逆向工程中数据的处理
文章编号:1008-1658(2004)02-0001-05
逆向工程中数据的处理
田竹友1,简斌2
(1.北京机械工业学院 机械工程系, 北京100085;2.北京航空航天大学 机械工程系, 北京100084)
摘 要:讨论了逆向工程中几种数据采集的方法以及经采集后的数据如何
进行处理。测量中进行数据采集常用随机采集法、网格采集法、H ammersely 点法和故障函数法等。数据处理的一个重要工作是对扫描点进行编辑,如补偿点产生、噪声点删除、数据点精化、数据点加密以及坐标转换等。还叙述了一般产品建模技术。
关 键 词:逆向工程;数据处理;建模技术
中图分类号:TH 122 文献标识码:A
Analysis on data processing in reverse engineering
T IAN Zhu you,JIAN Bin
(1.Department of M echanical Engi n eering,Beiji ng Institute of M achinery,Beijing 100085,China;2.School of M echanical Engineer ing and Automation,Beijing U niversity of Aeronautics and Astronautics,Beiji ng 100084,China)
Abstract :Several methods of data collecting and data processing in reverse engineering are dis cussed.Random collection,w eb collection,Hammersely s points and failure function are the methods commonly used in the measurement w hen collecting data.In data processing,a very im potant job is to edit the cloud data,such as to produce more precise cloud data,delete noise points,g ive better accuracy in data,transform the coordination and so on.Finally,the technolog y of common model construction is presented.
Key words :reverse eng ineering ;data processing ;technology of model construction
在逆向工程过程中,形状测量是最基本和必要的一步。实际问题中,许多模型具有非常复杂的自由曲面,其设计表达或数学模型的建立是非常困难的,因此,形状测量的速度和精度在逆向工程的全过程中占有很大的比重。测量的目的是将物理模型转化成测量数据点,然后根据数据点建立物体的CAD 模型或直接产生NC 加工轨迹。
逆向工程中的数字化数据处理系统与常用的CAD/CAM 系统相比,有2个显著的不同特点:首先在数据量上,输入的扫描点具有大量数据,并且密度很高,100万个扫描点的数据并非少见;其次是这些点的离散性。因此,逆向工程测量得到的数据量通常被形象地称为 点云!。
对逆向工程中这种 点云!的处理,首先是要将数据量大幅度减少,并且前提条件是不能影响重构曲面的精度。通常的方法是用某种平滑滤波函数来大大减少数据量,这样可以剔除疵点、减少表面噪声,同时对比较粗糙的被测表面也能起到平滑作用[1]。
收稿日期:2003-12-16
作者简介:田竹友(1941-),女,湖南津市人,北京机械工业学院机械工程系教授,主要从事CAD 方面的研究。
第19卷 第2期2004年6月 北京机械工业学院学报Journal of Beijing Institute of M achinery Vo l.19N o.2Jun.2004
2北京机械工业学院学报 第19卷1 数据采集
逆向工程中的测量方法大体分为接触式与非接触式两类。目前,实现逆向工程的主要测量设备是坐标测量机和激光扫描仪。从测量方式来看,前者属于接触式测量,后者属于非接触式测量[2]。一般来说,测量中进行数据采集的常用方法有以下几种。
随机采集法:使用坐标测量机对表面进行随机采集。通过响应表面构造来确定响应和多个收敛变量之间的关系。
网格采集法:通过事先确定好的网格图,沿着网格路径测量表面网格接点值。这种方法非常适合于Bezier和B样条这样一些拟合曲面。
Hammersely点法:Woo提出了一种使用H ammersely点来控制测量平均表面粗糙度的方法,用根均平方差比较测量结果,所需要的测量点与均匀分布的测量点相比,在数量上成平方减少的关系。
故障函数法:M alloch提出的方法是利用一个故障函数来确定二维和三维测量位置。误差函数应预测所需要的测量点,这样就能够减少需要精确重构表面的点数。其缺点是故障函数难以确定,通常用表面曲率来作为故障函数。
2 数据处理
逆向工程数据处理的关键是利用平滑滤波函数来减少数据量,剔除疵点,减少噪声,起平滑作用。对数据滤波,已有几种方法:程序判断滤波、N点平均滤波以及采用预测递推识辩与卡尔曼滤波相结合的自适应滤波算法等。这些方法在滤除干扰信号和随机误差方面取得了较好的进展。最终实现用某种特定的数学形式唯一地表达出这个三维曲面,以便用丰富的CAD/CAM工程软件进行产品的设计工作。
2.1数据的处理技术
由于扫描仪的种类很多,输出数据的质量变化范围很大,因此需要通过编辑以获得高质量的数据。此外,即使数据的质量很高,仍然需要在曲面重构之前或根据刀具轨迹产生的不同需要对这些数据进行编辑。提供的编辑功能一般包括数据调整、复制、区域修剪、数据密度修改、数据光顺、噪音去除、尖角保留等。通过数据编辑,可以得到想要的数据。数据处理主要靠操作者的经验和实际需要灵活掌握,避免出现由于初始数据已发生改变,造成形状变形和精度降低等问题,一般要进行以下几个方面的工作。
?补偿点产生。由于输入的扫描数据来自不同的扫描设备,又具有不同的格式,因此,首先需要一个标准数据接口将这些数据转换成标准的数据格式。有2个重要的过程需要从输入点系产生补偿点。首先,对于接触扫描,需要恢复这些初始表面上的点,因为从接触扫描仪获得的坐标值并不真正代表接触点的坐标,而反映的是探头的中心或顶部的值。因此有必要对这些坐标值进行补偿转换;其次,建立刀具轨迹时,有些刀具,例如铣刀等,也需要与工件之间有一定的偏移。对于产生补偿点,先需要计算出标准点,而由于没有表面的数学表达公式,不能使用通常的方法计算出标准点。目前已开发出特殊的算法,能够在所规定的公差范围之内,获得近似的标准值。
#噪声点删除。逆向工程测量过程中,由于受测量设备的精度、操作者经验和被测实物表
面质量等诸多因素的影响,会造成测量数据误差点的产生。对这类误差点,习惯上被称为噪声点。因此,第一步是删除这些噪声点,这样能减少误差点对后续相邻区域平滑或细化等处理步骤不可预见的干扰和影响。通常删除噪声点的方法是首先通过图形交互显示,辨别明显疵点,可以采用手工删除或通过角度判断法进行去除噪声点处理。
角度判断法的原理是在一定精度(有操作者设定)控制下,先设定一个角度值 ,然后将沿扫描线方向相邻三点所构成的角度 和 进行比较,若 < ,则中间点有可能是噪声点(断点),进行标注记录。顺序判断所有的扫描点,最后由操作者根据实际情况判断这些记录点是否是噪声点,决定是否删除。扫描数据经过去除噪声处理后,可进行后续的数据点精化处理,消除数据波动,修改范围可由用户通过图形交互设定。
?数据点精化。在CAD 系统中,需要对逆向工程中获得的扫描数据点进行曲面重构、数控加工或快速原型直接拷贝等后续工作。在进行这些操作之前,首先要对大量初始测量数据点进行精化处理,它包括对测量数据点过滤、平滑等操作。数据点过滤一般在平滑之前,这样能够减少由于数据点过密造成局部区域产生较大曲率等问题,并且有利于提高平滑过程的效率和精度。
数据点过滤的原则是在扫描线曲率较小时减少点数,曲率较大时保留较多的点数。可以采用最小距离法,其原理是:只设定一个最小距离D min ,然后沿扫描线方向顺序比较相邻两点之间的距离D ,若D 数据点平滑可以采用三点比值法判断,其原理是:设定值 max ,沿扫描方向顺序计算相邻三点所构成三角形的高宽比值 =H /W ,若 > max ,则记录下中间点;仍然以第三点为起点,继续做三角形进行判断,依次完成对全部扫描点的操作,最后由操作者根据实际情况判断这些记录点是否要删除。 %数据点加密。表面上数据点加密与数据点精化相矛盾,但实际上由于各种测量设备以及测量方式的不同,造成测量数据点分布的结果不同。通常测量机所采集的数据是自动计算拱高差得到的,即在较平缓的区域采集到的数据点较少或没有,造成曲线拟合时会出现失真现象;同时在重构曲面时,需要插值加密;否则在构造曲线、曲面时,会产生较大的波动。因此,对于某些局部数据的不足,应该允许用户采用屏幕方式和相邻点插值等方法来弥补。 &坐标转换。逆向工程中,对扫描数据点通常要提供四种类型的坐标转换,它包括平移、旋转、缩放和镜面对称。平移和旋转常用于调整CNC 机床坐标系的刀具轨迹位置。缩放功能除了用于测试和演示外,还可以用于塑料注射模具中,考虑由于塑料件的收缩,需要尺寸补偿的问题,还要求很容易地设定不同方向的缩放因子。镜面对称功能主要用于凸凹转换,凸凹转换在模具制造中很常见,例如冲压工艺的拉延凸、凹模,它们的形状相似,只是有一个板料厚度的差别。在模具设计和制造中,这种功能能够减少大量的重复性的劳动;此外它还能够用于具有镜面对称形状的零件中。 2.2产品建模技术 当零件原形数字化形成一系列的空间离散点后,在此基础上,应用计算机辅助几何设计的有关技术,来构造零件原形的CAD 模型。通常对于含有自由曲面的复杂型面,用一张曲面来拟合所有数据点是不可行的,一般首先按照原形所具有的特征,将测量数据点分割成不同的区3 第2期 田竹友等:逆向工程中数据的处理 4北京机械工业学院学报 第19卷 域,各个区域分别拟合出不同的曲面,然后应用曲面求交或曲面间过渡的方法将不同的曲面连接起来构成一个整体。有效的三维测量数据分割和拟合技术是逆向工程中的重要内容[3]。 2.2.1 零件原形测量数据的分割技术 物体表面测量数据的分割方法一般可以分为基于边界的分割法和基于区域的分割法。其中基于边界的分割法首先估计出测量点的法向矢量或曲率,然后根据法向矢量或曲率的突变判定为边界的位置,并经边界跟踪等处理方法形成封闭的边界,将各边界所围区域作为最终的分割结果。由于在分割过程中只用到边界局部数据,以及存在微分运算,因此这种方法易受到测量噪声的影响。特别是对于型面缓变的曲面,该方法将不再适用。基于区域的分割法是将具有相似几何特性的空间点化为同一区域,由于这种方法分割依据具有明确的几何意义,因此是目前较为常用的分割方法。根据其分割过程的不同分为从下至上和从上至下两种。 (1)从下至上的区域分割方法。这种分割方法以若干个简单表面片作为种子区域,根据表面片的微分几何性质来判断其周围的数据点是否属于该表面片,将与之有相似几何性质的点化入该种子区域,并更新与种子区域对应的表面片的类型,当在该表面片周围没有几何性质一致的时候,种子区域停止生长。这种分割方法的优点在于分割结果的可靠性高,分割结束后,各个区域之间的关系也随之确定。应用该方法时应注意的问题是:?种子区域的选择与分布,这将影响到分割计算的效果与效率。#在区域生长过程中,区域的类型可能发生变化,因此能判断出与当前区域对应的表面类型。?采用何种依据来判断测量点是否属于一个区域将产生不同的分割结果。 (2)从上至下的区域分割方法。这种分割方法首先假设所有的数据点属于同一个表面区域,然后根据提出性能指标做统计分析,进行假设检验,若假设成立,则分割结束;否则,将数据点集进行划分,并对各个子集重新作假设检验,如此划分直至各个区域满足性能指标。应用该方法应注意的问题是:?子区域的划分方法的选择。如果采用四叉树等分割方式,有时会产生过分割的结果,此时需作一个反向的融合过程,以产生区域分割数最少且满足性能要求的分割结果。#如果将区域表面拟合的精度作为依据,则在每次分割后,测量数据点需要重新参数化,使整个过程计算量过大。 2.2.2 表面片的拟合技术 根据实际情况,拟合曲面有隐形方程的形式表示,也有的用参数方程的形式表示。采用隐形方程表示的曲面一般是无界的,应根据需要限定范围。优点在于对于拟合曲面的离散数据点的分布形式没有提出要求,进行求交运算时比较方便。主要缺点在于不能用统一的方程表示所有类型的曲面。由一定的基函数和控制点定义的参数曲面(线),如贝齐尔曲面(线),B样条曲面(线)等,目前作为形状数学描述的标准形式广泛应用于对曲面(线)的表达中。但参数化曲面(线)一般要求拟合区域的形状是较为规整的四边形,对于分割获得的任意N边形区域需作进一步插值划分处理以获得若干较为规整的四边形。此外,参数化曲面(线)要求区域内数据点大体上呈矩形网格状的分布形式,因此对于区域内散乱分布的数据点,通常采用局部插值的方法来计算出规则的网格数据。 3数据输出 当对扫描数据进行编辑处理以后,可以根据不同的条件和需要,以多种格式输出,如 ASCII,IGES,DFX,VDA,STL 等。输出的数据主要有两方面的用途:一是利用这些数据直接产生NC 轨迹进行机械加工或快速原型制造;二是建立CAD 模型[4]。 4 操作示例 图1~图4分别为2种实体模型及扫描后得到 点云! 数据的操作示例。 图1移动电话外壳模型图2经扫描后的 点云! 数据 图3高尔夫球杆图的实体模型图4经扫描后的 点云!数据 5 结论 逆向工程数据处理的关键是利用平滑滤波函数来减少数据量,滤除干扰信号和随机误差,使之平滑。数据处理的目的是获得输入数据的基本特性信息,包括扫描方向、扫描节距、3D 空间极值、扫描最大和最小跨度、扫描点总数、扫描线总数、探头半径等。这些信息有助于操作者进行后续的曲面重构以及确定走刀轨迹的编辑程序和参数值等操作。 参考文献: [1]范光照.逆向工程技术及应用[M].台湾:台湾高立图书有限公司,1999. [2]王昭,谭玉山.空间编码高速三维轮廓测量技术[A].RPM 技术与快速模具制造 98全 国快速成型与模具快速制造会议论文集[C].西安:陕西科学技术出版社,1998,352-356. [3]邢渊,周雄辉,阮雪榆.集成反向工程系统研究[J].机械工程学报,1998,34(3):1-5. [4]李江雄.反求工程中曲面建模技术及相关软件(模块)分析[J].计算机辅助设计与制造, 1999,(10):14-16.5 第2期 田竹友等:逆向工程中数据的处理 实验一：逆向工程技术实验三维测量操作 一、实验目的 了解逆向工程的基本原理和工作流程，初步掌握使用柔性关节臂式三坐标扫描仪系统对样件进行测量的方法，并了解利用测量所得的数据进行三维重构的过程。 二、实验的主要内容 样件外形测量与三维重构。 三、实验设备和工具 柔性关节臂式三坐标扫描系统 装有IMAGEWARE软件的计算机 四、实验原理 1、三维测量的方法简介 不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。 2、非接触式测量的三角测量原理 激光探头的测量原理目前均以三角法为主。如下图所示，激光由激光二氧化碳激光发生器产生，经聚光透镜（F1）投射到工件表面，由于光束反射作用，部份光源经固定透镜（F2）聚焦后投射在光传感器（D）上。当物体沿y方向上下运动或者探头沿y方向移动，其散射光投射在光传感器的位置（X）亦将改变。 2、柔性关节臂式三坐标扫描仪系统简介 柔性关节臂式三坐标扫描仪系统由柔性关节臂式（FARO）三坐标测量机和Kreon激光扫描系统构成。 Kreon激光扫描系统是基于激光截面三角测量的原理，对工件表面进行非接触式的扫描，在激光线条上采集非常密集的数字化(坐标)点，通过与电子控制器(ECU)的连接，记录激光线与工件相交的位置。摄像机摄取激光线位置获得立体影像，ECU电子控制器对每条激光线条上所记录的600个坐标点在Z轴方向的位置，以初始校正时所记录的绝对零位为依据作重复计算。 3、三坐标测量技术在逆向工程上的应用 测量数据的三维实体重构是目前逆向工程领域研究的“瓶颈”，实际应用中，因原始数据的获取方式、三维重构支撑环境、三维重构方法和目标不同，其理论依据、技术路线、算法和工作内容有较大差异。 数据压缩、曲线曲面的光顺处理噪声去除、数据匀化数据预处理曲面重构特征提取与数据分块 五、实验方法和步骤 1、Kreon激光扫描系统数据处理”-->“SELECT MACHINE”，在对话框中选“FARO Arm.par”，按OK，跟着会出现一个读取ECU的进程。 “Services”-->“Positioning” 将工件放在台面上使扫描头能扫到所有要扫的面。被扫工件应先喷上显像剂 Digitization --> Add digitization：Name(Path) 按Run digitization定义步距、频率等 按Record开始扫描，一个方向扫完后，可用Face检查，未扫到部分再换方向局部补扫。将已扫的结果点云过滤。 将结果输出，保存为逆向工程软件所用的格式文件。 2、在逆向工程软件中处理测量所得的数据，并进行曲面重构，得到计算机三维模型，最后在三维CAD软件中完成样件的三维造型设计。 逆向工程与快速原型技术 （综合技能训练及评价） 题 目 逆向工程三维建模关键技术 综合创新训练 姓 名 ******* 学 号 *********** 专业班级 机制**** 授课教师 ****** 分 院 机电与能源工程分院 完成日期 **** 年 **月 *日 宁波理工学院 绪论 (3) 0.1什么是逆向工程 (3) 1.2逆向工程的基本操作步骤 (3) 第一章点云摆正综合练习 (4) 1.1目的和意义 (4) 1.2 点云数据摆正的原理及实现流程 (4) 1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 (4) 第二章逆向建模特征线构建技术 (15) 2.1 目的和意义 (15) 2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程 (15) 2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 (15) 3.1 目的和意义 (32) 3.2 曲线构建的原理及实现流程 (32) 3.3 曲线构建及具体实现步骤 (32) 4.1 目的和意义 (36) 4.2 曲面重构的原理及实现流程 (36) 4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (36) 第五章：点云数据修补综合练习 (41) 5.1 目的和意义 (41) 5.2 曲面重构的原理及实现流程 (41) 5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (41) 第六章总结与反思 (49) 绪论 0.1什么是逆向工程 逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程，它属于产品导向（product oriented）。逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段；是产品快速创新开发的重要途径。通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。 1.2逆向工程的基本操作步骤 机械零部件逆向工程设计认知 与操作实验 学院（部）：机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师：陈清华陈加胜 2013年 6 月25日 机械零部件逆向工程设计认知与操作实验 一、实验认知 1.概念解释 逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是，在不能轻易获得必要的生产信息下，直接从成品的分析，推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。其工作流程图如下： 图1 逆向工程的工作流程 2.逆向工程的应用领域 逆向工程技术已成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带，并成为实现新产品快速开发的重要技术手段。一般来说，逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面。在机械领域的实际应用中，主要包括以下几个方面： ①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图； ②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改型或仿型设计； ③在设备维修中对个别损坏或磨损零件的复制； ④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，再通过逆向工程进行设计； ⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风洞实验的产品模型； ⑥数字化模型的检测，如检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物与CAD 模型的比较等。 二、实验操作 1.实验仪器介绍 逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或射线断层成样品 3D 点数据 测量 点数据 处理 CAD 曲面创建 CAD 曲面造型 由CAD 生成NC 程序 由CAD 生成STL 文件 模具NC 生成 快速成型 制造 模具 成型 批量加工 逆向工程及其关键技术 院（系）材料科学与工程 专业材料加工工程 学生 学号 2010年5月15日 逆向工程及其关键技术 摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。 关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析 1 引言 在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。 2 逆向工程的系统及其关键技术 2.1 逆向工程的概念 逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散 逆向工程的现状及发展前景 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 逆向工程设计实施步骤如下: (1)设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。 (2)零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用3D扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。 (3)提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法一般可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。 (4)零件CAD模型的重建。将分割后的三维数据在CAD系统 中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD模型。 (5)重建CAD模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往 存在一些数字误差，所以需要对曲面或曲线进行光顺处理，提高曲面 质量。另外还要检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能 指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件 的标准 坐标测量机 接触式非接触式 机械手坐标测量机光学测量机声学测量机磁学测量机结构光法激光三角形法激光测距法干涉测量法图像分析法 1．1接触式测量系统 接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine，CMM)可 谓接触式测量的代表。接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原 理，通过探头测取三维几何坐标数据。操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数 据。一般来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精 浅谈逆向工程技术 逆向工程（又称反向工程），是一种技术过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是，在不能轻易获得必要的生产信息下，直接从成品的分析，推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。 需要逆向工程的原因如下： 1.接口设计。由于互操作性，逆向工程被用来找出系统之间的协作协议。 2.军事或商业机密。窃取敌人或竞争对手的最新研究或产品原型。 3.改善文档。当原有的文档有不充分处，又当系统被更新而原设计人员不在时，逆向工程被 4.用来获取所需数据，以补充说明或了解系统的最新状态。 5.软件升级或更新。出于功能、合规、安全等需求更改，逆向工程被用来了解现有或遗留软件系统，以评估更新或移植系统所需的工作。 6.制造没有许可／未授权的副本。 7.学术／学习目的。 8.去除复制保护和伪装的登录权限。 9文件丢失：采取逆向工程的情况往往是在某一个特殊设备的文件已经丢失了（或者根本就没有），同时又找不到工程的负责人。完整的系统时常需要基于陈旧的系统上进行再设计，这就意味着想要集成原有的功能进行项目的唯一方法便是采用逆向工程的方法分析已有的碎片进行再设计。 10.产品分析：用于调查产品的运作方式，部件构成，估计预算，识别潜在的侵权行为。 逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或X射线断层成像之类3D扫描仪技术进行尺寸测量，再通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D 虚拟模型的方法。逆向工程经常被用于军事上，在二战和冷战中经常被用到。 1980年开始，欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程领域。1990年初期，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段：2000年前，在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在2003年前技术成熟，广为业界引用。到2007年后，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。1998年，NEWPOWER启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于V模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。截止2011年，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。 逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域，它的特点是： 1、缩短产品的设计、开发周期，加快产品的更新换代速度； 2、降低企业开发新产品的成本与风险； 3、加快产品的造型和系列化的设计； 4、适合单件、小批量的零件制造，特别是模具的制造，可分为直接制模与间接制模法。 逆向工程中数据处理方法 机自13103 201315010316 在逆向工程过程中,形状测量是最基本和必要的一步。实际问题中,许多模型具有非常复杂的自由曲面,其设计表达或数学模型的建立是非常困难的,因此,形状测量的速度和精度在逆向工程的全过程中占有很大的比重。实物样件的测量数据通常不能直接用于其三维模型重建，必须将其输入CAD系统或专用逆向工程软件中经过一定的数据处理才能转化为造型所需的数据，称为造型数据【8】。 随着需求和科技的发展，出现了基于光学、声学、电磁学以及机械接触原理的各种测量方法。划分测量方法的依据也很多，逆向工程中的测量方法大体分为接触式、非接触式、逐层扫描数据测量【1-5】。 接触式测量方法是通过物理接触被测样件来获取数据的方法。接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法. 接触式数据采集通常使用三坐标测量机。 非接触式数据测量利用光、声、磁等原理进行数据采集,其中光学方法细分有三角形法、测距法、干涉法、结构光法、图像分析法等。非接触式数据采集速度快精度高,排除了由测量摩擦力和接触压力造成的测量误差,避免了接触式测头与被测表面由于曲率干涉产生的伪劣点问题,获得的密集点云信息量大、精度高,测头产生的光斑也可以做得很小,以便探测到一般机械测头难以测量的部位,最大限度地反映 被测表面的真实形状。 逐层扫描数据测量前面介绍的两种方法虽然应用很广,但是存在无法测量物体内部轮廓的缺陷。为了解决这一问题，一个很好的方法就是采用断层数据测量法。目前断层采集法分为非破坏性测量和破坏性测量两种。 由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响,通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差,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进行预处理. 其主要的处理工作包括:去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。 逆向工程中的数字化数据处理系统与常用的CAD/CAM系统相比,有2个显著的不同特点:首先在数据量上,输入的扫描点具有大量数据,并且密度很高,100万个扫描点的数据并非少见;其次是这些点的离散性【10】。因此,逆向工程测量得到的数据量通常被形象地称为点云。 由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响,通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差,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进行预处理. 其主要的处理工作包括:去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。 去除噪声点【6】：无论何种数据采集方式,获得的数据中均存在一 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非常重要的问题。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。根据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可以分为接触式(Contact)和非接触式（Non-contact）两种。 接触式包括三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，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根据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殊要求，可达到很高的测量精度（±0.5μm），对物体边界和特征点的测量相对精确，对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，特别是对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 什么是逆向工程？ 什么是逆向工程？ 不借助于绘图、文档资料或者已有的计算机模型，将一个现有的工件、分总成、或者产品进行复制的过程，被称之为“逆向工程”。该过程通常需要有相应的硬件设备和软件来完成。 什么场合需要逆向工程？ ·某一产品的原始制造商不再生产该产品； ·原始产品设计时没有保留合适的文档资料； ·原始制造商已经没有了，但是客户还需要它的产品； ·原始设计的文档资料丢失或者根本就没有； ·某个产品中不好的特征需要重新设计，比如,过度磨损的地方表示该处必须加以改进；·在长时间的使用之后，加强某个产品好的特征； ·分析竞争对手产品好坏特点； ·为改善产品的性能和特点而探索新的方法； ·获得竞争对手的基准测试方法，理解竞争对手的产品来开发更好的产品； ·原有的CAD模型不够支持现有的修改和加工方式； ·原有的供应商不能或者不愿意提供额外的工件； ·原有设备的制造商不愿意或者不能提供替换工件、或者因为唯一的工件来源而漫天要价；·用更现代的、廉价的技术来更新废弃的材料或者过时的加工工艺。 逆向工程的过程： ·明确系统的各个组件以及它们之间的内在联系； ·以另外一种形式或者更高抽象的技术水平，来创建和表示系统； ·建立该系统的物理表达形式。 开始进行逆向工程之前，需要注意的几个重点： 逆向工程通过获取它的物理尺寸、特征和材料特性，可以复制某个现有的工件。在打算进行逆向工程之前，需要进行很好的费用/效益分析以评估逆向工程项目的合理性。典型地讲，如果被复制的东西有高价值，或者可以进行大规模的生产，逆向工程是比较节省费用的，具有较高的性价比。有时候，即使逆向工程不节省费用，但是某一个产品对于整个系统来说有至关重要，对它进行逆向工程操作也是必须的。 使用CAD集成逆向工程概念的产品开发： 机械零件的逆向工程包括使用使用激光扫描头（仪）或者计算机层析（CT）获取三维点云。使用表面点云来表示工件的几何形状是创建参数化表面模型的第一步。使用逆向工程软件从点云创建一个好的三角片网格模型。然后将三角片云图进行整合、光顺和优化，得到干净均匀的高质量三角片模型，然后对模型进行分析并为CAM（计算机辅助加工）产生刀具加工路径。对于某些产品的表面或者部分尺寸要求比较高的，则可以将三角片模型导入CAD软件生成NURBS（非均匀有理样条）曲线或者NURBS曲面做进一步的精炼、分析、修改并生成加工路径。最后CAM生产出物理零件。 技术服务： ·接触和非接触式（激光）扫描； ·物理零件与CAD模型偏差分析； ·尺寸检测和评估； 逆向工程所需的要素： ·数字化或者扫描硬件（转台式扫描机、便携式扫描仪、激光扫描头与三坐标测量机、激光扫描头与关节臂、激光扫描头与雕刻机等）； ·云图逆向工程软件（比如NXCLONE、IMAGEWARE（SURFACER）、GOEMAGIC、POLYWORK等） 逆向工程及其应用 一、什么是逆向工程 随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是在这祥的背景下产生的。 逆向工程RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，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无到有的过程，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，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转人到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产晶设计过程珊们欢去“正向设计”过程。 逆向工程产品设计过程如图一所示，可以认为是一个“从有到无”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模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程;它针对现有的工件(样品或模型)利用3D数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后，传至一般的CAD/CAM系统.再由CAM软件产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出来。逆向工程在某些方面很像我们常说的“仿制”;可以说，在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程将大有用武之地。 Ξ收稿日期:2008-05-09 基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033 .作者简介:崔秀梅(1981—,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、 CAD\CAE\CAM 技术研究. 逆向工程中的数据采集技术 Ξ 崔秀梅,冯文杰 (重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050 摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(200808-0014-03 StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineering CUIXiu 2mei,FENGWen 2jie (ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050 ,China Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandm easuringma 2 chineinreverseengineering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasurin gmachinesused inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidel yusedin automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedina utore 2 verseengineeringsoastorealizecost 2efficient,short 2cycledandhighqualityreversedesign. Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation 随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立[1].数据采集是逆向工程的首要环节,是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、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是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,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等[2].如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集. 1测量机 测量机按测量方式主要分为接触测量、非接 第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学 JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience 2008年8月Aug.2008 摘要 与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。 逆向工程实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉与计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以与逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程CAD/CAM solidworks surfacer 反向工程、建模 目录 1 逆向工程简介 (1) 1.1逆向工程介绍............................. 错误!未定义书签。 1.2 逆向工程的应用 (3) 2 逆向工程应用实例 (6) 3 逆向工程的其他应用领域 (7) 参考文献 (8) 1 逆向工程介绍 1. 逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）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无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展 逆向工程技术现状及发展前景 概念 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。 分类 从广义讲，逆向工程可分以下三类： 1）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。 2）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。 3）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。 工艺过程 逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。 (1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。 (2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。 (3) 模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。 逆向工程技术过程图解： 实验二数据处理或曲面重构 专业：班级：日期： 小组成员： 一、实验目的： 1、主要介绍测量数据处理或曲面重构的基本原理； 2、学习掌握数据处理或曲面重构的方法。学习Geomagic Studio逆向设计软件的操作方法； 3、完成对模型的多边形阶段处理。 二、实验要求： 对多边形数据进行一系列的技术处理，为快速成型提供理想的数据模型。 三、实验方法： 将实验一合并后的数据导入Geomagic Studio软件，进行多边形阶段或形状阶段的数据处理，得到理想的完整的曲面模型。 四、所需的设备、仪器、工具或材料 1、逆向设计软件Geomagic Studio 10.0； 2、电脑。 五、步骤及要求（根据模型的具体情况选择步骤）： 一、数据的导入。 将实验一的模型导入Geomagic Studio软件中，从而对模型进行数据处理或曲面重构。如图1： 图1-1 数据导入图 二、数据处理或曲面重构。 1、进入多边形阶段，对模型进行处理。首先，进行“隐藏点云数据”的操作。 在左边【模型管理器】右键点击【隐藏】，如图2-1-1所示。 2-1-1隐藏点云数据 创建流形，删除模型上的一些非主流三角形。点击【多边形】中的【创建流形】， 选择【打开】。然后进行【空填充】，通过观察，发现除了模型自身孔（即底部的 大孔）以外，还有4个空分别位于耳朵两侧和两手臂下侧，如图2-1-2所示。所 以需要分别对这4个孔进行填充。对于这四个孔，均可采用【生成桥】的方式进 行填充。填充后数据如图2-1-3所示。 图2-1-2 数据缺失形成的孔 图2-1-3 填充孔后的数据图 2、修复相交区域 点击【多边形】，选择【修复相交区域】，弹出的对话框内会显示相交的三角形数量，点击【确定】。完成此项操作。此时，若重复操作，会弹出“没有相交三角 形”的对话框，如图2-1所示。故可确定在以后的操作中不会遇到麻烦的问题。 图2-1 修复相交区域 3、简化多边形 点击【多边形】，选择【简化】，“减少模式”中选择【三角形计数】，【减少到百 逆向工程技术的应用 仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应 用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）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无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。 一、逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过图1所示的设计过程。而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以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图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。 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。 (2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 (3)损坏或磨损零件的还原。 (4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 二、逆向工程技术实施的条件 1.逆向工程技术实施的硬件条件 在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TAL YSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物——建立数学模型——CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。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，材质为硬质且形状 逆向工程关键技术的研究 姓名:于海江 学号:1082000504 班级:10级5班 专业:车辆工程 沈阳理工大学研究生学院 2011年3月 摘要 逆向工程技术能够降低成本、缩短交货时间、提高产品质量，提高企业在市场中的竞争力，在产品开发中具有重要的作用。本文对逆向工程中的关键技术进行了深入的研究和探讨。 本文主要研究了逆向工程技术的三个关键环节:数据采集、数据处理和曲面重构。依据样件模型的外形特征，总结归纳了规划测量路径的策略，在对各种测量方法研究、对比和分析的基础上提出了数据采集方法选择的原则;结合实例研究了数据重定位、噪声去除、数据精简、数据光顺和数据分割五种数据处理技术，探讨了不同形状点云数据应采取的具体处理方法，提出了点云数据处理的原则;通过对比分析Bezier曲线曲面、B一Spline曲线曲面、NURBS曲线曲面三种曲面的数学模型，得出NURBS曲线曲面具有诸多优点，己成为当前曲线曲面模型的主流，合理的规划路径、恰当的选择数据采集方法和数据处理方法能够构建高品质的曲面，而且能量光顺算法也能够提高曲面的光顺程度。该论文的研究工作丰富了工业产品造型设计的理论和方法，将促进逆向工程在工业设计中的应用和推广。 关键词:逆向工程点云数据 NURBS曲线曲面重构曲面光顺 1.1逆向工程概述 “逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也称反求工程、反向工程等 逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路 [1] 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，最后通过检测和性能测试，这种开发模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或CAD造型，称为预定模式(Prescriptive Model)，我们也称之为正向工程(或顺向 工程)。正向工程流程如图1-1所示。 图1-1正向工程开发流程图 Fig.1-1 Forward engineering flow chart 产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样，再制造出产品。它是 一种以先进产品设备的实物、样件、软件(包括图样、程序、技术文件等)或影像(图像、照片等)作为研究平台，应用现代设计方法学、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，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术 的结合[2] 。逆向工程的流程如图1-2所示。广义的逆向工程包括形状(几何)逆向、 理工大学 逆向工程技术实训 说明书 设计题目： 指导老师： 姓名： 专业： 学号： 学院： 中国?重庆 2013年月 前言 关于逆向工程技术实训： 逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同。它是根据已经存在的产品或零件原型，重新构造产品或零件的三维模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。在整个逆向工程中，产品三维几何模型的CAD重建是最关键的，最复杂的环节。因为只有获得了产品的CAD模型，才能够在此基础上进行后续产品的加工制造、快速成型制造、虚拟仿真制造、产品的再设计等。逆向工程技术涉及计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计学科，是CAD 领域最活跃的分支之一。 逆向工程软件部分品牌有Imageware、ICEM、CopyCAD、Rapid Form 等，本此实训我们利用Imageware软件对产品进行分析、处理。通过逆向工程技术的实训，可以对本软件更加的熟悉并运用，以达到专业技术的初步水平。可以使我们在课堂上的学习与实际的运用相结合，获得在传统的课堂教育得不到的新能力，并且让我们能够掌握整个逆向工程的过程，并且积累设计经验。通过实训过程，更能够了解到自己在专业知识的不足，锻炼独立思考能力和提升团队合作能力，同学们可以相互取长补短。真正意义上的实训有别与以往的传统课堂教学模式，这种实训方式让我们不在一味的依赖老师，而是利用各种方式独立解决问题；同时这种实训方式也让我们在实体建模过程中贯穿国际标准的使用规，这些都为以后的实际运用及社会工作打下坚实的基础。 目录 第一节、设计题目 0 第二节、设计流程分析 0 第三节、点云的处理 (1) 第四节、导弹一的设计 (3) 第五节、导弹二和机头的设计 (6) 第六节、导弹三的设计 (8) 第七节、导弹四的设计 (10) 第八节、轮子和机轮架的设计 (12) 第九节、导弹五的设计 (15) 第十节、机身、机尾、尾翼和落脚板的设计 (17) 第十一节、侧翼和机盖的设计 (20) 第十二节、机下身部位的设计 (23) 第十三节、后处理 (24) 苏27战斗机逆向设计所得图 (27) 逆向工程技术及其发展现状 【摘要】本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以及逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程 CAD/CAM solidworks surfacer 反向 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）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无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。逆向工程实验指导书
逆向工程三维建模关键技术
逆向工程设计
逆向工程及其关键技术
逆向工程的现状及发展前景
浅谈逆向工程技术
逆向工程中数据处理方法
1逆向工程关键技术
什么是逆向工程
逆向工程及其应用
逆向工程中的数据采集技术.
逆向工程技术及其发展现状
逆向工程技术现状及发展前景
逆向工程实验2-数据处理或曲面重构
逆向工程技术的应用
逆向工程技术的内容及其应用范围
逆向工程关键技术的研究
逆向工程技术实训报告模版
逆向工程技术的应用和发展