来讲讲非接触式测量，这可就神奇啦！就好像我们有一双神奇的眼睛，不用碰到物体就能知道它的样子。
像什么激光扫描啊，那可真是高科技！它能快速地获取大量的数据，就像一阵风似的，“嗖”的一下就把物体的形状给“抓”过来了。
而且还不会伤到物体，多好呀！还有一种叫光学测量的呢，这就好像是给物体拍了一组超级清晰的照片，然后通过这些照片来分析它的形状和尺寸。
是不是很有意思？这种方法速度也快，而且很直观，就像我们看照片一样，一下子就能明白个大概。
还有啊，三坐标测量也不能不提。
它就像是一个非常精确的标尺，能把物体的每一个尺寸都量得死死的。
想象一下，它就像是一个超级严谨的裁判，一点误差都不允许呢！那这些测量方法都各有各的好，也各有各的不足。
就像我们人一样，没有一个人是完美的呀。
在实际应用中，我们得根据具体情况来选择合适的测量方法，这可不能马虎。
比如说，如果被测物体很脆弱，那咱肯定不能用接触式的呀，得选非接触式的，不然把东西弄坏了咋办？要是要求特别特别高的精度，那可能就得用三坐标测量啦。
逆向工程里的这些测量方法，真的是让我们对物体的了解更深入了呢。
它们就像是一把把钥匙，能打开那些神秘物体背后的秘密之门。
咱可得好好利用它们，让它们为我们的科技发展和创新出一份力呀！你说是不是？它们让我们能看到那些原本隐藏起来的美好，能让我们把那些优秀的设计和工艺学过来，再创造出更棒的东西。
所以呀，可别小看了这些测量方法，它们的作用可大着呢！。
逆向工程关键技术研究及应用
逆向工程关键技术研究及应用摘要：逆向工程是一项计算机辅助设计的新技术，它是在现有产品数字化基础上进行设计创新的，其关键技术主要包括：实物数字化、数据预处理、三维模型重建等。
本文总结了国内外的逆向工程技术研究现状，对其关键技术进行了研究，并概括了目前逆向工程在设计中的应用情况，最后对逆向工程存在的问题进行了讨论。
一、绪论计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等各项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
作为计算机辅助设计的一项具体应用，逆向工程是近些年发展起来的消化、吸收先进技术的一系列分析方法及应用价值的组合。
传统的正向设计从实际需求出发得出产品的概念，进一步建立与之相符的CAD模型，通过一系列手段得到产品的实物模型。
相对于传统正向设计，逆向工程的过程采用了通过测量实际物体的尺寸并将其制作成CAD模型的方法，真实的对象可以通过如三坐标测量仪(Coordinate Measure Machine，CMM)，激光扫描仪，结构光源转换仪或者x射线断层成像这些3D扫描技术进行尺寸测量，然后通过后续处理进而得到3D模型。
概括地说，逆向工程是由产品样件到数字化模型的过程，相比于传统的正向设计，1它极大地缩短了产品的开发周期，提高了经济效益。
二、研究现状逆向工程是20世纪80年代初由日本名古屋研究所、美国3M公司和美国UVP公司提出并研制开发的[1]。
浅谈逆向工程中的数据采集
若 用截 面 嗌线上 点 的曲率 来代 替质点 的质量 ，则平衡 支
点位 置将趋 向曲率 大 的部分 。现计算按 曲率分 布的采样 点位 置 ， 曲线 上的点 为 ｐ（ ， ） ， 记 ｆ（ ） 曲率是 ｋ（ ｉ Ｐ ）为 了计算
，
均匀 分布在 数据 点 （Ｏ， ｏ ， ｚ），… ， ， 上 ， Ｘ ｚ） （ （ ｚ
其 中 ， Ｂ样 条 的 控 制 点 ； ｄ是
ｉ， ｖ
．
） 曰样 条基 函数 。 是
口样条 逼近曲线 的 目标 函数 为
ｑ ｇ ｋ ＋ ＋ｌ
样 点位置 由 Ｘ表示 ，则 Ｐ 的邻域是 Ｘ取值 区间 ， ｉ ｉ Ｐ 在左右邻
∑０ ∑ ． ） 一 ） ：
』｛１ ｉ ＝１
机 量 ； 后再根据这些 采样点 ， 立起 曲面的模 型。 然 建
曲面 的特 征 ， 直观 的解决办法是 在曲面变化快 的区域 ， 采样点 应紧密些 ， 而变 化缓慢 的地方 ， 应稀疏些 。 于这个 思路 ，ｊ 基 Ｉ 提
出 了一 种 基 于 曲率 的 抽 样 网格 规 划 法 嘲 。 为 了直观说 明该方法 ， 考察 图 １ 质 点 系 ： 的
泛 的 应 用 ． 逆 向 工 程 又称 反 求 工程 ， 要 包含 ２项 内容 ： 主 一是 实物 模 型 的 数 据 采 集 ； 是 数 字模 型 的 建 立… ． 数 据 采 集是 逆 向 工程 的 二
首要环 节． 反求建模 的理 论依据 ．采集数据 的精度和速 度直接影响 产品的质 量和 开发 效率等 ．准确 、 速、 是 快 完备地 获得 产品 的三维 几何数 据 ． 逆向 工程 的一项 关键技 术．数据 采集技 术随 着逆 向工程 的广 泛应 用不断发展 ， 最初 的接触式 测量 ， 是 从 发展到 光 学、 磁学
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。
逆向工程中三坐标测量机的测量误差分析
数 据 采 集 方 法进 行 误 差 分 析 ， 出 了相 应 的 解 决 方 案 ， 提 为最 终 构 造 出精 度 高 的 Ｃ ＡＤ 模 型 奠 定 了基 础
的 Ｎ Ｃ加 工 路 径送 至 Ｃ ＮＣ加 工 设 备 制 作 所 需 的 模 具 ， 者 送 到 快 速 成 或
不 随 时 间 变化 的参 数 称 为 静 态 参数 。 定 静态 参 数 所 得 的误 差 为 测
型 机 （Ｐ将 样 品制 作 出来 。一 个 完 整 的逆 向工 程 流程 ， Ｒ） 主要 包括 数 据 静 态 误 差 。该 误 差 产 生 的原 因 一 般 有 以下 几 个 方 面 ： 获 取 、 据 处 理 、 面重 构 三 个 主 要 部 分 。由于逆 向 工程 在 实 施 过 程 中 数 曲 （） 于导 轨 、 量 系 统 等 构 件 的有 限 的精 确 度 造 成 的 几何 误 差 。 １由 测
Hale Waihona Puke Ｏ 对 于 逆 向工 程 来 说 ， 物 数 据 采 集 是 第 一 步 ， 是 非 常 关 键 的 一 量 机 最 合适 的环 境 温 度 是 在 ２ ℃左 右范 围 内 。 实 也 为 了减 少 以上 误 差 ， 目前 最 常见 的 方法 是 获 取 尽 可能 多 的 误 差 来 步 。 物 数据 采 集 是 否 准 确 直 接 影 响 到 逆 向 工程 的成 败 ， 此 ， 量精 实 因 测 利 度 是 必须 考 虑 的 。 响测 量 精 度 的 因 素很 多 ， 影 如测 量 的原 理 误 差 、 量 源 信 息 ， 用 计 算 机 软 件 来 补偿 该 误 差 。 测 ３１ ．－ ２动态 误 差 系 统 的 精 度 以及 测 量 过 程 中 的 随 机 因 素 等 ，都 会 对 测 量 结 果 造 成 影 测 定 动 态 参 数 所 得 的 误 差称 为动 态 误 差 ， 时 间 而 变 化 的 参 数 称 随 响， 而产 生 测 量 误 差 。 量 误 差 存 在 的必 然和 普 遍 性 ， 为 大 量 的 实践 测 已 所 证 明 ， 了 在 实 践 中充 分 认 识 并 进 而 减 小 或 消 除误 差 ， 须 对 测 量 为 动 态参 数 。动 态 误 差 主 要 是 由三 坐标 测 量 机 的 结 构 特 性 所 决 定 的 ． 为 必 质 抗 过 程 和科 学 实 验 中始 终 存 在 的 误 差 进 行研 究 。 差 分 析 主 要 研 究误 差 如 组 成 三 坐 标 测 量 机 的 构 件 刚度 的 大 小 ， 量 分 布 的是 否 均 匀 、 震 误
逆向工程技术特点应用与分析
、逆向工程概述作为产品设计制造的一种手段，在2(X纪9 0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。
二、逆向工程组成1・定义逆向工程 (Reverse Engineering)也称反求工程、反向工程等，是指^ 用一定的测量手段对实物或模型进彳亍测量，根据测量数据通过三维几何廷模方法，重构实物的CAD模型，从而实现产品设计与制造的过程。
逆向工程框图品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速 地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据 处理、曲面创建、三维实体棋型重构，然后通 过CAM系统进行数控编彳 工机床或快速成型机来制造产品。
特 点与传统的 “产品概念设计-＞产品CAD 棋 型—产品（物理棋型广的正向工程相反。
逆向 工程是在没有设计纸不完牟 而有样,直至利用CNC 加pi 、 纸或2、逆向工程结构组成为产品三维信息t扫描仪、Tritop 三 坐标测量设备戲…〜 .......... . .......... . ..... 价化和功能复合化的特点。
•在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫播设备。
例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使• （D 逆向工程技术的硬件条件• lllittliBI .......... ................. 向（逆向）技术的软硬件技术与设备“Atosll 流动式试 冬件。
德国GOM 公司趣 光学 三维照相测量系统。
英国LK 公司的精密三 接触式L 体现了检测设备的高速化.廉用接触式扫描仪。
但在对橡胶、油泥.人乐头镖或超薄殄物食藝堂扫描时，则需要釆用非接触式测量方法，但设备成本较高。
•（2）逆向工程技术实施的软件条件菖•目前比较常用的通 Surfacer>CopyCADo 逐渐关 ............Pro/E 的ICEM Surf 和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点（P 量线），也可以 接受点云数据。
逆向工程技术的应用与研究
逆向工程技术的应用与研究宫文峰，黄美发（桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004）来稿日期：2012-03-17基金项目：国家自然科学基金资助项目（50865003）；广西制造系统与先进制造技术重点实验室主任课题（桂科能11-031-12_004）作者简介：宫文峰，（1987－），男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向：机械振动与CAE 技术；黄美发，（1962-），男，广西蒙山人，博士，教授，博士研究生导师，主要研究方向：机电系统精度设计和智能测量方法1引言在机械设计制造领域中，有许多复杂零件需要进行逆向反求设计。
如特殊设计制作的流线型曲面、以试验修正法设计的叶片、采用真实比例制作的泥塑模型等，这些零件大多数没有特定的设计公式、造型准则，通常由许多设计师、工艺师、美化师等联合手工试制的，对这些特殊设计的经典零件进行复制再现原设计就用到逆向工程技术。
在逆向工程中，对模型数据点的采集精度极为重要，业内常用到现代精密测量仪器：三坐标测量机（CMM ）。
随着CMM 的广泛应用，人们逐渐发现传统的以几何学为基础的测量技术与现代数字化测量技术的测量方法有很大差异，存在CMM 测量的结果与按传统方法检测的结果不完全相同，传统标准已不再适应现代制造技术的需求[1]。
新一代GPS 标准体系是以计量数学为基础的新型国际标准，给三坐标测量机的应用提供了标准依据，为CMM 在逆向工程中的应用提供了有利条件。
2逆向工程的概述逆向工程（Reverse Engineering ，RE ），也称为反求工程或反向工程，起源于精密测量技术，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路，成为实现新产品快速开发的重要技术手段[2]。
随着CAD/CAM/CAT 技术的快速发展，为逆向工程的应用提供了有利条件。
传统的产品设计通常是从概念设计到图样绘制，再制造出产品，称之为顺向工程；逆向工程即是对零件或原模型提取数据生成图样，再制造产品，如图1所示[2]。