逆向工程技术课件
合集下载
逆向工程教案PPT
光学扫描测头
模拟扫描测头
激光扫描测头
——机械接触式测头
三坐标测量机（CMM）－
接触测量 精度高，几个um
接触式特点
可直接测量特征尺寸
测量速度慢
硬质表面
内部尺寸受限制
光电式测头——结构形式
三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、 接触式光栅测头
三角法测头——基本原理
已有的相关科学技术成果进行创新构思， 设计出具有科学性、创造性、新颖性及实 用性的产品的一种实践活动，是创造具有 市场竞争优势商品的过程。 其基本特征是新颖性和先进性。
2、创新设计的分类
常规设计：一般只需对某些参数作些变动
原理开拓型：运用新技术原理解决新问题、应用新 技术原理解决老问题、对“旧”技术原理进行新的开 发应用 组合创新类：将已有的零部件，通过有机组合而成 为一种产品，这种产品又能达到一种新的整体功效
将被测物体置于 三坐标机的测量 空间，可获得被 测物体上各测量 点的坐标位置， 根据这些点的空 间坐标值，经计 算可求出被测得 几何尺寸、形状 和位置。
—— 组成：
三坐标测量机（CMM）
测头：按照结构原理，可分为机械式、光学式和电气式等
按测量方法，可分为接触式和非接触式 接触式触头可分为硬测头和软测头
电气式测头
类型：动态测头和静态测头 动态测头（触发式）的结构形式和特点
动态测头结构简单、成 本低，可用于高速测量， 但精度稍低，而且动态 测头不能以接触状态停 留在工件表面，因而只 能对工件表面作离散的 逐点测量，不能作连续 的扫描测量。
静态测头的结构形式和特点
静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外， 还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三 维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在 X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而 驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的 位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐 标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面 移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量， 因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可 以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢， 价格昂贵，适合于高精度测量机使用。
培训资料逆向工程PPT课件
2.要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切 忌贪多，一个CAD/CAM软件中的各种功能复杂多样，初学者往往 陷入其中不能自拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一 部分，完全没有必要求全。对于一些难得一用的功能，即使学了也 容易忘记，徒然浪费时间；另一方面，对于必要的、常用的功能应
. 重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通
7
曲面造型的学习方法
3.重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软 件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时 间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下 手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术 其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的 思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能成为造型高手。 4.应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”， 在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则 贻害无穷。
• 优势： • 采点速率高，能获取大量
的点云。 • 有一定景深，配合片区式
扫描，使得编程简单。 • 塑料件、橡胶件、薄壁件
等工件不受影响。
• 缺点： • 精度比触发式测量要低。
10
PC-DMIS中扫描
• 开放路径扫描 （OPEN LINE SCAN）
• 闭合路径扫描 （CLOSE LINE SCAN）
1D
2
1D
2
1D
2
13
逆向工程---扫描终止通过次数
逆向工程:
简单的讲就是对现有实物的一种反求. 就这种思维的方法而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的逆向逻 辑形式，国际称之为逆向工程。 它主要包括三方面:形状反求,工艺反求,材料反求 实施逆向工程的目的是为了更好地实现产品设计的并行工程。增加产品 设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增 强企业竞争力
. 重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通
7
曲面造型的学习方法
3.重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软 件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时 间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下 手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术 其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的 思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能成为造型高手。 4.应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”， 在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则 贻害无穷。
• 优势： • 采点速率高，能获取大量
的点云。 • 有一定景深，配合片区式
扫描，使得编程简单。 • 塑料件、橡胶件、薄壁件
等工件不受影响。
• 缺点： • 精度比触发式测量要低。
10
PC-DMIS中扫描
• 开放路径扫描 （OPEN LINE SCAN）
• 闭合路径扫描 （CLOSE LINE SCAN）
1D
2
1D
2
1D
2
13
逆向工程---扫描终止通过次数
逆向工程:
简单的讲就是对现有实物的一种反求. 就这种思维的方法而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的逆向逻 辑形式，国际称之为逆向工程。 它主要包括三方面:形状反求,工艺反求,材料反求 实施逆向工程的目的是为了更好地实现产品设计的并行工程。增加产品 设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增 强企业竞争力
逆向工程及快速成型技术概述(ppt 49张)
2.2 快速成型技术加工方法和设备
• •
目前快速成型技术的快速成型工艺方法 有十多种。比较成熟的而且常用的四种成 型方法有：光固化成型、分层实体制造、 选择域激光粉末烧结成型、熔融沉积成型。
• 1. 光固化法技术是基于液态光敏树脂的光 聚合原理工作的，这种液态材料在一定波 长和强度的紫外光照射下，能迅速发生聚 合反应，分子量急剧增大，材料也就从液 态转变为固态。 • 优点： • (1)原材料的利用率将近100%。 • (2)尺寸精度高 • (3)表面质量优良 • (4)可以制作结构十分复杂的模型
熔融沉积快速成型
2.3快速成型技术的应用
• 快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发 中的设计评价、功能试验上。设计人员根据快速 成型得到的试件原型对产品的设计方案进行试验 分析、性能评价，借此缩短产品的开发周期、降 低设计费用。经过十几年的发展，快速原型技术 早已突破了其最初意义上的“原型”概念，向着 快速零件、快速工具等方向发展。 • 目前快速成型技术已经得到了工业界的普遍关 注，尤其在家用电器、汽车、玩具、轻工业产品、 建筑模型、医疗器械及人造器官模型、航天器以 及从事CAD的部门都得到了良好的应用。
•
鞋楦的扫描与反求
汽车造型的扫描与反求
• 复杂曲面的反求
骨骼扫描及反求
牙颌的点云及反求
狗 头 部 的 点 云 及 反பைடு நூலகம்求
人 面 部 的 点 云 和 反 求
• 艺术品的点云和反求
• 二、逆向工程的发展趋势
• 逆向工程技术是目前CAD/CAM领域一个十分活 跃的研究方向，以下技术的发展值得期待： • （1）发展面向逆向工程的专用测量系统 • （2）研究适应不同的测量方法和后续用途的离散 数据后处理技术。 • （3）拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑 的拼接 • （4）有效的特征识别和考虑约束的模型重建方法 • （5）发展基于集成的逆向工程技术
逆向工程ppt
奔驰SMART逆向工程案例分析
3.模型形成： 通过扫描数据导入设计软件中进行处理，获 得汽车外形构造的三维模型。
4.模型优化： 通过对扫描数据进行修改形成多个新的模型 ，对修改获得的不同模型进行模拟测试，通 过测试得到各模型的风阻数据，通过比较数 据的大小来选出最优的模型。
奔驰SMART逆向工程案例分析
逆向工程的分类
实物逆向
它是在已有产品实物的条件下， 通过测绘和分折，从而再创造； 其中包括功能逆向、性能逆向、 方案、结构、材质等多方面的逆 向。实物逆向的对象可以是整机、 零部件或组件。
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。软件逆向有三类：既有实物， 又有全套技术软件；只有实物而无技 术软件；没有实物，仅有全套或部分 技术软件。
逆向工程
影像逆向
设计者既无产品实物，也无技术软件，仅 有产品的图片、广告介绍或参观后的印象 等，设计者要通过这些影像资料去构思、 设计产品，该种逆向称为影像逆向。
逆向工程的步骤
逆向工程设计实施步骤如下
2、零件原形的数字化
3、提取零件 的几何特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、设计 前的准备 工作 5、重建CAD模型 的检验与修正
2 1 3
在设备维修中对 个别损坏或磨损 零件的复制
应用 5
设计需要实验才 能定型的工件模 型
在美学设计特别重要的领域 ，通常采用真实比例的木制 或泥塑模型来评估设计的美 学效果，再通过逆向工程进 4 行设计 数字化模型的检测
6
逆向工程的前景
逆向工程做为一种非常高效的产品设计思路和 方法，可以迅速、精确、方便地获得得实物的 三维数据及模型。为产品提供先进的开发、设 计及制造的技术支撑。它改变了传统产品设计 开发模式, 大大缩短了产品开发的时间周期,提 高产品研发的成功率。目前，逆向工程在各个 领域发挥着重要作用，比如汽车外观设计、医 学上的人工器官等。但逆向工程的主要应用部 分还是在模具专业上，它大大促进了我国制造 业的发展。作为一个国家来说，吃透别人的技 术仅仅是第一步，在此基础上结合国情进行再 创造，变成有自主权和竞争力的新产品，才是 反求工程的完整意义和目的。
《逆向工程设计方法》课件
艺术品复制的逆向工程设计案例
总结词
艺术价值高、细节要求高
详细描述
在艺术品复制领域，逆向工程设计方法的应用可以帮助艺术家快速准确地复制出原作的 三维模型。通过高精度的测量和数据处理，可以获得原作中微妙的形状和纹理细节，从 而在复制过程中保持艺术品的原汁原味。这不仅有助于艺术品的保护和传承，还可以为
艺术家提供创作灵感和参考。
逆向工程软件工具的选择与使用
01
根据项目需求选择合适的逆向 工程软件工具，需要考虑软件 的功能、精度、易用性、成本 等因素。
02
在使用逆向工程软件工具时， 需要掌握一定的技术知识和操 作技巧，包括点云数据处理、 曲面建模、误差检测等。
03
在进行逆向工程设计时，需要 遵循一定的设计规范和标准， 保证设计结果的准确性和可靠 性。
模型重建精度不高 由于数据采集的限制，逆向工程 设计的模型重建精度往往受到限 制，难以达到高精度要求。
计算量大 逆向工程涉及大量的计算和优化 ，对计算资源和计算效率要求较 高，需要高性能计算机和专业的 软件支持。
逆向工程设计方法的展望
提高数据采集和处理技术
随着传感器技术和数据处理技术的发 展，未来逆向工程设计的数据采集和 处理将更加准确和高效。
总结词
详细描述
几何模型可以是用CAD软件创建的三维模 型，也可以是二维图纸或实物模型。
基于几何模型的方法需要较高的测量和建 模技术，同时也需要了解产品的制造工艺 和材料特性。
基于图像模型的逆向工程设计方法
总结词
基于图像模型的方法是通过分析图像数据来推导和优化设计的方法。
详细描述
这种方法通常用于图像处理、计算机视觉和医学影像等领域。通过分 析图像数据，设计师可以提取特征、识别模式并优化设计方案。
逆向工程技术特点应用与分析课件
21 通过软件系统。
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)。
标测量设备(非接触式)。体现了检测设备的高速化、廉价
化和功能复合化的特点。
l 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描设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使用接触式扫描仪。但在对橡胶、油泥、人体头像或超 薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，但 设备成本较高。
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 图1测量点云及其 划如何创建曲面。
22 定位
l ( 3 ) 定 位 ( registration)
23
l 3.2 曲线创建过程 l 自由曲面点云数据经分段或切片之后，应根据
需要判断和决定生成哪种类型的曲线。在反求 工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光 顺性好的曲线、曲面， 而准确度和光顺性永远 是矛盾的。 l (1)判断和决定生成哪种类型的曲线。
l 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺
l 至此，定位的二个条件：一个底平面和一条直线已经生成，与点云 一起构成群组，如图2所示。
l (5)在构图坐标系中，生成一个平面和一条直线，对群组用 Stepwise Registration完成定位，如图2 (c)所示。
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)。
标测量设备(非接触式)。体现了检测设备的高速化、廉价
化和功能复合化的特点。
l 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描设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使用接触式扫描仪。但在对橡胶、油泥、人体头像或超 薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，但 设备成本较高。
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 图1测量点云及其 划如何创建曲面。
22 定位
l ( 3 ) 定 位 ( registration)
23
l 3.2 曲线创建过程 l 自由曲面点云数据经分段或切片之后，应根据
需要判断和决定生成哪种类型的曲线。在反求 工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光 顺性好的曲线、曲面， 而准确度和光顺性永远 是矛盾的。 l (1)判断和决定生成哪种类型的曲线。
l 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺
l 至此，定位的二个条件：一个底平面和一条直线已经生成，与点云 一起构成群组，如图2所示。
l (5)在构图坐标系中，生成一个平面和一条直线，对群组用 Stepwise Registration完成定位，如图2 (c)所示。
逆向工程概述 ppt课件
考元素
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
16
四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
21
应用实例
点云编辑（对齐）
所要对齐的平面， 一般为XY、XZ、
YZ等平面
拟合平面
22
应用实例
点云编辑（对齐）
用最佳拟合 功能，把拟 合平面对齐 到所需要的
平面上
23
应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
24
构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
25
构造曲面
应用实例
15
点云数据的处理及曲面构造
2. 点云数据处理的一般流程
➢ 打开扫描点数据或其他曲线 ➢ 用适当的方式显示出来（display） ➢ 点云数据优化处理（删除、过滤） ➢ 点云数据编辑（合并、对齐、网格化） ➢ 将点云分割成易处理的截面 ➢ 从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线 ➢ 用曲线和点云构造出曲面 ➢ 评估曲面品质，修改
16
四、应用实例
17
数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
18
应用实例
数据显示（display）
如果后面多边形 方式选择项是灰 色的，代表点云 没有多边形计算
19
应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
20
应用实例
点云编辑（对齐）
截取所需要的一个平 面，并由点云拟合出 平面，作为对齐的参
4
逆向工程技术介绍
2. 逆向工程技术应用领域
➢ 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原 型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制 出相同的零件。
➢ 当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比 如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进 行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零 件的依据。
逆向工程技术及其应用PPT课件
逆向工程实例
这是一个具体的应用实 例，主要步骤如下：
1、根据客户要求制定 相应的数据采集方案。 本案例采用激光扫描仪 一次扫描完成数据采集。
2、对点数据进行去除 杂点、过滤精简等处理。
逆向工程实例
3、根据样件的特点提取 特征线，本案例按照一条 曲线取截面线。
4、对拟合曲线进行误差 分析，确定在允许范围内， 可进行下面的工作，否则 要重新以更多的控制点进 行拟合，直到把误差控制 在允许范围之内。控制点 不宜过多，这样会影响曲 线质量。
光速测距法 结构化光照法 图像分析法
机械手
优点：具有携带方便，测量精度高等特点。
三坐标测量机(CMM)
优点：测量精度较高，价格低廉。 缺点：测量速度慢，对于柔性材料会出现变形而产生测量
误差，在进行半径补偿时也会出现误差。
采用三角几何法的扫描仪
优点：能快速采集物体的表面点数据信息。 缺点：采集精度受目标物体表面质量和扫描仪与目标物
体之间的距离和环境因素等影响。
三维激光扫描仪工作流程
1、 对要扫描的零件做好表面处理,如喷漆或喷砂 处理。
2、规化扫描方法，如果是大的板金件采取平面扫 描方式，如果是回转体可选择旋转扫描方式。尽 量以最少的次数采集最多的数据。
3、将零件固定在工作台上，保证稳定。 4、确定扫描范围，调整激光强度及步进大小。 5、开始扫描数据。 6、保存数据文件，扫描完毕。
Unigraphics NX
Unigraphics(UG),是美国 EDS公司 推出的CAD/CAE/CAM一体化软 件，广泛应用于航空、汽车、机 械、家电等各行各业。
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。
- 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)。
12
逆向工程的关键技术
零件的数字化和计算机 辅助反向建模（Computer Aided Reverse Modeling， 简称CARM）是逆向工程的 两项关键技术。
13
2.逆向工程系统及工作原理
?逆向工程系统组成
?逆向工程的测量技术 ?测量数据预处理技术 ?模型重建技术 ?逆向工程软件
14
逆向工程系统组成
图8-2 逆向工程流程图
8
逆向工程主要包括以下四个步骤： （1）零件原型的数字化 （2）零件原型的特征识别与提取 （3）零件原型CAD模型的重建 （4）CAD模型的检验与修正
9
逆向工程大致应用在以下几种情况：
（1）许多使用粘土或泡沫模型代替CAD设计的情况，最 终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为CAD模型。
（2）外形设计师倾向使用产品的比例模型，以便于产品外形的美 学评价，最终可通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模 型表达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的CAD模型。
（3）需要通过实验来最终确定零件的形状，
10
（4）艺术品、考古文物的复制。 （5）人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。 （6）特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始 设计依据，此时，需首先建立人体的几何模型。
4
1.逆向工程概述
?正向工程 ?逆向工程 ?逆向工程的关键技术
5
正向工程
一般工业产品开发是从确定预期功能与规格目标开始，构思产品结 构，然后进行每个零部件的设计、制造以及检验，再经过装配、性能测 试等程序完成整个开发过程，每个零部件都有设计图纸，按确定的工艺 文件加工。这种开发模式称为预定模式（prescriptive model ），此类开 发工作称为正向工程（forward engineering ）或正向设计，产品正向开 发的流程如图8-1所示。
4．非接触式测头及其工作原理
17
测量方式
逆向工程多用三维立体测量，具体有：接触式测 量与非接触式测量。
（1）接触式测量
接触式测量的优点有：
接触式测量不受样件表面的反射特性、颜色及曲率影
响，配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何 形状，如面、圆柱、圆锥、圆球等。接触式测量的机械结 构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。
15
（5）CAE软件 （6）数控加工设备 （7）快速原型机 （8）产品批量生产设备
16
逆向工程的测量技术
1．测量方式
在产品开发中，采用逆 向工程方式处理的产品往往
具有尺寸不易掌握的特性，
2．测量设备
如自由曲面的外观造型等。
因此，逆向工程的首要任务
就是取得所需的点数据，用
3．接触式测头及工作原理
于后续的模型构建。现介绍 逆向工程的数据测量技术。
1
本章 学习目标
? 了解逆向工程的基本概念 ? 了解逆向工程系统的组成和工作原理 ? 了解逆向工程的应用实例,提高专业兴趣 ? 了解逆向工程研究和应用的最新发展
重点：逆向工程的概念及工作原理 难点：快速模具的方法
2
学习内容
1. 逆向工程概述 2. 逆向工程系统组成及
工作原理 3. 逆向工程应用实例 4. 快速原型与快速模具
规格确定
设计
制造
图 ห้องสมุดไป่ตู้－1 顺向工程开发流程图
检验
6
逆向工程
逆向工程通常是对某一实物样件或模型 （称为零件原型，如汽车的外形、鞋楦模等） 进行仿制。
7
目前，针对已有样件（尤其是包含有复杂不规则自
由曲面的样件），可利用三维数字化测量仪器准确、快 速地测量出产品外形数据，在逆向软件中构建曲面模型， 再输入CAD/CAM 系统进一步编辑、修改，由CAM 生成 刀具NC代码（加工路径）送至数控机床（CNC ）制作所 需模具，或者由快速成型机（RP ）将样品模型制作出来， 其流程如图8-2所示。
19
（2）非接触式测量 非接触光学测量有如下优点： ① 没有测量力 ② 测量速度和采样频率较高。 ③ 不必进行测头半径的补偿。 ④ 不少光学测头具有大的量程。 ⑤ 同时探测的信息丰富。
21
但非接触式测量也还存在一些缺点：
18
接触式测量的缺点有：
① 确定测量基准点而使用特殊的夹具，测量费用较高。
② 测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。 ③ 检测某些轮廓时，可能会有先天的限制。 ④ 以逐点进出方式进行测量，测量速度慢。
⑤ 测头尖端部分与被测件之间发生局部变形影响测量
值的实际读数。
⑥ 不当的操作容易损害样件,也会使测头磨耗、损坏。
（1）测量测头 分接触式和非接触式
（2）测量机 有三坐标测量机、多轴关节式机械臂及激光追踪 站等。
（3）数据处理软件
（4）模型重建软件(CAD/CAM) 模型重建软件包括三类，一是 用于正向设计的CAD/CAE/CAM软件，但数据处理和逆向造型 功能有限；二是集成有逆向功能模块的正向CAD/CAE/CAM软 件；三是专用产品数据管理（PDM）等软件
11
（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表现为：通过 逆向工程，可以方便地对快速原型制造的原形产品进行快速、准确的 测量，找出产品设计的不足，进行重新设计，经过反复多次迭代可使 产品完善。
逆向工程与传统正向设计制造过程是截然不同的设 计流程。逆向工程中，按照现有的零件原型进行设计生 产，零件具有的几何特征与技术要求都包含在原型中， 而正向设计是根据零件最终所承担的功能以及各方面的 影响因素进行从无到有的设计。因此，从概念设计出发 到最终形成CAD模型的传统设计是一个确定的明晰过程， 而通过对现有零件原型数字化后再形成CAD模型的逆向 工程是一个推理、反复逼近的过程，具有功能导向、描 述模式、系统仿造等特性。
3
逆向工程
逆向工程（Reverse Engineering 简称RE），又称反 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，并在此基础上进行 工程分析和再创新设计的一种方法和应用技术，可有 效提高产品的技术水平，缩短设计周期，增强产品竞 争力，是消化、吸收先进技术，进而创新和开发各种 新产品的重要手段。逆向工程作为吸收先进技术的一 种手段，使产品研制周期缩短百分之四十以上。掌握 逆向工程技术，对我国国民经济的发展、科学技术水 平的提高和企业快速响应市场能力的提升，具有重要 的工程意义。
逆向工程的关键技术
零件的数字化和计算机 辅助反向建模（Computer Aided Reverse Modeling， 简称CARM）是逆向工程的 两项关键技术。
13
2.逆向工程系统及工作原理
?逆向工程系统组成
?逆向工程的测量技术 ?测量数据预处理技术 ?模型重建技术 ?逆向工程软件
14
逆向工程系统组成
图8-2 逆向工程流程图
8
逆向工程主要包括以下四个步骤： （1）零件原型的数字化 （2）零件原型的特征识别与提取 （3）零件原型CAD模型的重建 （4）CAD模型的检验与修正
9
逆向工程大致应用在以下几种情况：
（1）许多使用粘土或泡沫模型代替CAD设计的情况，最 终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为CAD模型。
（2）外形设计师倾向使用产品的比例模型，以便于产品外形的美 学评价，最终可通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模 型表达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的CAD模型。
（3）需要通过实验来最终确定零件的形状，
10
（4）艺术品、考古文物的复制。 （5）人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。 （6）特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始 设计依据，此时，需首先建立人体的几何模型。
4
1.逆向工程概述
?正向工程 ?逆向工程 ?逆向工程的关键技术
5
正向工程
一般工业产品开发是从确定预期功能与规格目标开始，构思产品结 构，然后进行每个零部件的设计、制造以及检验，再经过装配、性能测 试等程序完成整个开发过程，每个零部件都有设计图纸，按确定的工艺 文件加工。这种开发模式称为预定模式（prescriptive model ），此类开 发工作称为正向工程（forward engineering ）或正向设计，产品正向开 发的流程如图8-1所示。
4．非接触式测头及其工作原理
17
测量方式
逆向工程多用三维立体测量，具体有：接触式测 量与非接触式测量。
（1）接触式测量
接触式测量的优点有：
接触式测量不受样件表面的反射特性、颜色及曲率影
响，配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何 形状，如面、圆柱、圆锥、圆球等。接触式测量的机械结 构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。
15
（5）CAE软件 （6）数控加工设备 （7）快速原型机 （8）产品批量生产设备
16
逆向工程的测量技术
1．测量方式
在产品开发中，采用逆 向工程方式处理的产品往往
具有尺寸不易掌握的特性，
2．测量设备
如自由曲面的外观造型等。
因此，逆向工程的首要任务
就是取得所需的点数据，用
3．接触式测头及工作原理
于后续的模型构建。现介绍 逆向工程的数据测量技术。
1
本章 学习目标
? 了解逆向工程的基本概念 ? 了解逆向工程系统的组成和工作原理 ? 了解逆向工程的应用实例,提高专业兴趣 ? 了解逆向工程研究和应用的最新发展
重点：逆向工程的概念及工作原理 难点：快速模具的方法
2
学习内容
1. 逆向工程概述 2. 逆向工程系统组成及
工作原理 3. 逆向工程应用实例 4. 快速原型与快速模具
规格确定
设计
制造
图 ห้องสมุดไป่ตู้－1 顺向工程开发流程图
检验
6
逆向工程
逆向工程通常是对某一实物样件或模型 （称为零件原型，如汽车的外形、鞋楦模等） 进行仿制。
7
目前，针对已有样件（尤其是包含有复杂不规则自
由曲面的样件），可利用三维数字化测量仪器准确、快 速地测量出产品外形数据，在逆向软件中构建曲面模型， 再输入CAD/CAM 系统进一步编辑、修改，由CAM 生成 刀具NC代码（加工路径）送至数控机床（CNC ）制作所 需模具，或者由快速成型机（RP ）将样品模型制作出来， 其流程如图8-2所示。
19
（2）非接触式测量 非接触光学测量有如下优点： ① 没有测量力 ② 测量速度和采样频率较高。 ③ 不必进行测头半径的补偿。 ④ 不少光学测头具有大的量程。 ⑤ 同时探测的信息丰富。
21
但非接触式测量也还存在一些缺点：
18
接触式测量的缺点有：
① 确定测量基准点而使用特殊的夹具，测量费用较高。
② 测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。 ③ 检测某些轮廓时，可能会有先天的限制。 ④ 以逐点进出方式进行测量，测量速度慢。
⑤ 测头尖端部分与被测件之间发生局部变形影响测量
值的实际读数。
⑥ 不当的操作容易损害样件,也会使测头磨耗、损坏。
（1）测量测头 分接触式和非接触式
（2）测量机 有三坐标测量机、多轴关节式机械臂及激光追踪 站等。
（3）数据处理软件
（4）模型重建软件(CAD/CAM) 模型重建软件包括三类，一是 用于正向设计的CAD/CAE/CAM软件，但数据处理和逆向造型 功能有限；二是集成有逆向功能模块的正向CAD/CAE/CAM软 件；三是专用产品数据管理（PDM）等软件
11
（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表现为：通过 逆向工程，可以方便地对快速原型制造的原形产品进行快速、准确的 测量，找出产品设计的不足，进行重新设计，经过反复多次迭代可使 产品完善。
逆向工程与传统正向设计制造过程是截然不同的设 计流程。逆向工程中，按照现有的零件原型进行设计生 产，零件具有的几何特征与技术要求都包含在原型中， 而正向设计是根据零件最终所承担的功能以及各方面的 影响因素进行从无到有的设计。因此，从概念设计出发 到最终形成CAD模型的传统设计是一个确定的明晰过程， 而通过对现有零件原型数字化后再形成CAD模型的逆向 工程是一个推理、反复逼近的过程，具有功能导向、描 述模式、系统仿造等特性。
3
逆向工程
逆向工程（Reverse Engineering 简称RE），又称反 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，并在此基础上进行 工程分析和再创新设计的一种方法和应用技术，可有 效提高产品的技术水平，缩短设计周期，增强产品竞 争力，是消化、吸收先进技术，进而创新和开发各种 新产品的重要手段。逆向工程作为吸收先进技术的一 种手段，使产品研制周期缩短百分之四十以上。掌握 逆向工程技术，对我国国民经济的发展、科学技术水 平的提高和企业快速响应市场能力的提升，具有重要 的工程意义。