機械創(chuàng)新逆向工程技術(shù)課件

逆向工程技術(shù)

ReverseEngineering

逆向工程技術(shù)

ReverseEngineering

2一、逆向工程簡介1.逆向工程的定義

針對消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。它是以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實物、軟件（圖紙、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖片、照片等）作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行系統(tǒng)深入的分析和研究，探索其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品?！獜V義定義2一、逆向工程簡介1.逆向工程的定義針對3廣義逆向工程主要內(nèi)容逆向工程技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計意圖與原理、幾何形狀和結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝、管理等3廣義逆向工程主要內(nèi)容逆向工程技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計意4

將實物轉(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)計模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。狹義定義逆向工程技術(shù)4將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何5根據(jù)現(xiàn)有的實物樣件或手工制造的模型數(shù)據(jù)模型CAD模型利用一些軟件處理和數(shù)據(jù)管理對模型進(jìn)行進(jìn)一步的修改和再優(yōu)化設(shè)計認(rèn)識產(chǎn)品再現(xiàn)產(chǎn)品

超越原產(chǎn)品

狹義流程逆向工程技術(shù)5根據(jù)現(xiàn)有的實數(shù)據(jù)模型利用一些軟件處理認(rèn)識產(chǎn)品再現(xiàn)產(chǎn)品超越6產(chǎn)品實物幾何外形的數(shù)字化子系統(tǒng)2.逆向工程系統(tǒng)組成產(chǎn)品或模具的制造子系統(tǒng)三維CAD模型重建子系統(tǒng)建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)需要下列基本配備：1）測量設(shè)備，例如：三坐標(biāo)測量儀、三維掃描儀；2）點數(shù)據(jù)處理軟件，即逆向工程軟件，Imageware、Geomagic；3）CAD/CAM/CAE軟件，例如：UG、Pro/E、CATIA;4）CNC機床、快速成型設(shè)備。6產(chǎn)品實物幾何外形的數(shù)字化子系統(tǒng)2.逆向工程系統(tǒng)組成產(chǎn)品或模71.對產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域

二、逆向工程應(yīng)用71.對產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域二、逆向工程應(yīng)用82.當(dāng)設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的產(chǎn)品

82.當(dāng)設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的產(chǎn)品93.在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD

模型的情況下。

93.在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD10

4.在模具行業(yè)，經(jīng)常需要反復(fù)修模，而這些幾何外形的變化并未反映在原始的CAD模型上。104.在模具行業(yè)，經(jīng)常需要反復(fù)修模，而這些幾何外形115.逆向工程在新產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計上同樣具有相當(dāng)高的應(yīng)用價值。115.逆向工程在新產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計上同樣具有相當(dāng)高的應(yīng)126.逆向工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的假體設(shè)計、制作、植入及外科手術(shù)規(guī)劃等方面得到了應(yīng)用，發(fā)展前景良好。特種服裝、頭盔的制造等要以使用者的身體為原始的設(shè)計依據(jù)，此時需要利用逆向工程技術(shù)建立人體的幾何模型。126.逆向工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的假體設(shè)計、制作、植入及外科137.逆向工程應(yīng)用在正向設(shè)計結(jié)果的檢驗，也稱為計算機輔助檢測CAT。137.逆向工程應(yīng)用在正向設(shè)計結(jié)果的檢驗，也稱為計算機輔助檢8.藝術(shù)品、考古文物的修復(fù)與復(fù)制。8.藝術(shù)品、考古文物的修復(fù)與復(fù)制。15三、逆向工程常用的軟件15三、逆向工程常用的軟件16Imageware

Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件領(lǐng)域。擁有廣大的用戶群，國外有BMW、GM、Boeing、Ford、Toyota；國內(nèi)已有上海大眾、上海交大、上海DELPHI、成都飛機制造公司等。

16ImagewareImageware是著名的17Geomagic

Geomagic是一家世界級的軟件及服務(wù)公司。在眾多工業(yè)領(lǐng)域，比如汽車、航空、醫(yī)療設(shè)備和消費產(chǎn)品，許多專業(yè)人士在使用Geomagic軟件和服務(wù)。GeomagicStudio是被廣泛應(yīng)用的逆向軟件。快速成長的Geomagic，正成為數(shù)字形狀采樣及處理（DSSP）的領(lǐng)導(dǎo)者。17GeomagicGeomagic是一家世界級18逆向工程軟件的選擇通用的CAD/CAM系統(tǒng)中集成的逆向工程模塊，自動化程度較高，但功能尚顯單一。在完成高精度（0.1mm）的項目、點云質(zhì)量不高和細(xì)節(jié)特征較多時，不能較好的完成任務(wù)。在根據(jù)特征劃分點云方面還有待改進(jìn)，人工控制能力也有待加強。通用CAD軟件和專用的逆向工程軟件相結(jié)合是完成高精度模型重建的有效方法。18逆向工程軟件的選擇通用的CAD/CAM系四、逆向工程測量系統(tǒng)

高效、高精度地實現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。

數(shù)據(jù)測量，即產(chǎn)品表面數(shù)字化，指通過特定的測量設(shè)備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評價、改進(jìn)和制造。四、逆向工程測量系統(tǒng)高效、高精度地實現(xiàn)樣件表面的20接觸式三坐標(biāo)測量機機械手非接觸式

光學(xué)測量聲學(xué)測量磁學(xué)測量

破壞式——自動斷層掃描

1.數(shù)據(jù)測量方法的分類20接觸式1.數(shù)據(jù)測量方法的分類211機械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。2接觸式測量的探頭直接接觸工件表面，與工件表面的反射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。3被測物體固定在三坐標(biāo)測量機上，并配合測量軟件，可快速準(zhǔn)確地測量出物體的基本幾何形狀，如面、圓、圓柱、圓錐、圓球等。接觸式測量的優(yōu)點：2.數(shù)據(jù)測量方法的優(yōu)缺點比較211機械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。球形探頭容易因接觸力造成磨損；逐點方式測量，速度慢探頭的力使被測件局部發(fā)生變形，影響精度；接觸過程可能損害工件某些重要部位表面精度；需要進(jìn)行探頭半徑補償檢測一些內(nèi)部元件要求探頭直徑小于被測內(nèi)圓直徑Text接觸式測量主要缺點如下：球形探頭容易因逐點方式測量，速度慢探頭的力使被測件接觸過程可23測量速度非?？?，不必像接觸觸發(fā)探頭那樣逐點進(jìn)行測量；不必做探頭半徑補償，因為激光光點位置就是工件表面的位置；軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測量。123非接觸式測量的優(yōu)點：（與接觸式測量相比，非接觸式測量主要有以下優(yōu)點）23測量速度非常快，不必像接觸觸發(fā)探頭那樣逐點進(jìn)行測量；不必易受工件表面的反射特性的影響，如顏色、斜率；測量精度較差工件幾何外形變化大時成像會失焦，成像模糊；易受環(huán)境光線及雜散光影響，故噪聲較高，困難；工件表面的粗糙度會影響測量結(jié)果對邊線處理、凹邊處理及不連續(xù)形狀的處理較困難Text非接觸式測量主要缺點如下：易受工件表面的反射特性測量精度較差工件幾何外形易受環(huán)境光線及25各種測量方式比較：25各種測量方式比較：26從表中的數(shù)據(jù)可以看出，各種數(shù)據(jù)采集方式都有一定的局限性，對于逆向測量而言，數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)滿足如下要求：

（1）采集精度應(yīng)滿足工程的實際需要；

（2）采集速度要快，盡量減少測量在整個逆向工程中所占的時間；

（3）數(shù)據(jù)采集要完整，不能有缺漏，以免給后期的曲面重構(gòu)帶來障礙；

（4）數(shù)據(jù)采集過程中不能破壞原形；

（5）降低測量成本。26從表中的數(shù)據(jù)可以看出，各種數(shù)據(jù)采集方式都有一定的273.逆向工程常用的測量設(shè)備3.1接觸式測量三坐標(biāo)測量機CoordinateMeasuringMachineCMM

關(guān)節(jié)臂273.逆向工程常用的測量設(shè)備3.1接觸式測量三坐標(biāo)測量機關(guān)幾種典型的三坐標(biāo)測量機

懸臂式測量機活動橋式測量機固定橋式測量機幾種典型的三坐標(biāo)測量機懸臂式測量機活動橋式測量機固定橋式測29幾種典型的三坐標(biāo)測量機龍門移動式測量機29幾種典型的三坐標(biāo)測量機龍門移動式測量機30非接觸式按其原理不同，又可分為：3.2非接觸式測量手持式激光掃描儀30非接觸式按其原理3.2非接觸式測量手持式激光掃描儀31三維激光掃描儀31三維激光掃描儀323DSS系列三維掃描儀ThreeDimensionalSensingSystem323DSS系列三維掃描儀333DSS系列三維掃描儀ThreeDimensionalSensingSystem333DSS系列三維掃描儀343.3測量設(shè)備知名公司343.3測量設(shè)備知名公司CyberwareCyberwareFAROFAROGOMATOSGOMATOSSOLUTIONIXRexcanSOLUTIONIXRexcan394.測量數(shù)據(jù)的輸出測量設(shè)備都帶有自己的測量數(shù)據(jù)處理軟件或集成其它逆向工程軟件，對測量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單預(yù)處理，如數(shù)據(jù)的刪減、對齊、點云的修補、誤差點的識別和去除等，然后將處理好的數(shù)據(jù)以某種格式輸出，為后面的實物三維CAD模型或產(chǎn)品或模具制造做準(zhǔn)備。394.測量數(shù)據(jù)的輸出測量設(shè)備都帶有自己的測

五、數(shù)據(jù)處理非接觸方法獲取的數(shù)據(jù)通常非常龐大，被稱作點云（PointClouds）。為了獲得完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要在模型重建前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。是數(shù)據(jù)獲取是否進(jìn)行多次測量多視對齊數(shù)據(jù)光順數(shù)據(jù)插補數(shù)據(jù)精簡數(shù)據(jù)分割噪點去除否五、數(shù)據(jù)處理非接觸方法獲取的數(shù)據(jù)通常非常龐大1．噪點去除噪點：測量誤差點1．噪點去除噪點：測量誤差點2．多視對齊Polyworks的IMAlign模塊粘貼特征點2．多視對齊Polyworks的IMAlign模塊粘貼特征點3．?dāng)?shù)據(jù)光順

在汽車、摩托車覆蓋件的應(yīng)用中，對表面的光順性往往有很高的要求，通常要求達(dá)到A級(ClassA)曲面品質(zhì)。G0連續(xù)：位置連續(xù)，即曲面間沒有縫隙，但可能有銳利邊緣，不常用。G1連續(xù)：切線連續(xù)，制作簡單，成功率高，常用于小家電面的相交處。G2連續(xù)：曲率連續(xù)，視覺效果光滑流暢，是A級曲面的最低標(biāo)準(zhǔn)。G3連續(xù)：曲率的變化率連續(xù)G4連續(xù)：曲率變化率的變化率連續(xù)反光效果完美，通常用于汽車設(shè)計

五、數(shù)據(jù)處理3．?dāng)?shù)據(jù)光順在汽車、摩托車覆蓋件的應(yīng)用中，對4．?dāng)?shù)據(jù)插補原始點云完成插補后的點云樣件復(fù)雜結(jié)構(gòu)測量機的限制無法測到的區(qū)域（凹邊、孔、突起、拐角等處）數(shù)據(jù)“空白”可用Polyworks軟件的IMEdit模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)插補。

五、數(shù)據(jù)處理4．?dāng)?shù)據(jù)插補原始點云完成插補后的點云樣件復(fù)雜結(jié)構(gòu)測量機的限制按距離精簡按弦偏差精簡原始點云平均精簡5．?dāng)?shù)據(jù)精簡采用非接觸式測量儀對大型樣件進(jìn)行測量時，會得到海量點云。

五、數(shù)據(jù)處理按距離精簡按弦偏差精簡原始點云平均精簡5．?dāng)?shù)據(jù)精簡采用非接觸6．?dāng)?shù)據(jù)分割被測樣件多個自由曲面多個規(guī)則曲面多個平面分割單個的曲面或平面點云合理的方法構(gòu)造曲面片整體曲面模型拼接、縫合

五、數(shù)據(jù)處理6．?dāng)?shù)據(jù)分割被測樣件多個自由曲面分割單個的曲面或平面點云合理

六、模型重構(gòu)曲面重構(gòu)實體模型1．曲面重構(gòu)Imageware：點處理模塊、曲面處理模塊和評價模塊。六、模型重構(gòu)曲面重構(gòu)實體模型1．曲面重構(gòu)Imagewar1.1點云處理1．曲面重構(gòu)1.1點云處理1．曲面重構(gòu)點云的圈選沿任一方向截取點云1．曲面重構(gòu)1.1點云處理點云分割點云的圈選沿任一方向截取點云1．曲面重構(gòu)1.1點云處理沿某一軸線方向的系列平面截取點云沿一條曲線的系列平面截取點云1.1點云處理1．曲面重構(gòu)沿某一軸線方向的系列平面截取點云沿一條曲線的系列平面截取點1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造

由點云擬合均勻曲面

構(gòu)造雙向放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由點云擬合均勻曲面構(gòu)造

由邊界曲線生成曲面

構(gòu)造放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由邊界曲線生成曲面構(gòu)造放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲

由曲線網(wǎng)格構(gòu)造曲面

構(gòu)造旋轉(zhuǎn)曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由曲線網(wǎng)格構(gòu)造曲面構(gòu)造旋轉(zhuǎn)曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲

構(gòu)造掃略曲面發(fā)生線路徑1路徑21.3曲面修改1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造

調(diào)整曲面控制點構(gòu)造掃略曲面發(fā)生線路徑1路徑21.3曲面修改1．曲面

構(gòu)建曲面凸緣

曲面倒圓1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改構(gòu)建曲面凸緣曲面倒圓1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改

曲面橋接

曲面合并1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改

曲面裁剪曲面橋接曲面合并1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改曲面裁剪1．曲面重構(gòu)1.4曲面評價曲面與點云的誤差曲面的光順度1．曲面重構(gòu)1.4曲面評價曲面與點云的誤差曲面的光順度

六、模型重構(gòu)2．CAD模型在曲面重構(gòu)軟件中將曲面保存為igs格式，再導(dǎo)入CAD軟件。六、模型重構(gòu)2．CAD模型在曲面重構(gòu)軟件中將曲面保存為ig2．CAD模型

六、模型重構(gòu)2．CAD模型六、模型重構(gòu)60七、快速成型設(shè)備60七、快速成型設(shè)備61七、快速成型設(shè)備61七、快速成型設(shè)備八、逆向工程實例八、逆向工程實例1.Y型管罩a、根據(jù)客戶要求制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方案。本案例采用激光掃描儀一次掃描完成數(shù)據(jù)采集。b、對點數(shù)據(jù)進(jìn)行去除雜點、過濾精簡等處理。c、根據(jù)樣件的特點提取特征線，本案例按照一條曲線取截面線。1.Y型管罩a、根據(jù)客戶要求制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集