基于逆向工程与快速成型技术的产品设计
基于逆向工程技术的产品创新设计
基于逆向工程技术的产品创新设计摘要：在新时期，企业发展过程中需要面临较为严峻的市场竞争。
企业想要在竞争中占据优势，就必须要加大力度开展产品创新，使企业焕发生机与活力。
逆向工程技术可以较为有效的开展产品创新设计，降低产品创新设计需要花费的时间，减少资金浪费，增强企业整体实力。
本篇文章对于逆向工程技术进行了简要分析，并探究了在逆向工程技术下开展的产品创新设计，希望能够为产品创新设计工作的开展提供参考。
关键词：逆向工程技术；产品创新；设计随着技术水平的提升，开展产品创新成为了企业发展的重要任务，对于增强企业的整体实力，提升企业的市场竞争力是非常关键的，能够在一定程度上决定企业是否可以获得可持续发展。
因此，必须要将产品创新设计落实到位，逆向工程技术作为产品创新设计的主要手段之一，可以减少进行产品研发需要花费的时间，将研发产品的资金控制在一定范围内，使企业在竞争中更具优势。
对于逆向工程技术进行应用，开展产品创新设计，需要对于实物进行扫描，对于点云数据开展加工处理，并将数据上传到CAD中，制造新的模型，达成创新设计目标，这对于企业而言是非常重要的，能够在一定程度上提升企业经济收益。
一、逆向工程技术逆向工程技术也可以被称之为反求工程，是和传统正向工程相比较来说的。
逆向工程主要是指在尚未绘制设计图或者是所拥有的设计图较为零散不具有实物作为支持的情况下，根据当前所具备的零件模型，以及数字化技术来对于产品结构进行重塑或者是创造出这一产品。
二、逆向工程技术产品创新设计环节逆向工程技术对于产品创新设计而言是非常关键的，需要从以下几点出发开展工作：第一，要开展数据搜集工作。
数据搜集工作是逆向工程的基础性内容，对于这一工程的开展是非常关键的。
所搜集的数据是否较为精准能够在一定程度上决定模型的精确程度以及最终的质量，测量工作的效率从某种角度来说，会对于反求过程的快慢产生影响。
当前所用的测量方式存在着较大的差异，较为普遍的是接触式测量以及非接触式测量[1]。
产品造型设计材料与工艺09逆向工程与快速成型
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第九章 逆向工程与快速成型技术
根据测量部件与被测量物体的位置关系，可以分为接触式 和非接触式两大类。接触式三坐标测量机如图9-4所示，非接触 式激光扫描抄数机如图9-5所示，接触式关节臂三坐标测量机如 图9-6所示。
图9-4 接触式三坐标测量机
图9-5 非接触式激光扫描抄数机
图9-6 接触式关节臂三坐标测量机
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第九章 逆向工程与快速成型技术
设计任务→设计造型→加工制造→产品实体 图9-1传统的设计过程 逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字 模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM等先进技术对其进行 处理。它的工程系统流程如图9-2所示，与图9-1的不同之处在 于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。 逆向工程根据实物测量数据重构其 CAD模型，运用现代设计理 论、方法和技术对模型进行再设计，并与现代快速制造技术有 机结合最终制造出产品。它是交叉学科融合的成果，涉及计算 机视觉学、计算机图形学、现代测量方法等学科。图9-3为逆向 工程过程示意图。
第九章逆向工程与快速成型技术产品造型材料与工艺第九章逆向工程与快速成型技术图92逆向工程系统流程图图93逆向工程过程示意图第九章逆向工程与快速成型技术样品3d扫描逆向工程处理软件cadcam快速成型模拟分析软件模具nc加工产品实体误差对比分析产品造型材料与工艺第九章逆向工程与快速成型技术二逆向工程方法作为一种新的工业设计概念逆向工程设计综合了三维测量计算机辅助设计快速成形等高新技术对样品模型进行高速精确的激光扫描得到其三维轮廓数据结合专门的逆向工程软件进行三维设计重构生成实体通过快速成形及硅胶复模小批量生产快速投放验证市场为抢占商机赢得市场节省了大量宝贵的时间并且有效地避免了风险缩短了工业设计的周期
基于逆向工程和快速成型技术的零件制造
基于逆向工程和快速成型技术的零件制造摘要：随着当前制造业的快速发展和用户对产品的要求不断地提高，产品更新换代越来越快，这对产品开发提出了更高的要求。
利用先进设计与制造理念和手段，对现有产品进行再设计以满足用户要求的产品开发方法是缩短产品开发周期和降低产品研制开发成本的一种可行方法。
关键词：逆向工程；快速成型技术；零件制造1基于逆向工程的产品数字化建模流程1.1改良设计任务一家专门生产高级液体鞋油的公司所用的塑料油瓶外包给另一家塑胶模具公司。
由于模具公司设计部电脑受到黑客攻击导致所保存的原鞋油瓶的所有设计图档等数据全部丢失。
前期有用户在使用该款鞋油时反馈瓶盖过于光滑，不易扭开。
经过前期的市场调研，公司决定在现有瓶身的基础上，重新优化设计鞋油瓶盖，推出一款新的鞋油产品。
1.2原模型设计数据的获取（1）扫描仪标定。
在正式扫描之前必须先对扫描仪进行标定以保证扫描的精度，调整扫描距离，将标定板放置在视场中央，通过调整硬件系统的高度以及俯仰角，使两个十字叉尽可能重合。
将标定板水平放置，调整扫描距离后点击“标定”。
根据界面左上角的标定指示直到完成标定工作。
（2）标志点粘贴。
由于物品是空间曲面轮廓，不可能一次性扫描完毕，因此需要在待扫描物体上贴上标志点，借助标志点将当前扫描得到的点云数据与前一次扫描得到的点云数据进行拼接，最终完成整个物品的数据拼接。
标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些。
标志点不要贴在一条直线上，且一定避免对称粘贴。
公共标志点至少为4个，由于图像质量、拍摄角度等多方面原因，有些标志点不能正确识别，因而用尽可能多的标志点，一般5—7个为宜。
粘贴的标志点要保证扫描策略的顺利实施，并使标志点在长度、宽度、高度方向均应合理分布。
（3）扫描过程。
点击“新建工程”按钮，选择“拼接扫描”后确定，软件上出现了待扫描物品，尽可能地将“十”字光标对准零件的几何中心位置，然后点击“单帧扫描”完成物品数据的第一次获取，然后转动物品再次扫描，直到全部数据扫描完毕。
逆向工程和快速成型的手机外型快速设计
06 手机外型设计未来发展趋 势预测
个性化定制服务需求增长
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用户参与设计
消费者越来越希望参与到手机外型设计的过程中， 表达自己的独特审美和个性化需求。
3D打印技术应用
3D打印技术的成熟使得个性化手机外壳的定制 成为可能，满足用户对于独特外观的追求。
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定制化软件支持
手机外型设计软件的发展，为用户提供更加便捷 的设计工具，降低个性化定制门槛。
与艺术家、设计师跨界合作，将手机外型设 计提升为艺术品，展现科技与艺术的完美结 合。
时尚元素的引入
借鉴时尚界的流行元素和设计理念，打造具有时尚 感的手机外型，引领潮流趋势。
多元文化交融
汲取不同国家和民族的文化精髓，设计出具 有多元文化背景特色的手机外型，满足全球 市场需求。
THANKS FOR WATCHING
02 手机外型设计现状及挑战
当前手机外型设计趋势
全面屏设计
追求更高的屏占比，减少边框 和额头，增加视觉冲击力。
多摄像头配置
采用多个摄像水功能
加入无线充电和防水功能，提 高用户便利性和手机耐用性。
轻薄化和多彩配色
追求更轻薄的手机身材和多样 化的颜色搭配，满足用户个性
材质、颜色还原与快速成型技术结合
材质还原
通过分析手机外型的材质特性，选择合适的3D打印材料，如PLA、 ABS等，以还原真实的质感。
颜色还原
采用多色3D打印技术，将手机的颜色信息进行精确还原，实现彩色 打印。
快速成型
利用3D打印技术，将重建后的三维模型进行快速成型，得到手机外型 的实体模型。
创新设计思路及实践案例分享
感谢您的观看
消费者需求多样化
消费者对手机外型的需求 多样化，包括颜色、材质、 形状等。
基于逆向工程的快速成型技术应用
基于逆向工程的快速成型技术应用探讨作者：机电学院工业设计雾蒙蒙【摘要】本文主要介绍了逆向工程的快速成型技术应用流程，并重点对导流罩作为实物原形，分析了快速成型技术及快速制模在逆向工程中的应用，以及零件快速成型和模具加工制造等关键技术的研究与探讨。
【关键词】逆向工程导流罩模具加工制造质量评析逆向工程是对产品设计过程的一种描述。
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。
这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。
逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。
简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。
从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。
比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。
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。
软件逆向技术的目的是用来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。
也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。
逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。
本文以导流罩作为实物原形，分析了快速成型技术及快速制模在逆向工程中的应用。
该项技术大大缩短了新产品的开发和上市周期，实现了产品质量和实际效益的双提高。
逆向工程又称为反求工程，通常用于仿制没有设计图样文件的产品，是对存在的实物模型进行测量，并根据测得的数据重构出数据模型，从而进行分析、修改、检验、加工，然后制造出产品的过程。
传统设计和制造是从图样到零件，而逆向工程的设计是从零件或实物原形到图样。
基于逆向工程的复杂工艺品设计及快速成型
No2Apr第2期（总第225期）2021年4月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION文章编号= 1672-6413（2021）02-0052-03基于逆向工程的复杂工艺品设计及快速成型櫜夏会芳，汤剑，张琳琅，苏秀芝（武汉华夏理工学院智能制造学院，湖北武汉430223）摘要：为解决复杂工艺品的逆向建模及成型问题，以兵马俑人俑工艺品为例，应用三维激光扫描设备、Geomagic Wrap 软件、Geomagic Design X 软件、Geomagic Control X 软件和3D 打印技术进行逆向设计和快速成型，实现模型的快速复制，提高了复杂型面产品的开发能力，降低了产品的研发成本。
关键词：逆向工程；工艺品；快速成型中图分类号： TP3917 文献标识码： A0 引言1. 1 扫描前处理逆向工程（Reverse Engineering ）也称反求工程或 逆向设计，是将已有产品模型（实物模型）转化为工程 设计模型和概念模型，并在此基础上解剖、深化和再创 造的一系列分析方法和应用技术的组合［1］。
逆向工程的过程大致如下：首先由数据采集设备 获取样件表面数据，其次导入专门的数据处理软件或 带有数据处理的三维CAD 软件进行前处理，然后进 行曲面和三维实体重构，在计算机上复现实物样件，并 在此基础上进行修改和创新设计，最后对再设计的对 象进行实物制造。
其中从数据采集到CAD 模型的建 立是反求工程中的关键技术。
本文以兵马俑人俑工艺品为研究对象，利用逆向 工程技术对人俑模型进行逆向建模。
1人俑三维数据采集本次扫描选用日本柯尼卡美能达三维扫描仪 RANGE7对人俑模型进行数据采集。
柯尼卡美能达 三维扫描仪属于非接触式光学扫描仪，物体表面明暗 程度会影响扫描数据的质量，另外要获得物体表面完 整的数据，需多方位扫描［］。
所以扫描前处理主要是 表面处理、贴标记点。
《逆向工程及快速成型技术》课程标准
《逆向工程与快速成型技术》课程标准一、基本信息1．课程地位：逆向工程与快速成型技术是“模具设计与制造专业”的一门专业选修课程，通过本课程学习，学生应掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
2．课程任务：本课程教学任务是使学生认识逆向工程与正向设计的关系，掌握逆向工程的设计思路；掌握几种快速原型制造工艺，具备面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术的能力。
3．课程衔接：《数控加工工艺与编程》、《UG设计基础》、《CAD制图》、《三维扫描与逆向建模》等课程。
三、课程目标本课程目的是使学生掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机械产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
四、课程理念1．课程设计原则：围绕专业知识、能力与素质矩阵，根据本课程教学内容，结合后续课程及工程技术岗位的需要，优化课程教学内容，分解课程知识与能力模块，以实施理论与实践双融合教学为理念，借助课堂精讲（或精品课程平台、工厂实际操作视频），完成课程理论知识的教学，以实验设计和生产问题解决形式（课内训练、课外作业）实现动手能力训练。
通过“教、学、做、评一体化”完成该课程教学。
2．课程内容结构：（1）课程项目学习安排：课内以项目讨论学习为主，过课堂教学和应用实践等多个环节，使学生掌握快速成型与快速制模的理论原理、技术方法和工程应用，为今后从事相关领域的科学技术研究，解决工程实际问题奠定坚实的基础。
通过实验，了解逆向工程中原始数据的采集方法和应注意的问题；掌握三维结构光扫描装置的基本操作和相关知识元；掌握Geomagic软件的基本操作。
了解快速成型的原理及其与传统加工工艺的区别；了解不同快速成型方式的优点、缺陷和应用范围。
逆向工程、快速成型技术介绍
产品快速数字化设计技术——逆向工程技术（RE）
逆向工程技术应用领域
汽 车 、 摩 托 车 制 造
逆向工程技术应用领域
汽 车 、 摩 托 车 制 造
逆向工程技术应用领域
新 型 汽 车 设 计 概 念 型 产 品 ) (
逆向工程技术应用领域
产 品 的 开 发 与 模 具 生 产 、 工 业 设 计
•装配、加 工、成形工艺 •标准化
•外观质量 •工艺性 •精度与配合
•规程化
反求CAD软件
产品快速数字化设计技术——逆向工程技术（RE） 复合式三坐标测量机 适用于常用工件的逆向数 据采集以及对“分模线” 等细小特征的接触式扫描
复合式三坐标：激光扫描
产品快速数字化设计技术——逆向工程技术（RE） 复合式三坐标测量机 接触式扫描方式：可以 弥补激光扫描方式无法 扫描的“分模线”和“死 角” 的缺陷
点云、曲面数据 误差比较分析
分析结果
点云处理优化 （偏置、过滤、对齐 逆向曲面造型 公差、排序等） 快速原型 逆向CAD模型 数控编程 数字化仿型及模具
逆向工程技术
正向设计和逆向设计比较：
正向设计
产品功能描述
逆向设计
产品/实物/模型
产品概念设计
数据采集 反求CAD建模
CAD模型
抽象→CAD (艰难)
实物→CAD (容易)
产品快速数字化设计技术——逆向工程技术（RE） 技术优势 快速设计： 快速复制：从产品实物快速获取产品CAD模型 改良创新：在原有产品CAD模型上进行改良，实现快速二次开发 作为正向设计的有益补充，贯穿于整个产品的开发过程 提高创新能力的有效途径： 获取优秀产品信息
→
观察、剖析 →
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１ ． 引 言
随着 经济 与 科 技 的发 展 ，用户 对 产 品 的 要求 越 来越 高 ， 除 了要 求能 满足 出 了新颖 性 和个 性 化 的要 求 ， 因此许 多 产 品就 需要 有 着较 为 美观 的异性 曲面 ，包 括 机械 、电子 、 日
在 产 品 数据 提 取步 骤 中 ，尤为 关键 的 是 系统 标 定计 算 和立 体 拍摄 这 两个 步 骤 。 在 系 统标 定计 算 过程 中 ，主 要 是 建立 起 拍 摄 坐标 并 设置 零 点 ，通 过调 整 相机 的不 同 角 度进 行 ６ 次空 拍摄 获取 零 点 的６ 个 标 定 数
出发 ，经过 精 密测 量 ，三 维 重 构 ，再现 其 小 龙人 点 云数 据进 行 处 理 。是美 国杰魔 软 人模 型 的缺 口进 行 补 修 ，并得 到 更光 滑 的 件 公司 推 出 的逆 向软 件 ，该 软件 是 目前对 面 。结 合 以下 方法 ：① 利 用填 充 孔功 能 可 形状 结 构特 征 并获 得 所有 制 造 加工 数据 ， 在缺 失 数据 的区域 里 来创 建一 个 基于 曲率 然 后 或 经 过柔 性制 造 系 统输 出产 品 ，或 经 点 云处 理及 三 维 曲面 构 建最 强 大 的软件 ， ｃ ｕ ｒ ｖ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｆ ｉ Ｕ ｉ ｎ ｇ ） 或 一 过快 速 原 型制 造做 出样 品原 型 ，加 以修 改 从 点云 处 理 到三 维 曲面 重建 的时 间通 常是 的填充 （ ｆ ｌ ａ ｔ ｆ ｉ ｌ １ ） ，把 小 龙人 多 边 后 再进 入 柔性 制造 系 统 。逆 向工程 信 息流 其 他软 件 的三 分 之一 。数据 处 理遵 循 点阶 个 平 面填 充 （ 如 图１ 所示 。 段一 多 边形 阶 段一 成 型阶 段三 个 密 不可 分 的 形 多边 形 模型 的 孔进 行填 充 ；② 通过 打 磨 工 具对 小 龙人 模 型表 面 凹 凸不平 的地 方 进 下面 以小龙 人玩 具 为设 计 对 象 ，介绍 阶 段作 业 流程 ，可 以轻 易地 从 点 云创 建 出
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谩 廛 一 －
基于 逆向工程 与快速 成型技 术的产 品设计
华南理 工大学广州学院
技术 与快速 成型技术在产 品设计 中的应用 。
【 关键词 】逆 向工程 ；快速 成型；三维曲面重构 ；Ｇ ｅ ｏ ｍ ａ ｇ ｉ ｃ
胡慧芸
陈世健
【 摘要 】如今逆 向工程技术 与快速 成型技术得 到了快速 发展 ，为产 品设计提供 了更广阔的平 台，提 高了产 品设计的效率。本文 以小龙人模 型为例，阐述逆 向工程
形状 ） ） 如 果模 型有 很 多锐 边 或者 小细 节 需 要 保 留 ，可 选择 Ｐ ｒ ｉ ｓ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ （ 棱 柱 ） ，并切 拖动Ｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ Ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ （ 光滑 程 据 。立体 拍 摄过 程 中主 要 是对 小 龙人 模 型 形 ） ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ （ 插值 ） 的各 个不 同角度 进 行拍 摄 以获 取 每个 面 的 度 ）动条 到 中 间位 置 ，Ｉ 便 可 ，然 后 点确 定 就 可 以进 行 减 少 数 据 ，而 在 变换 模 型位 置 ，注 意 保证 与 前 设 为 ３ 面拍摄位置至少有４ 个 公共 标 识 点 ， 以便 噪音 的过 程 ，系 统会 自动利 用 噪音 点进 行 平 均 化 以得 到更 光滑 的表面 ；⑤ 通 过 统一 于数据 的拼 接 。 采 样 设 置 点 间 距 为０ ． ６ 来 减 少 点 云数 据 ； ３ ． 数据 的处理 由激 光 三 维 扫 描 仪 获 取 的 小 龙 人 模 ⑥ 封 装数 据 ：通 过 设置 目标三 角形 数 目把
Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ （ 点） 菜 单 中选 择 Ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ Ｎ ｏ ｉ ｓ （ 减 少 噪音） 或 者 直 接 点 击 图标 进 入 减 少 噪 音选 项 页 。选 择Ｆ ｒ ｅ ｅ — ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ （ 自由 曲面
用 等 产 品 。为 了缩 短新 产 品开 发 周期 ，降 低 产 品 的研 制开 发 成本 ，常常 采 用逆 向工 程 技 术与 快 速成 型 技术 来 完成 产 品 的快 速 数 字 建模 。逆 向工 程技 术 是对 已有 先进 产 品进 行分 析 、 改进 或发 展 创造 新 产 品 的一 种 产 品开 发 方 法 ，也 是将 三 维物 理 实体 几 何 信 息数 字 化 一系 列 技术 手 段 的总 称 。快 型为 点 云数 据 ，该 点 云数 据 较为 庞 大 ，而 小龙 人点 云模 型转化 为 多边形模 型 。 ３ ． ２ 多边形 阶段 速 成 型 技 术 是 将 三 维Ｃ Ａ Ｄ 模 型迅 速 转 化 为 处理 该 数据 就 是从 中识 别和 抽取 原 有 的几 对 于 多边 形 阶段 ，主 要是 对 整个 小龙 实物 模 型 。这 项技 术 是从 已有 的先 进产 品 何特 征 信 息 。在 此 ，使 用Ｇ ｅ ｏ ｍ ａ ｇ ｉ ｃ 软件 对
其 逆 向工 程技 术 与快 速 成型 技 术 的设 计方 完 美 的 多边 形模 型和 样 条 四边 形 网格 ，并 法。 可 自动 转 换 成Ｎ Ｕ Ｒ Ｂ Ｓ 曲面 ，建 模 效 率 非常 高 。新 增 的Ｆ ａ ｓ ｈ ｉ ｏ ｎ 模 块可 以通 过 定 义 曲 ２ ． 数 据的 提取 产 品 的 逆 向 设 计 过 程 中对 产 品 的 三 面 特 征类 型 来捕 获物 理 原 型 的原 始设 计 意 Ａ Ｄ 曲面 。 维 数 据 采 集 尤 为 重 要 ，采 集 的 数 据 对 后 图，并 拟合 成准 Ｃ ３ ． １点 阶段 期 的 数 据 处 理 有 着 至 关 重 要 的 影 响 ， 常 小 龙 人 点 云 数 据 中含 有 比 较 多 的 离 用 的 数 据 提 取 的 方 法 有 三 角 形 法 、 结 构