先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交大

1、先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) 第第四四章章 產(chǎn)品逆向工程產(chǎn)品逆向工程 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 一一.逆向工程概述逆向工程概述 1. 正向工程正向工程 一般工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開(kāi)始，構(gòu)思產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然 后進(jìn)行每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、制造以及檢驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)裝配、性能測(cè)試等程序完 成整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，每個(gè)零部件都有設(shè)計(jì)圖紙，按確定的工藝文件加工。這種 開(kāi)發(fā)模式稱為預(yù)定模式（prescriptive model），此類開(kāi)發(fā)工作稱為正向工程 （forward engineering）或正向設(shè)計(jì)，產(chǎn)品正向開(kāi)發(fā)的流程如圖所示。 一一. 逆向工程概述

2、逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2.逆向工程逆向工程 逆向工程（Reverse Engineering 簡(jiǎn)稱RE），又稱反求工程或逆 向設(shè)計(jì)，是將已有產(chǎn)品模型（實(shí)物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型 和概念模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程分析和再創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種 方法和應(yīng)用技術(shù)，可有效提高產(chǎn)品的技術(shù)水平，縮短設(shè)計(jì)周期， 增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)而創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)各 種新產(chǎn)品的重要手段。逆向工程作為吸收先進(jìn)技術(shù)的一種手段， 使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上。掌握逆向工程技術(shù)，對(duì) 我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平的提高和企業(yè)快速響應(yīng)市 場(chǎng)能力的提升，具有重要的工程意義

3、。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程通常是對(duì)某一實(shí)物樣件或模型（稱為零件原型，如汽車 的外形、鞋楦模等）進(jìn)行仿制。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 目前，針對(duì)已有樣件（尤其是包含有復(fù)雜不規(guī)則自由曲面的樣件），可 利用三維數(shù)字化測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確、快速地測(cè)量出產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)，在逆向軟件 中構(gòu)建曲面模型，再輸入CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)一步編輯、修改，由CAM生成刀 具NC代碼（加工路徑）送至數(shù)控機(jī)床（CNC）制作所需模具，或者由快速 成型機(jī)（RP）將樣品模型制作出來(lái)。 一一.逆向工程概述逆向

4、工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程主要包括以下四個(gè)步驟： (1) 零件原型的數(shù)字化 (2) 零件原型的特征識(shí)別與提取 (3) 零件原型CAD模型的重建 (4) CAD模型的檢驗(yàn)與修正 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 逆向工程大致應(yīng)用在以下幾種情況： (1) 許多使用粘土或泡沫模型代替CAD設(shè)計(jì)的情況，最終需要運(yùn)用逆向 工程將這些實(shí)物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。 (2) 外形設(shè)計(jì)師傾向使用產(chǎn)品的比例模型，以便于產(chǎn)品外形的美學(xué)評(píng)價(jià)， 最終可通過(guò)運(yùn)用逆向工程技術(shù)將這些比例模型用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，通過(guò) 比例運(yùn)算得到美

5、觀的真實(shí)尺寸的CAD模型。 (3) 需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件的形狀， (4) 藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 一一.逆向工程概述逆向工程概述 (5) 人體中的骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)制、假肢制造。 (6) 特種服裝、頭盔的制造要以使用者的身體為原始設(shè)計(jì)依據(jù)，此時(shí)， 需首先建立人體的幾何模型 (7) 在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表現(xiàn)為：通過(guò)逆向 工程，可以方便地對(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量， 找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代可使產(chǎn)品完 善。 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4

6、章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 反求工程的關(guān)鍵技術(shù)有: 數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、模型重 構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)。 (1) 數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù) 反求工程中數(shù)據(jù)測(cè)量方法主要分為兩種:一種是傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量 法，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)法；另一種是非接觸測(cè)量法，如投影光柵法、 激光三角形法、工業(yè)CT 法、核磁共振法(MRI)、自動(dòng)斷層掃描法等。 只有獲取了高質(zhì)量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，才能生成準(zhǔn)確的幾何模型。所 以，測(cè)量方法的選取是反求工程中一個(gè)非常重要的問(wèn)題。 (2) 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 對(duì)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)在CAD 模型重構(gòu)之前應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要 是為了排除噪聲數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)、精簡(jiǎn)和歸并冗余數(shù)據(jù)，通常包

7、括: 噪聲點(diǎn)過(guò)濾數(shù)據(jù)點(diǎn)分區(qū)數(shù)據(jù)點(diǎn)精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)平滑。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (3) 模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù) 通過(guò)重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD 模型，在探詢和了解原設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ) 上，實(shí)現(xiàn)對(duì)原型的修改和再設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)計(jì)創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目 的，同時(shí)也可以完成產(chǎn)品或模具的制造。 一一.逆向工程概述逆向工程概述 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程系統(tǒng)組成 (1) 測(cè)量測(cè)頭測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式 (2) 測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂及激光追蹤站等。 (3)

8、 數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理軟件 (4) 模型重建軟件模型重建軟件 (5) CAE軟件軟件 (6) 數(shù)控加工設(shè)備數(shù)控加工設(shè)備 (7) 快速原型機(jī)快速原型機(jī) (8) 產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品批量生產(chǎn)設(shè)備 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 2. 測(cè)量方式測(cè)量方式 逆向工程多用三維立體測(cè)量，具體有：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè) 量。 (1) 接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量 接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)有： 接觸式測(cè)量不受樣件表面的反射特性、顏色及曲率影響，配合測(cè) 量軟件，可快速準(zhǔn)確地測(cè)量出物體的基本幾何形狀，

9、如面、圓柱、 圓錐、圓球等。接觸式測(cè)量的機(jī)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。 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)有： 確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，測(cè)量費(fèi)用較高。 測(cè)量系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)誤差。 檢測(cè)某些輪廓時(shí)，可能會(huì)有先天的限制。 以逐點(diǎn)進(jìn)出方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量速度慢。 測(cè)頭尖端部分與被測(cè)件之間發(fā)生局部變形影響測(cè)量值的實(shí)際讀 數(shù)。 不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p害樣件,也會(huì)使測(cè)頭磨耗、損壞。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響

10、，得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并 不是測(cè)頭所觸及的表面點(diǎn)的坐標(biāo)，而是測(cè)頭球心的坐標(biāo)， 如要求得物 體真實(shí)外形則需要對(duì)測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量 非接觸光學(xué)測(cè)量有如下優(yōu)點(diǎn)： 沒(méi)有測(cè)量力 測(cè)量速度和采樣頻率較高。 不必進(jìn)行測(cè)頭半徑的補(bǔ)償。 不少光學(xué)測(cè)頭具有大的量程。 同時(shí)探測(cè)的信息豐富。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 但非接觸式測(cè)量也還存在一些缺點(diǎn)： 測(cè)量精度較差。 使用CCD作探測(cè)器時(shí)，成像鏡頭的焦

11、距會(huì)影響測(cè)量精度。 非接觸式測(cè)頭是接收工件表面的反射光或散射光，測(cè)量結(jié)果易受環(huán) 境光線及工件表面的反射特性的影響，噪聲較高，噪聲信號(hào)的處理比 較麻煩。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 激光掃描儀 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 測(cè)量方式非接觸式接觸式 測(cè)量精度10100 m1 m 傳感器光電接收器件 開(kāi)關(guān)器件 測(cè)量速度100012000點(diǎn)秒人工控制（較慢） 前置作業(yè)通常表面需噴漆，無(wú)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 工件材質(zhì)無(wú)限定硬質(zhì)材質(zhì) 測(cè)量死角光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處工件內(nèi)部不易測(cè)量 誤差隨曲面變化大 部分失真 優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量速度快，

12、曲面數(shù)據(jù)獲取容易； 不必做測(cè)頭半徑補(bǔ)償； 可測(cè)量柔軟、易碎、不可接觸、薄件、 皮毛、變形細(xì)小等工件； 無(wú)接觸力，不會(huì)傷害精密表面。 精度較高； 可直接測(cè)量工件的特定幾何特征。 缺點(diǎn) 測(cè)量精度較差，無(wú)法判別特定幾何特 征； 陡峭面不易測(cè)量，激光無(wú)法照射到的 地方亦無(wú)法測(cè)量； 工件表面與測(cè)頭表面不垂直，則測(cè)得 的誤差變大； 工件表面的明暗程度會(huì)影響測(cè)量的精 度。 需逐點(diǎn)測(cè)量，速度慢； 測(cè)量前需做半徑補(bǔ)償； 接觸力大小會(huì)影響測(cè)量值； 接觸力會(huì)造成工件及測(cè)頭表面磨耗，影響光滑度； 傾斜面測(cè)量時(shí)，不易補(bǔ)償半徑，精度低； 測(cè)量工件內(nèi)部時(shí)，形狀尺寸會(huì)影響測(cè)量值。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及

13、工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 測(cè)量設(shè)備測(cè)量設(shè)備 (1) 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machine，簡(jiǎn)稱CMM）是一種精 密的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為主機(jī)、測(cè)頭、電氣系統(tǒng)三 大部分。 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu) 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理

14、 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 CMM是典型的接觸式測(cè)量系統(tǒng)，一般采用觸發(fā)式接觸測(cè)量頭，一次 采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 使用CMM時(shí)必須設(shè)定較多參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，掃描方向與模型陡峭面 成正交為佳。由于工件表面形狀不一，故常常要將工件分成不同的區(qū) 域，使用不同的參數(shù)掃描。若測(cè)量復(fù)雜形狀的工件，則比較耗時(shí)。 CMM主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但一般接觸式測(cè)頭測(cè)量效 率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原

15、理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂多軸關(guān)節(jié)式機(jī)械臂 機(jī)械臂（Robot）也屬于接觸式測(cè)量?jī)x。這種測(cè)量機(jī)幾乎不受方向限 制，可在工作空間做任意方向的測(cè)量。精度不高為其主要缺點(diǎn)，一般 常用于大型鈑金件模具的逆向工程測(cè)量。 (3) 激光掃描測(cè)量?jī)x激光掃描測(cè)量?jī)x 激光掃描測(cè)量?jī)x用于非接觸式測(cè)量。四自由度激光掃描測(cè)量?jī)x工作 臺(tái)具有線性位移及旋轉(zhuǎn)的功能，可帶動(dòng)CCD測(cè)頭做逐線掃描，并配合工 件的旋轉(zhuǎn)完成多角度掃描的功能，基本上只要決定點(diǎn)的密度、掃描范 圍即可，若遇到不感光或是全反射的表面，則必須噴漆或另外處理。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及

16、工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (4) 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng) 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)屬球坐標(biāo)式測(cè)量?jī)x 器此類設(shè)備較適合做大型物體輪廓的測(cè) 量，如飛機(jī)或汽車外型等。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (a)硬式測(cè)頭 (b)觸發(fā)式測(cè)頭 (c)模擬式測(cè)頭 4. 接觸式測(cè)頭及工作原理接觸式測(cè)頭及工作原理 硬式測(cè)頭（Hard Probe或Mechanical Probe）、觸發(fā)式測(cè)頭（Touch Tri gger Probe）及模擬式測(cè)頭（Analog Probe）等三種。 二二. 逆向工

17、程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (1) 硬式測(cè)頭硬式測(cè)頭 硬式測(cè)頭即機(jī)械測(cè)頭，硬測(cè)頭多 用于精度要求不太高的小型測(cè)量機(jī) 中，成本較低、操作簡(jiǎn)單。 (2) 觸發(fā)式測(cè)頭觸發(fā)式測(cè)頭 觸發(fā)式測(cè)頭采用電子開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)， 觸發(fā)信號(hào)由電子開(kāi)關(guān)控制，其重復(fù) 性、準(zhǔn)確性均較高，可達(dá)1m以內(nèi)， 不受人為因素影響. 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (3) 模擬式測(cè)頭模擬式測(cè)頭 模擬式測(cè)頭接觸工件時(shí)會(huì)有側(cè)向位移，光柵尺被感應(yīng)，產(chǎn)生電壓變 化，此模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入處理器記

18、錄下來(lái)，這種測(cè)量 方式稱為模擬式測(cè)量。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 5. 非接觸式測(cè)頭及其工作原理非接觸式測(cè)頭及其工作原理 非接觸式測(cè)頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量。非接觸式測(cè)主要以光學(xué) 測(cè)頭為主，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測(cè)頭已經(jīng)是探測(cè)技術(shù)的一個(gè) 重要發(fā)展方向。 光學(xué)測(cè)頭一般是基于三角法測(cè)量原理。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大

19、（a）點(diǎn)測(cè)量（）點(diǎn)測(cè)量（b）線測(cè)量（）線測(cè)量（c）面測(cè)量）面測(cè)量 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (a)直射式結(jié)構(gòu)(b)斜射式結(jié)構(gòu) 1激光器；2匯聚透鏡；3被測(cè)表面；4接收透鏡；5光電探測(cè)器 (1) 三角法位移測(cè)量原理三角法位移測(cè)量原理 單點(diǎn)式激光三角法測(cè)量有直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù) 立體視覺(jué)測(cè)量是根據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不同 空間位置的兩個(gè)（或多個(gè)）攝象機(jī)拍攝的圖像中

20、 的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來(lái) 獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺(jué)測(cè)量面臨的最 大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹 配的精度與準(zhǔn)確性等問(wèn)題。 二二. 逆向工程系統(tǒng)及工作原理逆向工程系統(tǒng)及工作原理 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x來(lái)獲取的，一方面，無(wú)論是接觸式 的數(shù)控測(cè)量機(jī)還是非接觸式的激光掃描機(jī)，不可避免地會(huì)引入數(shù)據(jù)誤 差， 尤其是尖銳邊和產(chǎn)品邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)， 可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面。同時(shí)由于實(shí)物幾何和測(cè)量 手段的制約，在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，會(huì)存在部分測(cè)量盲區(qū)和缺口，給后續(xù)的 造型帶來(lái)影響。所以需

21、要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理、不同方位測(cè)量的 多視數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊定位、不同特征區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。 三三. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 數(shù)據(jù)平滑數(shù)據(jù)平滑 數(shù)據(jù)平滑的目的是消除測(cè)量噪聲，以得到精確的模型和好的特征提取 效果。 三三. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2. 多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位多視數(shù)據(jù)對(duì)齊定位 在逆向工程實(shí)際過(guò)程中，對(duì)實(shí)物樣件進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，往往不能在同 一坐標(biāo)系下將產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)一次測(cè)出。得到的數(shù)據(jù)為多次測(cè)量數(shù)據(jù)。 對(duì)激光掃描測(cè)量，需要從不同的角度對(duì)樣件的各個(gè)

22、面，以及樣件局 部進(jìn)行放大掃描，以獲取樣件的多視點(diǎn)云。通常為處理方便，將兩種 情況的數(shù)據(jù)都稱為多視數(shù)據(jù)或點(diǎn)云，由于在幾何模型構(gòu)建時(shí)必須將這 些不同坐標(biāo)系下的多視數(shù)據(jù)變換或統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系中，這個(gè)數(shù)據(jù) 處理過(guò)程稱為多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊(Registration)，或數(shù)據(jù)拼合、重定位等。 三三. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割 數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一子 曲面類型的數(shù)據(jù)成組， 數(shù)據(jù)分割方法分為基于測(cè)量的分割和自動(dòng)分割兩種方法。 測(cè)量的分割:適合于曲面特征比較明顯的實(shí)物外形和接觸式測(cè)量，

23、操 作者的水平和經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。 自動(dòng)分割:基于邊,基于面。 三三. 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 在逆向工程中，實(shí)物的三維CAD模型重建是整個(gè)過(guò)程最關(guān)鍵、最復(fù)雜 的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)楹罄m(xù)的產(chǎn)品加工制造、快速原型制造、虛擬制造仿 真、工程分析和產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)等應(yīng)用都需要CAD數(shù)學(xué)模型的支持，這些 應(yīng)用都不同程度地要求重建的CAD模型能準(zhǔn)確的還原實(shí)物樣件，所以點(diǎn) 數(shù)據(jù)的處理、曲面的構(gòu)建方式以及完整的修編和分析等功能，是逆向 工程曲面模型重建相當(dāng)重要的部分。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆

24、向工程西南交 大 1. 曲線擬合造型曲線擬合造型 (1) 曲線擬合（插值與逼近）曲線擬合（插值與逼近） 逼近:樣條曲線 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (2) 曲線修編曲線修編 對(duì)曲線進(jìn)行修形操作，修補(bǔ)由于測(cè)量數(shù)據(jù)的不完整帶來(lái)的擬合曲線 缺陷;具有完整、連續(xù)、光滑的特點(diǎn)，以保證生成曲面的光順性。 (3) 基于曲線的曲面重建基于曲線的曲面重建 在曲線造型完成后，可以通過(guò)不同曲面造型方法，進(jìn)行曲面模型的 重建工作，主要的曲面造型方式有：邊界曲線、N邊曲面、平行曲面、 掃掠、混合、旋轉(zhuǎn)、拉伸（Extend）和直紋面等。 四四. 模型重建技術(shù)模

25、型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 2. 曲面擬合造型曲面擬合造型 直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片后，經(jīng)過(guò)過(guò)渡、混 合、連接形成最終的曲面模型，曲面直接擬合造型既可以處理有序點(diǎn)， 也能處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 3. 曲面編輯曲面編輯 曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等， 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 4. 模型精度的評(píng)價(jià)

26、模型精度的評(píng)價(jià) (1) 模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo)模型精度評(píng)價(jià)指標(biāo) 整體指標(biāo);局部指標(biāo)。 (2) 模型精度評(píng)價(jià)方法模型精度評(píng)價(jià)方法 高斯曲率 (Guassian Curvature)、截面曲率(Section Curvature)、切矢 (Slope ) 、雙向曲率（Porcupine) 、法向矢量(Normals)。 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 曲面的連續(xù)性大致分為位置連續(xù)、切線連續(xù)與曲率連續(xù)。 位置連續(xù)（0階連續(xù)） 切線連續(xù)（1階連續(xù)） 曲率連續(xù)（2階連續(xù)） 四四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西

27、南交 大 5. 逆向工程軟件逆向工程軟件 專業(yè)的逆向工程軟件:英國(guó)DelCAM公司產(chǎn)品 CopyCAD、美國(guó)Imagewar e 公司的Surfacer、美國(guó)Raindrop公司的Geomagic、英國(guó)MDTV公司的ST RIM。 CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開(kāi)始集成了類似功能模塊，如Pro/Engineer中 的Pro/Scantools 和 ICEM Surf模塊、UG中的 PointCloud功能、Cimatron 中的Reverse Engineering功能模塊等，這些系統(tǒng)可以接受有序點(diǎn)，也可 以接受點(diǎn)云數(shù)據(jù)，極大地方便了設(shè)計(jì)人員，但與專業(yè)的逆向工程軟件 相比，它們的功能相當(dāng)有限。 四

28、四. 模型重建技術(shù)模型重建技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 1. 快速原型技術(shù)的基本過(guò)程快速原型技術(shù)的基本過(guò)程 (1) 構(gòu)造產(chǎn)品的三維構(gòu)造產(chǎn)品的三維CAD模型模型 應(yīng)用三維CAD軟件(如Pro/E、UG、Solid Works等) 設(shè)計(jì)三維模型；采 用逆向工程技術(shù)獲取產(chǎn)品的三維模型。 (2) 三維模型的近似處理三維模型的近似處理 用一系列小三角形平面來(lái)逼近模型上的不規(guī)則曲面，從而得到產(chǎn)品 的近似模型。 (3) 三維模型的三維模型的Z向離散化向離散化(即分層處理即分層處理) 將近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取層片 的輪廓信息。 五五. 快速原型技術(shù)快速原型技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)第4章產(chǎn)品逆向工程西南交 大 (4) 處理層片信息，生成數(shù)控代碼處理層片信息，生成數(shù)控代碼 根據(jù)層片幾何信息，生成層片加工數(shù)控代碼，用以控制成形機(jī)的加 工運(yùn)動(dòng)。 (5) 逐層堆積制造逐層堆積制造 在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)生成的數(shù)控指令，RP系統(tǒng)中的成形頭(如激 光掃描頭或噴頭)在X-Y平面內(nèi)按截面輪廓進(jìn)行掃描，固化液態(tài)樹(shù)脂(或 切割紙、燒結(jié)粉末材料、噴射熱熔材料)，從而堆積出當(dāng)前的一個(gè)層片， 并將當(dāng)前層與已加工