逆向工程实践报告

《逆向工程综合实践》

实践报告

班级： K机设111

学号： 240110138

学生姓名：薛金成

学期：2014-2015学年第一学期

实践地点：工程中心7-C1

实践时间：2015-01-05~2015-01-13

报告成绩：

指导教师：蒋平王慧

批阅日期：

南京工程学院机械工程学院

一.基础知识

1.综合实践目的

通过本次综合实践，让学生在查阅和学习相关技术资料和手册的基础上，综合运用相关课程知识，进行机械产品零部件的反求设计，并采用激光快速原型制造技术将学生自己测量和重构的模型制造出来，从而达到加深学生对相关基础知识的理解，提高学生综合应用各方面知识的能力，以及提高分析问题、解决问题能力的目的.

2.逆向工程概述

新产品的开发有两种模式：

●正向工程：由市场需求出发，经产品的概念设计、结构设计、加工制造、装配检验等开发过程。

●逆向工程（又称反求工程，Reverse Engineering）:以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行改进和创新，使之成为新产品。

2.1逆向工程的定义

逆向工程是以先进产品的实物、软件或影像作为研究对象，应用现代设计理论和方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类型、更为先进的产品的技术。

目前，大多数有关逆向工程技术的研究和应用都集中在几何形状，即重建产品实物的ＣＡＤ模型和最终产品的制造方面，称为实物反求工程。这是因为作为研究对象，产品实物是面向消费市场最广、最多的一类设计成果，也是最容易获得的研究对象。在产品的反求时，需要通过一定途径将实物样件转化为ＣＡＤ模型，以期利用计算机辅助制造、快速原型制造和快速模具、产品数据库管理（Product data managament）及计算机集成制造系统等先进技术对其进行处理或管理。随着现代测试技术的发展，快速、精确地获取实物的几何信息已变为现实。

2.2逆向工程技术的主要研究内容

■反求对象设计指导思想、功能原理分析：产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。

■反求对象材料分析：包括材料成分分析、材料组织结构分析、材料性能检测和材料国产化。

■反求对象工艺、装配分析：采用反判法(以零件的技术要求为依据，查

明设计基准，分析关键工艺)编制工艺规程；改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求；用曲线对应法反求工艺参数。

■反求对象精度的分析；明确产品的精度指标：综合考虑理论误差和原理误差，进行产品工作原理设计和安排总体布局：完成草图设计后找出全部的误差源，进行总的精度计算；编写技术设计说明书，确定精度。

■反求对象造型的分析：运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理对产品的外形造型、色彩设计等进行分析。

■反求对象系列化、模块化分析

2.3逆向工程的基本步骤

逆向工程的基本步骤如图1所示，其中分析阶段包括深入了解反求对象的功能原理、结构形状、材料性能、加工装配工艺等，明确其关键功能和关键技术；再设计阶段包括实物模型测量，数据修正，重构反求对象，创新与改进；制造阶段主要包括制造与功能检测。

2.4 逆向工程的应用

目前，逆向工程的应用大致分为以下几种情况：

■在没有设计图纸或设计阁纸不完整或没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码，加工复制出相同零件。

■在设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常需采用反求工程的方法。这类设计是在初始设计模型的基础上经过各种性能测试，建立符合要求的产品模型，该类零件—般具有复杂的自由曲面外形，最终的实验模型将成为这类零件及反求其模具的依据。

■在美学设计特别重要的领域，如汽车、摩托车等外型设计广泛釆用真实比例的油泥模型来评估设计的美学效果，此时需采用反求工程的设计方法，将油泥模型转化为CAD模型。

■修复破损的艺术品、仿制缺乏供应的损坏零件等；艺术品、考古文物的复制；人体模型、假肢制造。

2.5反求对象的几何参数釆集

反求对象的几何参数采集是通过特定的测量设备和测量方法来获取表面三维几何坐标信息，测量方法主要有破坏性测量（如断层扫描成像法)和非破坏性测量(又分为非接触式和接触式数据采集方法)两种。

接触式数据釆集方法是通过传感测量头与样件的接触来记录样件表面的坐标位置（有点接触式和连续式非接触式数据采集方法）是基于光学、声学等原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面坐标值（如采用光学测量机、声学测量机、磁学测量机等）

2.6三坐标测量机

三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业等各领域。应用三坐标测量机可对直线坐标、平面坐标以及空间三维尺寸进行测量，可以测量球体直径、球心坐标、曲线曲面轮廓、各种角度关系以及凸轮、叶片等复杂零件的几何尺寸和形状位置误差。

三坐标测量机测量精度高，速度快，软件功能强大，是测量行业不可或缺的高级仪器。

三坐标测量机的测量时，将被测物体置于测量空间，通过测量获得各测点的坐标位置，然后根据这些测点坐标值计算得出被测的几何尺寸、形状和位置。

三坐标测量机一般有主机、测头和电气系统组成。标尺系统可分为机械式测量系统、光学式测量系统和电气式测量系统；三坐标测量机测头可分为硬测头（机械测头）、电气测头（电触、电感、电容、应变片、压电晶体等）和光学测头（光电检测器件）等。

利用三坐标测量机测量时，测量路径规划的基本原则是安全、路径短、速度快、行走路线自然，即有序、快速、高效地探测分布在元素表面的各实际点的坐标，并保证在检测过程中测头与工件不发生碰撞。

2.7模型重构技术

模型重构指根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本模型，重构方法分为有序数据的模型重构和散乱数据的模型重构。

重构模型包括网络曲面模型（以三角曲面片为基础）和样条曲面模型（以Ｂ样条、ＮＵＲＢＳ为基础）

模型重构的基本步骤包括：

■数据预处理：对原始数据过滤、筛选、去噪、平滑和编辑等操作。

■网格模型生成：采用适当的方法生成三角网格模型。

■模型后处理:三角物格模型简化，修补模型孔洞、缝隙和重叠等缺陷。

2.8常用反求工程软件

目前应用较广的基于正向的商品化三维造型软件主要有UG、Pro/E、AutoCAD、SolidWorks和I-Dears等,而专用的逆向造型软件主要Imageware,paraform,geomagic 等。