反求工程的教案

反求工程的教案第1頁(yè)/共80頁(yè)5.1.1光順的概念對(duì)平面曲線：1）曲線C2階連續(xù)；2）沒(méi)有多余拐點(diǎn)；3）曲率變化均勻；對(duì)空間曲線：1）曲線C2階連續(xù)；2）沒(méi)有多余拐點(diǎn)、變撓點(diǎn)；3）曲率與撓率變化均勻；

5.1車身曲線曲面光順第2頁(yè)/共80頁(yè)曲面光順準(zhǔn)則：1）關(guān)鍵曲線光順；2）網(wǎng)格線沒(méi)有多余拐點(diǎn)；3）主曲率變化均勻；4）高斯曲率變化均與。高斯曲率：曲面論中最重要的內(nèi)蘊(yùn)幾何量。設(shè)曲面在P點(diǎn)處的兩個(gè)主曲率為k1，k2，它們的乘積k＝k1·k2稱為曲面于該點(diǎn)的總曲率或高斯曲率。它反映了曲面的一股彎曲程度。

5.1車身曲線曲面光順第3頁(yè)/共80頁(yè)5.1.2車身曲線光順第4頁(yè)/共80頁(yè)5.1.2車身曲線光順第5頁(yè)/共80頁(yè)5.1.3車身曲面光順包括：網(wǎng)格線光順、能量法P103檢查方法：基于曲率(顏色映射、繪制等曲率線、主曲率線等)；

基于光照（等照度線、反射線）P103-105第6頁(yè)/共80頁(yè)7幾何造型技術(shù)是一項(xiàng)研究在計(jì)算機(jī)中，如何表達(dá)物體模型形狀的技術(shù)。描述物體的三維模型有三種:

線框模型、曲面模型和實(shí)體模型。

教材P1065.2車身CAD建模5.2.1車身CAD模型分類第7頁(yè)/共80頁(yè)81、建模步驟（P107）前期準(zhǔn)備。二維效果圖。三維CAD曲面造型。實(shí)體結(jié)構(gòu)分析。實(shí)物模型。5.2.2車身CAD的曲面模型與實(shí)體模型第8頁(yè)/共80頁(yè)92、車身曲面建模的一般過(guò)程（P108）利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。生成三維光順曲線。由曲線生成曲面。裁剪和過(guò)渡（橋接）。評(píng)價(jià)、檢查。5.2.2車身CAD的曲面模型與實(shí)體模型第9頁(yè)/共80頁(yè)103、A級(jí)曲面（P108）G2連續(xù)。特征網(wǎng)格均勻分布。曲率方向一致。橋接后的階數(shù)一致。5.2.2車身CAD的曲面模型與實(shí)體模型第10頁(yè)/共80頁(yè)11汽車的設(shè)計(jì)過(guò)程A從腦到手：草圖B初步定稿：草圖＋說(shuō)明5.3車身逆向工程第11頁(yè)/共80頁(yè)12第12頁(yè)/共80頁(yè)13五、汽車設(shè)計(jì)過(guò)程C理念表達(dá)：效果圖D內(nèi)部設(shè)計(jì)：內(nèi)廂效果圖第13頁(yè)/共80頁(yè)14第14頁(yè)/共80頁(yè)15E1/5油泥模型F1：1油泥模型第15頁(yè)/共80頁(yè)16第16頁(yè)/共80頁(yè)17G測(cè)量階段：三維坐標(biāo)測(cè)量

H最后階段：電腦設(shè)計(jì)

第17頁(yè)/共80頁(yè)18風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)第18頁(yè)/共80頁(yè)19路試模擬及實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)第19頁(yè)/共80頁(yè)20第20頁(yè)/共80頁(yè)21戴姆勒在奧地利維也納的全球最大氣候?qū)嶒?yàn)場(chǎng)第21頁(yè)/共80頁(yè)22喬治亞羅與親手設(shè)計(jì)的大宇Lacetti

韓版克魯茲第22頁(yè)/共80頁(yè)定義:根據(jù)產(chǎn)品預(yù)定的功能需求進(jìn)行開發(fā),繪制出產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖,制造并進(jìn)行裝配,得到功能完整的產(chǎn)品的開發(fā)模式。過(guò)程確定功能與規(guī)格。構(gòu)思零部件需求。零部件設(shè)計(jì)制造。零部件組裝檢驗(yàn)。整機(jī)組裝檢驗(yàn)。性能測(cè)試。正向工程第23頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程

(ReverseEngineering),又稱為,反求工程等定義:逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù),幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱,是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖,深化和再創(chuàng)造的過(guò)程逆向工程定義第24頁(yè)/共80頁(yè)汽車造型油模外形測(cè)量第25頁(yè)/共80頁(yè)設(shè)計(jì)草圖油土石膏模型測(cè)繪特征線三角嵌片涂彩細(xì)膩涂彩第26頁(yè)/共80頁(yè)第27頁(yè)/共80頁(yè)正向工程設(shè)計(jì)從實(shí)現(xiàn)某一功能的概念開始要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分析,在滿足功能要求的前提下選擇合適的結(jié)構(gòu)組合成產(chǎn)品雛形,再根據(jù)約束條件來(lái)修正,直至產(chǎn)品定型.難點(diǎn)/關(guān)鍵在于充分了解產(chǎn)品的使用要求,找到合理的物化過(guò)程和物化結(jié)構(gòu)逆向工程與正向工程的區(qū)別第28頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程幾何實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程,產(chǎn)品設(shè)計(jì)是從模型數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程開始的,對(duì)已有產(chǎn)品的仿制或僅局部修改,對(duì)產(chǎn)品的功能不做主要因素考慮,難點(diǎn)/關(guān)鍵在于模型的重構(gòu)技術(shù)(對(duì)已有模型進(jìn)行合理幾何表達(dá)的方法)逆向工程與正向工程的區(qū)別第29頁(yè)/共80頁(yè)正向工程概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)字化模型的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型的物化成品功能需求設(shè)計(jì)人員功能尺寸信息設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)CAD/CAM系統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn)操作人員工藝清單操作規(guī)程N(yùn)C機(jī)床NC程序功能導(dǎo)向(Functionally-oriented)對(duì)象導(dǎo)向(Object-oriented)預(yù)定模式(Prescriptivemodel)第30頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程初始數(shù)據(jù)獲得數(shù)字化模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型的物化成品設(shè)計(jì)人員操作人員技術(shù)要求測(cè)量方案操作規(guī)程CMM測(cè)繪工具點(diǎn)云模型/測(cè)量數(shù)據(jù)模型/樣件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)人員CAD/CAM系統(tǒng)工藝清單操作規(guī)程操作人員NC機(jī)床NC程序功能導(dǎo)向(Functionally-oriented)描述模式(Descriptivemodel)系統(tǒng)仿造(Systemas-is)第31頁(yè)/共80頁(yè)針對(duì)一現(xiàn)有工件(樣品或模型),利用3D數(shù)字化量測(cè)儀器準(zhǔn)確快速地獲得輪廓坐標(biāo),并加以建構(gòu)曲面編輯修改后傳至一般的CAD/CAM系統(tǒng),將CAM產(chǎn)生的NC加工路徑送至CNC加工機(jī),制作所需模具或者送到快速成型機(jī)(Rapidprototyping)將樣品模型制作出來(lái)。基于幾何反求的逆向工程第32頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程步驟了解要求(客戶,產(chǎn)品性能要求等)，這將決定設(shè)計(jì)工作量了解設(shè)計(jì)條件，含測(cè)量手段、生產(chǎn)條件產(chǎn)品測(cè)量。獲取重構(gòu)電子模型所需數(shù)據(jù)，最常用三視圖的2D輪廓和特征輪廓（曲面）第33頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程過(guò)程

第34頁(yè)/共80頁(yè)合并調(diào)整點(diǎn)云曲率濾波點(diǎn)45,000,000100,000劃網(wǎng)格后處理合并反求輸出劃網(wǎng)格濾波掃描幾何逆向工程第35頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程注意事項(xiàng)在反求CAD模型過(guò)程，出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象時(shí)，要使用虛構(gòu)方法進(jìn)行重建，捕捉原作品的設(shè)計(jì)思想，反求原始曲面，再進(jìn)行修剪，保證所需曲面的光順產(chǎn)品精度要求高時(shí)，需對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果與原件比較，檢測(cè)手段:在電腦上作比較輪廓打印制造模型快速成形最終產(chǎn)品還要考慮縮水或回彈及其它一些工藝問(wèn)題第36頁(yè)/共80頁(yè)鞋揎的掃描和反求汽車造型的掃描和反求復(fù)雜曲面的反求逆向工程的應(yīng)用第37頁(yè)/共80頁(yè)骨骼的掃描及反求第38頁(yè)/共80頁(yè)牙頜的點(diǎn)云和反求第39頁(yè)/共80頁(yè)顱骨的點(diǎn)云和反求狗頭部的點(diǎn)云和反求人面部部的點(diǎn)云和反求第40頁(yè)/共80頁(yè)表面重建應(yīng)用于影視動(dòng)畫技術(shù)第41頁(yè)/共80頁(yè)點(diǎn)云網(wǎng)格藝術(shù)品的點(diǎn)云和反求第42頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)物（產(chǎn)品）尺寸的三維測(cè)量技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的前處理技術(shù)。包括：測(cè)量數(shù)據(jù)的壞點(diǎn)、測(cè)量誤差的去除，多視圖測(cè)量數(shù)據(jù)的整體拼接，冗余數(shù)據(jù)的去除，測(cè)量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化和優(yōu)化，等等測(cè)量數(shù)據(jù)的CAD反向建模技術(shù)。包括：測(cè)量數(shù)據(jù)的分割和曲面擬合，被測(cè)實(shí)物的CAD模型重構(gòu)技術(shù)等。逆向工程的接口技術(shù)。包括：測(cè)量數(shù)據(jù)與快速成形系統(tǒng)的接口（STL文件），測(cè)量數(shù)據(jù)與CNC設(shè)備的接口（DXF、IGES、點(diǎn)云文件），測(cè)量數(shù)據(jù)與CAD/CAM系統(tǒng)的接口（DXF、IGES、STEP文件），以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的制造設(shè)備、CAD/CAE/CAM等軟件的數(shù)據(jù)交換。第43頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程的應(yīng)用舉例第44頁(yè)/共80頁(yè)前期準(zhǔn)備:如貼參考點(diǎn)、物體表面噴涂顯像劑和儀器與軟件校準(zhǔn)等。掃描過(guò)程:葉輪的整個(gè)外形都需要掃描，無(wú)法一次掃描完成。根據(jù)葉輪的形狀，把其分成上下2部分，分別掃描。然后在ATOS軟件中，通過(guò)公共參考點(diǎn)把分別掃描所得的兩個(gè)文件合并為一個(gè)整體。水泵葉輪實(shí)物照片

逆向工程用于水泵葉輪測(cè)量和加工第45頁(yè)/共80頁(yè)葉輪外形尺寸為φ370×85。對(duì)掃描系統(tǒng)校準(zhǔn)后，即可對(duì)水泵葉輪上下部分多個(gè)角度的不同方位進(jìn)行掃描掃描軟件依據(jù)參考點(diǎn)，把每幅掃描照片自動(dòng)進(jìn)行拼合，最終完成整個(gè)葉輪外形的掃描掃描完成后，經(jīng)過(guò)點(diǎn)云對(duì)齊、三角化、光順和稀化，得到的葉輪外形點(diǎn)云文件。輸出STL文件，以便Imageware軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行后序處理

ATOS掃描儀掃描的水泵葉輪原始點(diǎn)云水泵葉輪掃描過(guò)程第46頁(yè)/共80頁(yè)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理Imageware軟件調(diào)入點(diǎn)云文件，依據(jù)其特征做出一些輔助基準(zhǔn)，進(jìn)行方位對(duì)齊，為提取截面線做準(zhǔn)備。過(guò)濾點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的雜點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，刪除不必要的點(diǎn)，適當(dāng)降低點(diǎn)云密度，可加快計(jì)算機(jī)處理速度。特征線的提取第47頁(yè)/共80頁(yè)特征線的提取根據(jù)葉輪外形特點(diǎn)，劃分出二次曲面的區(qū)域。對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分割，把這些二次曲面擬合構(gòu)造平面、圓柱面或球面，或直接做出特征。葉輪與軸連接部位是內(nèi)螺旋槽，測(cè)量十分困難。關(guān)鍵是做出螺旋線，測(cè)量出螺距，最后構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)螺旋線。以孔中心為圓點(diǎn)作圓并投影在螺旋面點(diǎn)云上，產(chǎn)生螺旋截面線點(diǎn)云，擬合產(chǎn)生螺旋線，裁剪螺旋線得到半圈的螺旋線，通過(guò)兩頭端點(diǎn)計(jì)算得出螺旋線的螺距為(29.86mm)。為求得更精確的螺距，可多做幾個(gè)大小不同的圓，求其均值。第48頁(yè)/共80頁(yè)特征線分析為了確保重構(gòu)特征線的精度，在任何一條特征線的構(gòu)建過(guò)程中，都要隨時(shí)檢測(cè)點(diǎn)云和曲線之間的偏差。確保特征線在偏差允許范圍內(nèi)，以保證與原型的一致性。螺旋線偏差分析結(jié)果如圖所示。第49頁(yè)/共80頁(yè)構(gòu)建曲面模型

在UGNX中直接讀取Imageware軟件的*.IMW格式文件把在Imageware中構(gòu)建好的特征曲線導(dǎo)入到UGNX中，并保證坐標(biāo)系的一致性。對(duì)調(diào)入的曲線進(jìn)行分析，并對(duì)曲線進(jìn)行光順處理，或?qū)η€進(jìn)行重構(gòu)和編輯。使用UGNX的特征造型和曲面造型功能，最終完成水泵葉輪的三維造型。第50頁(yè)/共80頁(yè)構(gòu)建曲面模型

完成三維造型后，反過(guò)來(lái)可利用UGNX軟件重構(gòu)的三維模型讀入Imageware軟件中，比較分析重構(gòu)的三維模型和掃描的點(diǎn)云之間的偏差。用彩色云圖將差異顯示出來(lái)，可直觀地了解曲面與點(diǎn)云間的差異，并且可指定一個(gè)可接受的公差帶，求出在公差帶內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量，檢測(cè)逆向掃描測(cè)量的精確性。

第51頁(yè)/共80頁(yè)利用逆向工程進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)

利用傳統(tǒng)的檢測(cè)手段很難準(zhǔn)確檢測(cè)，因此同樣可利用逆向工程技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行準(zhǔn)確、高效率的檢測(cè)。首先對(duì)加工零件進(jìn)行掃描，然后把掃描所得的點(diǎn)云和原始設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型一起調(diào)入逆向工程軟件Imageware中，分析比較二個(gè)模型間的偏差，用彩色云圖將差異顯示出來(lái)，從而檢測(cè)零件的加工精度。逆向工程技術(shù)不但在單件加工上可以很方便地對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行檢測(cè)，而且在批量生產(chǎn)和流水化生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品的抽檢也顯得十分方便。如注塑件手機(jī)的外殼，就可以利用逆向工程技術(shù)很快地完成檢測(cè)工作。第52頁(yè)/共80頁(yè)汽車試制車間用逆向工程系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)汽車試制子公司有大量的零件要進(jìn)行檢測(cè),利用逆向工程系統(tǒng)可對(duì)零件進(jìn)行全尺寸質(zhì)量檢測(cè),并自動(dòng)生成質(zhì)檢報(bào)表,大大提高了效率

實(shí)測(cè)鈑金點(diǎn)云的STL文件點(diǎn)云與CAD數(shù)據(jù)的比對(duì)結(jié)果第53頁(yè)/共80頁(yè)精細(xì)件—上海阿爾卡特手機(jī)反求點(diǎn)云第54頁(yè)/共80頁(yè)精細(xì)件—上海阿爾卡特手機(jī)曲面重構(gòu)第55頁(yè)/共80頁(yè)逆向工程技術(shù)(RE)：該技術(shù)采用三角光學(xué)法、光柵投影法、數(shù)字照相系統(tǒng)、層切法、計(jì)算機(jī)斷層掃描CT（ComputedTomography）等方法獲得已有產(chǎn)品原型的表面CAD數(shù)據(jù)，可以快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)。

RE技術(shù)在汽車研制過(guò)程中的應(yīng)用第56頁(yè)/共80頁(yè)福萊爾轎車車燈設(shè)計(jì)第57頁(yè)/共80頁(yè)轎車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第58頁(yè)/共80頁(yè)客車內(nèi)飾儀表盤設(shè)計(jì)第59頁(yè)/共80頁(yè)軟件：Pro/E、UG、Cetia、Solidwork、SolidEdge、Ideas、ANSYS、Nastran、AUTOFORM、DYNAFORM、SURFACER、DELCAM等正版軟件人員：專業(yè)反求人員硬件：LSH600光切反求設(shè)備——汽車內(nèi)飾件外形測(cè)量Faro大場(chǎng)景反求設(shè)備——汽車外覆蓋件測(cè)量SL350層切法反求設(shè)備——汽車零件復(fù)雜內(nèi)型腔表面測(cè)量逆向工程工作基礎(chǔ)第60頁(yè)/共80頁(yè)汽車車型反求工程流程圖第61頁(yè)/共80頁(yè)激光掃描反求設(shè)備——LSH系列適合于汽車內(nèi)飾件外形測(cè)量第62頁(yè)/共80頁(yè)Faro移動(dòng)式反求測(cè)量設(shè)備一臺(tái)——適合于汽車外覆蓋件測(cè)量第63頁(yè)/共80頁(yè)Faro移動(dòng)式反求測(cè)量設(shè)備測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)與CAD建模第64頁(yè)/共80頁(yè)汽車門的三維掃描采用多次掃描拼合的方法，整個(gè)車門分成14次掃描，拼合誤差約為0.1mm。點(diǎn)距約0.5mm,點(diǎn)云均勻，邊界清楚車門三維點(diǎn)云（采樣后）散亂點(diǎn)顯示渲染后的點(diǎn)云第65頁(yè)/共80頁(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)罩測(cè)量點(diǎn)云拼合后發(fā)動(dòng)機(jī)罩測(cè)量點(diǎn)云拼合前新款汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩反求測(cè)量第66頁(yè)/共80頁(yè)轎車車身模型——掃描測(cè)量第67頁(yè)/共80頁(yè)云狀數(shù)據(jù)點(diǎn)處理第68頁(yè)/共80頁(yè)車身頂部平面掃描結(jié)果多視拼接結(jié)果第69頁(yè)/共