反求工程及反求設(shè)計講稿

1、反求工程(gngchng)反求設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計(shj)方法主講人：鄭超強 趙榮共五十三頁目錄Contents Page反求設(shè)計的研究(ynji)對象常用(chn yn)的測量方法與建模應(yīng)用實例什么是反求工程？What is Reverse Engineering?為什么要進行反求？Why should we do RE?怎么進行反求設(shè)計？How to make a Reverse design?共五十三頁Part ASONY收音機本田(bn tin)摩托車CRH反求工程(gngchng)？什么是反求工程？What is Reverse Engineering?共五十三頁反求工程出現(xiàn)(chxin)

2、和發(fā)展的時代背景二戰(zhàn)結(jié)束(jish)后，日本國內(nèi)一片狼藉，經(jīng)濟蕭條，國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值僅為英國的 1/29,法國的1/38,落后于歐美等強國2030年。然而，僅僅經(jīng)過短短1020年 時間的建設(shè)，日本一躍成為僅次于美國的世界第二經(jīng)濟強國。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進，二代國產(chǎn)化，三代改進出 口，四代占領(lǐng)國際市場”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上 最突出。為要國產(chǎn)化的改進，迫切需要對別國產(chǎn)品進行消化、吸收、改進 和挖潛。這使得日本節(jié)省了2/3的研究時間和9/10的研究經(jīng)費。日本是一個會“偷”的國家！共五十三頁Part ASONY收音機本田(bn tin)摩托車CRH反求工程

3、(gngchng)？什么是反求工程？What is Reverse Engineering?共五十三頁Example中國高鐵的技術(shù)來源于德國、日本和法國、加拿大，但根據(jù)中國的國情和道路狀況又在其基礎(chǔ)上進行(jnxng)了一定的創(chuàng)新，形成了中國獨特的高鐵技術(shù)。中國巨牛無比的山寨，山寨為什么成不了潮流？中國是一個制造業(yè)大國，但還算不上一個制造業(yè)強國。引進消化吸收創(chuàng)新 共五十三頁反求工程：是消化、吸收、先進技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合，它以先進產(chǎn)品(chnpn)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)計理論和方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)及相關(guān)專業(yè)知識，對

4、其進行系統(tǒng)的分析與研究，探索并掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進而開發(fā)出新產(chǎn)品(chnpn)。Definition：反求工程(gngchng)從引進到創(chuàng)新的三個階段：應(yīng)用階段知其然消化階段知其所以然吸收創(chuàng)新階段二次設(shè)計反求工程共五十三頁Part B傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計VS反求設(shè)計反求設(shè)計(shj)優(yōu)勢反求工程？為什么要進行反求？Why should we do RE?共五十三頁傳統(tǒng)設(shè)計過程 如圖（a）所示，傳統(tǒng)設(shè)計是通過工程師的創(chuàng)造性勞動，將一個事先并不知道的事物變?yōu)槿祟愋枨蟮漠a(chǎn)品。為此，工程師首先要根據(jù)市場需求，提出目標(biāo)和技術(shù)要求，再進行功能設(shè)計，創(chuàng)造新方案，在經(jīng)過一系列的設(shè)計活動之后，得到預(yù)期的新產(chǎn)

5、品。概括地說，傳統(tǒng)設(shè)計是由未知到已知、由想象(xingxing)到現(xiàn)實的過程，回答的是“怎么做？”的問題。傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計VS反求設(shè)計共五十三頁反求設(shè)計過程(guchng) 反求設(shè)計則是從已知事物的有關(guān)信息（包括實物、技術(shù)資料文件、照片、廣告、情報等）出發(fā)，去尋求這些信息的科學(xué)性、技術(shù)性、先進性、經(jīng)濟性、合理性等，并充分消化和吸收，在此基礎(chǔ)上進行改進和再創(chuàng)造。圖（b）為反求設(shè)計過程示意圖，回答的是“為什么要這樣做？”的問題。傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計VS反求設(shè)計共五十三頁傳統(tǒng)(chuntng)設(shè)計VS反求設(shè)計小結(jié) 傳統(tǒng)設(shè)計過程是一個主動的創(chuàng)造性活動，而反求設(shè)計過程則是一種高起點的、先

6、被動后主動的創(chuàng)造性活動。一個先進成熟的產(chǎn)品，凝集著設(shè)計者的智慧和技術(shù)，要在吃透、消化原設(shè)計的基礎(chǔ)(jch)上設(shè)計出更強競爭力的創(chuàng)新產(chǎn)品，別有一番難度，所以說反求設(shè)計并非傳統(tǒng)設(shè)計的簡單逆過程。 共五十三頁1.快速建立新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)(shj)化模型反求設(shè)計(shj)的優(yōu)勢2.顯著提高新產(chǎn)品技術(shù)水平3.徹底改變新產(chǎn)品傳統(tǒng)制造工藝方法4.縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期5.實現(xiàn)異地(遠地)制造或虛擬制造 6.實現(xiàn)快速模具制造(RT)7.快速制造出復(fù)雜物體三維模型 利用坐標(biāo)測量儀器對原產(chǎn)品進行實際測量，快速建立起新產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)模型，為快速原形制造提供數(shù)據(jù)來源。坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集是反求工程中的第一環(huán)節(jié)，是數(shù)據(jù)處理、模型重建的

7、基礎(chǔ)。常用的測量方法有機械坐標(biāo)測量法、激光線掃描、光柵法及層切法等。在對原產(chǎn)品原理、結(jié)構(gòu)、材料、精度、使用維護分析的基礎(chǔ)上，采用價值工程、人機工程學(xué)、相似理論、精度設(shè)計、動態(tài)設(shè)計和可靠性設(shè)計等現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計工具對其進行改進和提高，以制造出更好的產(chǎn)品來。因此，反求工程技術(shù)有助于企業(yè)迅速消化吸收和改進提高國內(nèi)外先進技術(shù)，確保企業(yè)自身在同行業(yè)中新產(chǎn)品的技術(shù)水平優(yōu)勢。反求工程集成制造系統(tǒng)綜合運用了CAD/CAE、數(shù)控、伺服驅(qū)動、激光和材料等先進技術(shù)，可在沒有傳統(tǒng)制造工具的情況下，在短時間內(nèi)制造出幾何形狀復(fù)雜的物體?？焖夙憫?yīng)制造是21世紀(jì)對制造業(yè)更具影響的技術(shù)之一。追求完美與個性化的消費需求使產(chǎn)品品種多樣

8、化，企業(yè)間的競爭不再只是質(zhì)量與成本的競爭，更重要的是產(chǎn)品上市時間的競爭。采用反求技術(shù)可避免走自行開發(fā)中不可避免的許多彎路，從而大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，為企業(yè)快速占領(lǐng)市場創(chuàng)造有利條件。將反求工程與快速原形制造相結(jié)合，利用互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)將三維物體數(shù)據(jù)方便地讀入、傳輸，實現(xiàn)異地(遠地)制造或虛擬制造。共五十三頁Part C反求工程一般(ybn)步驟反求設(shè)計(shj)具體內(nèi)容怎么進行反求設(shè)計？How to make a Reverse design?共五十三頁反求工程(gngchng)步驟Step1零件原形(yunxng)的數(shù)字化 通常采用三維坐標(biāo)測量儀(CMM)或激光掃描儀等測量裝置來獲取零件原形

9、表面點的三維坐標(biāo)值。Step3 零件原形CAD模型的重建Step4 重建CAD模型的檢驗與修正Step2 從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設(shè)計與加工特征。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標(biāo)的要，對不滿足要求者重復(fù)以上過程，直至達到零件的逆向工程設(shè)計要求。共五十三頁eg.mastercam生成(shn chn)NC程序eg.標(biāo)準(zhǔn)(bio

10、zhn)模版庫，c+分層制造，逐層疊加共五十三頁產(chǎn)品設(shè)計的指導(dǎo)思想分析(fnx)原理(yunl)方案的分析材料分析反求設(shè)計的內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析形體尺寸分析精度分配分析工作性能分析共五十三頁反求設(shè)計(shj)內(nèi)容(1) 產(chǎn)品設(shè)計的指導(dǎo)思想分析 了解產(chǎn)品設(shè)計的指導(dǎo)思想是分析產(chǎn)品設(shè)計的重要前提，是明確反求設(shè)計要求的關(guān)鍵。不同時期的產(chǎn)品在設(shè)計指導(dǎo)思想方面是不同的，并與社會的發(fā)展及科技發(fā)展水平密切相關(guān)。在產(chǎn)品設(shè)計早期，人們往往是從完善功能、擴展功能、降低成本方面開發(fā)產(chǎn)品，但隨著社會的發(fā)展，人民生活(shnghu)水平的提高，在保證功能的前提下，產(chǎn)品的精美造型、工作生活(shnghu)的舒適性等也成為設(shè)計人員追

11、求的目標(biāo). 要分析一個產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想入手。它決定了產(chǎn)品的設(shè)計方案，深入分析并掌握其指導(dǎo)思想是分析了解整個產(chǎn)品設(shè)計的前提。了解反求對象的功能將有助于對產(chǎn)品設(shè)計方案的分析、理解和掌握，才有可能在進行反求設(shè)計時，得到優(yōu)于原產(chǎn)品的設(shè)計方案。共五十三頁反求設(shè)計(shj)內(nèi)容(2) 功能原理方案(fng n)分析 各種產(chǎn)品都是按照一定的要求設(shè)計的，而滿足一定要求的產(chǎn)品，可能有多種不同的形式。所以產(chǎn)品的功能目標(biāo)是產(chǎn)品設(shè)計的核心問題，不同的目標(biāo)可引出不同的原理方案。例如設(shè)計一個夾緊裝置時，如果把功能目標(biāo)定在機械手段上，則可能設(shè)計出螺旋夾緊、凸輪夾緊、連桿結(jié)構(gòu)夾緊、斜面夾緊等原理方案。如果把功

12、能目標(biāo)擴大，則可能出現(xiàn)液壓、氣動、電磁夾緊等原理方案。充分了解反求對象的功能有助于對產(chǎn)品原理方案的分析、理解和掌握，也才有可能在進行反求設(shè)計時得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案，這也是反求工程技術(shù)的精髓所在。尼龍絲割草機的設(shè)計理念由來：有雜技演員用鞭子“切紙”和“切煙頭”的情景啟發(fā)了人們用高速度的軟物體抽切草的可能性。達到了將草與根基分離的目的。共五十三頁反求設(shè)計(shj)內(nèi)容(3) 零部件結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅僅是原理方案的具體化過程，還必須要考慮許多細(xì)節(jié)，而細(xì)節(jié)的總和就是質(zhì)量。因此，零、部件結(jié)構(gòu)分析時除了要考慮提高產(chǎn)品性能（提高強度、剛度、精度、壽命，減少磨損，降低噪聲等），還要考慮工

13、藝、裝配(zhungpi)、美觀、成本、安全、環(huán)保等諸多方面的要求和限制。共五十三頁(4) 零部件形體尺寸分析 根據(jù)擁有反求對象的資料（實物、軟件或影像）的不同，在確定反求對象形狀尺寸時，所選用的方法也有所不同。若是實物反求，則可對產(chǎn)品直接進行(jnxng)測量；若是軟件或影像反求，則可采用參照物對比法、利用透視成像原理和作圖技術(shù)，并結(jié)合人機工程學(xué)和相關(guān)的專業(yè)知識，通過分析計算確定其形狀尺寸。對于具有復(fù)雜曲線曲面的零件，則要采用一些先進的測繪手段及測繪儀器方可實現(xiàn)。(5)精度分析 精度是衡量反求對象性能的重要指標(biāo)之一，也直接影響產(chǎn)品的成本。零件尺寸易于獲得，但尺寸精度卻難以確定，這也是反求設(shè)計

14、中的難點之一。合理(hl)分析設(shè)計零件精度及其分配關(guān)系，對提高產(chǎn)品的裝配精度、機械性能，降低產(chǎn)品成本至關(guān)重要。eg.極值法、封閉環(huán)、尺寸鏈、增減環(huán)、封閉環(huán)上下偏差 完全互換法、大數(shù)互換法共五十三頁（6）材料分析 同一零件采用不同的材料及材料處理方式，對零件的功能、加工工藝、使用性能有著重要影響。探求原設(shè)計零件材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和表面處理情況，可以使用表面觀測、化學(xué)分析、金相檢驗等分析方法。物理試驗可以測定材料的各種物理性能和主要的力學(xué)性能，確定材料牌號及熱處理方式。立足本國資源，必要時選擇適用的國產(chǎn)材料替代。替代原則是優(yōu)先滿足力學(xué)及物理性能，其次滿足化學(xué)成分的要求，參照其它同類產(chǎn)品，確定替代

15、材料的牌號及技術(shù)條件。eg.材料成分不一樣性能也不一樣 低碳鋼因塑性(sxng)好可作冷沖壓的零件 高碳鋼硬度高可作切削工具 含合金元素高的不銹鋼、耐熱鋼具有特殊性能eg.熱處理不同,材料內(nèi)部組織不同，性能也不同 高速鋼經(jīng)退火處理后硬度不高，可加工成各種形狀 高速鋼成形后經(jīng)淬火回火處理，其硬度高耐磨性好，可作切削工具共五十三頁反求設(shè)計(shj)內(nèi)容(7) 工作性能分析 針對產(chǎn)品的工作特點及其主要性能（強度、剛度、精度或壽命等）進行試驗測定、反計算和深入的分析，掌握其設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計規(guī)范。在分析產(chǎn)品的運動特性、力學(xué)特性過程中，建立合理的數(shù)學(xué)模型，進行靜態(tài)、動態(tài)的全面分析。例如，某機床廠與法國Ver

16、nier公司合作(hzu)，開發(fā)生產(chǎn)DB420型工作臺不升降銑鍵床。（8）造型設(shè)計分析60年代開始，出現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計這門新興設(shè)計技術(shù)，現(xiàn)在全國高校里也很熱門的一個專業(yè)。內(nèi)在質(zhì)量實用性（結(jié)構(gòu)、性能、壽命）外觀質(zhì)量美觀性（形態(tài)、色彩、裝飾）舒適方便程度舒適性（人機系統(tǒng)協(xié)調(diào)）eg.書桌的高度適合人體的坐姿、機床上的各種旋鈕手柄等必須置于操作員上手范圍內(nèi)、從早期的馬氏汽車到現(xiàn)在的流線型汽車、龍門數(shù)控鉆床共五十三頁反求設(shè)計(shj)內(nèi)容（9）工藝分析 在反求工程技術(shù)中，反求設(shè)計(shj)與反求工藝是相互聯(lián)系，缺一不可的。在某些情況下，反求工程中工藝問題比設(shè)計問題更難處理，因此，在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進設(shè)備

17、與先進工藝方法和未掌握某些特殊技術(shù)的條件下，對反求工程中的工藝問題的處理就顯得尤為重要。通常采用的方法有反叛法編制工藝；改進工藝方案，保證原設(shè)計的要求；曲線對應(yīng)法反求工藝參數(shù)；材料國產(chǎn)化，局部改進原型結(jié)構(gòu)以適應(yīng)工藝水平 （10）對產(chǎn)品的維護與管理分析 分析產(chǎn)品的維護與管理方式，了解重要零、部件及易損的零、部件，有助于維修、改進設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計。共五十三頁THANK YOU!Taking a break, will be right back!共五十三頁Part D實物(shw)反求軟件(run jin)反求反求工程？反求設(shè)計研究對象影像反求共五十三頁實物(shw)反求 顧名思義，實物反求是在已有

18、實物條件下，通過試驗、測繪和詳細(xì)分折，研制開發(fā)出與原型產(chǎn)品相同或相似的新產(chǎn)品。實物反求過程是一個認(rèn)識產(chǎn)品、再現(xiàn)產(chǎn)品或創(chuàng)造性地開發(fā)產(chǎn)品的過程，其中(qzhng)包括功能反求、性能反求、方案、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、精度、使用規(guī)范等眾多方面的反求。 反求工程不僅要研究同行的先進技術(shù)，而且還要了解競爭對手的水平和動向，如美國著名的寇明斯發(fā)動機公司為了了解我國柴油機的水平，就曾引進我國的135系列柴油機進行了反求研究，從他們對其軸瓦材料和工藝分析的研究報告來看，似乎已經(jīng)完全掌握了該柴油機的技術(shù)秘密。只有運用反求技術(shù)才能更好的消化國外的先進技術(shù)。共五十三頁實物反求設(shè)計(shj)的分類1整機反求 2部件(bjin)反

19、求 3零件反求 共五十三頁實物(shw)反求設(shè)計的特點1. 具有形象直觀的實物，有利于形象思維2. 可對產(chǎn)品(chnpn)或設(shè)備的性能、材料等內(nèi)容直接進行測試與分析，以獲得詳細(xì)的設(shè)計資料3 . 可對產(chǎn)品或設(shè)備的尺寸直接進行測試與分析，以獲得重要的尺寸設(shè)計資料4. 目的是反求仿制時，縮短了設(shè)計周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)起點與速度5. 仿制產(chǎn)品與引進產(chǎn)品有可比性，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量6. 在仿制的基礎(chǔ)上加以改進和創(chuàng)新，為開發(fā)新產(chǎn)品提供了有利條件共五十三頁實物(shw)反求的一般過程（1）分析(fnx)1）功能分析2）原理方案分析3）結(jié)構(gòu)形式分析4）工藝過程分析（2）測試（3）分解（4）測繪（5）改進與

20、創(chuàng)新共五十三頁機械設(shè)備的反求設(shè)計(shj)零部件的測繪(chu)與分析機械設(shè)備的分解原則機構(gòu)系統(tǒng)的反求設(shè)計實測尺寸數(shù)據(jù)的處理測繪的一般方法機械零件材料的反求設(shè)計關(guān)鍵零件的反求設(shè)計材料成分分析材料的硬度分析材料的工藝分析材料的組織結(jié)構(gòu)分析策略： 功能不變，降低成本。 增加功能，降低成本。 增加功能，成本不變。 減少功能，降低更多成本。 增加功能，增加成本。共五十三頁軟件(run jin)反求技術(shù)軟件泛指產(chǎn)品樣本資料、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品規(guī)范，以及與設(shè)計、研制、生產(chǎn)制造有關(guān)的技術(shù)資料和技術(shù)文件，如產(chǎn)品圖紙、制造驗收技術(shù)條件、產(chǎn)品設(shè)計說明書、計算書、使用說明書和產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工具工裝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工藝守則、操

21、作規(guī)范、管理(gunl)規(guī)范、質(zhì)量保證手冊等。依據(jù)這些技術(shù)軟件，設(shè)計新產(chǎn)品的過程，稱為軟件反求。共五十三頁軟件(run jin)反求的模式1. 以引進產(chǎn)品實物(shw)、成套設(shè)備和生產(chǎn)線為主的硬件模式2.以獲得設(shè)計、制造、使用與研制技術(shù)秘密為主的軟件模式吉利公司收購VOLVO的100%股份，獲得了包括生產(chǎn)線在內(nèi)的所有技術(shù)我國動車組的研制就是以引進的德國、日本等國家的相關(guān)技術(shù)在結(jié)合國情的情況下研發(fā)出來的共五十三頁軟件(run jin)反求的特點1.抽象性5.相關(guān)性2.嚴(yán)密性3.智力(zhl)性4.綜合性6.創(chuàng)造性共五十三頁影像(yn xin)反求根據(jù)產(chǎn)品相片、圖片、說明書、廣告介紹、參觀印象、影

22、視畫面等為參考資料，進行產(chǎn)品反求設(shè)計的方法稱為影像反求設(shè)計。影像反求設(shè)計具有原始資料面廣、量大的特點，為設(shè)計人員提供了從較多方案中篩選出較好方案的可能性。而產(chǎn)品廣告的圖片、資料等僅是簡單的外形，性能的概括及使用維修的注意事項，這給反求設(shè)計帶來了較大的難度，但是也正是因為這樣，才能更好地發(fā)揮反求設(shè)計人員的聰明才智，結(jié)合實際進行創(chuàng)新設(shè)計。如70年代初，我國前去蘇聯(lián)考察牙輪鉆機的代表團，就靠著幾張在100M以外拍攝的照片，仿制出我國第一臺牙輪鉆床。我國的航空、導(dǎo)彈工程在國外禁運、封鎖的情況(qngkung)下，也是靠簡單的圖像等資料，發(fā)揮我國技術(shù)人員的聰明才智，設(shè)計制造出了各種型號的導(dǎo)彈、火箭。共五

23、十三頁 影像反求設(shè)計中，對圖片等資料進行分析是最關(guān)鍵的技術(shù)，包括透視變換原理與技術(shù)、陰影、色彩與三維信息等技術(shù)。隨著(su zhe)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像掃描技術(shù)與掃描結(jié)果的信息處理技術(shù)已逐漸完善。通過色彩可辨別出橡膠、塑料、皮革等非金屬材料的種類，也可辨別出是鑄件或是焊接件，還可辨別出鋼、鋁、銅、金等有色金屬材料。通過外形可辨別其傳動形式和設(shè)備的部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)拍照距離可辨別其尺寸。當(dāng)然，圖像處理技術(shù)不能解決強度、剛度、傳動比等反映機器特征的詳細(xì)問題，更進一步的問題還需要技術(shù)人員去解決。共五十三頁Part E接觸式測量方法非接觸式測量方法反求工程(gngchng)？常用(chn yn)

24、的測量方法與建模點云建模共五十三頁三維反求技術(shù)(jsh)三維反求技術(shù)是利用電子儀器去收集物體表面的原始數(shù)據(jù)，之后再使用軟件，計算出采集數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)，并得到對應(yīng)(duyng)的顏色。掃描儀是對物體作全方位掃描，然后整理數(shù)據(jù)、三維造型、格式轉(zhuǎn)換、輸出結(jié)果。整個操作過程，可以分為四個步驟：1）物體數(shù)據(jù)化2）從采集的數(shù)據(jù)中分析物體的幾何特征3）物體三維模型重建4）檢驗、修正三維模型共五十三頁常用(chn yn)的測量方法一.接觸式測量方法 （一） 坐標(biāo)測量機 坐標(biāo)測量機是一種大型精密(jngm)的三坐標(biāo)標(biāo)測量儀器，可以對具有復(fù)雜形狀的工件的空間尺寸進行逆向工程測量。坐標(biāo)測量機一般采用觸發(fā)式接觸測量頭

25、，一次采樣只能獲取一個點的三維坐標(biāo)值。九十年代初，英國Renishaw公司研制出一種三維力一位移傳感的掃描測量頭，該測頭可以在工件上滑動測量，連續(xù)獲取表面的坐標(biāo)信息，掃描速度可達8米/秒，數(shù)字化速度最高可達500點/秒，精度約為0.03mm。這種測頭價格昂貴，目前尚未在坐標(biāo)測量機上廣泛采用。坐標(biāo)測量機主要優(yōu)點是測量精度高，適應(yīng)性強，但一般接觸式測頭測量效率低，而且對一些軟質(zhì)表面無法進行逆向工程測量。 共五十三頁（二）層析(cn x)法 層析法是近年來發(fā)展的一種反求工程逆向工程技術(shù) 將研究的零件原形填充后，采用逐層銑削和逐層光掃描相結(jié)合的方法(fngf)獲取零件原形不同位置截面的內(nèi)外輪廓數(shù)據(jù)，并

26、將其組合起來獲得零件的三維數(shù)據(jù)。 層析法的優(yōu)點在于任意形狀，任意結(jié)構(gòu)零件的內(nèi)外輪廓進行測量，但測量方式是破壞性的。 共五十三頁非接觸式反求工程測量方法非接觸式測量根據(jù)測量原理的不同，大致有光學(xué)測量、超聲波測量、電磁測量等方式。1.結(jié)構(gòu)光法 結(jié)構(gòu)光法的操作原理是把一定模式的光源，投射到被掃描對象的表面上，投射參考面光源，會被放在該位置的被掃描對象阻擋而發(fā)生變形，此時使用不同的鏡頭攝取不同角度的圖像，再分析變形的光源, 就可計算出被測對象表面的整幅圖像的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光法采用的光源以光柵影線較為普遍。目前分析光柵影線變形的方法(fngf)主要有傳里葉及相移法。而相移法相對較為準(zhǔn)確，這種方法(fng

27、f)的優(yōu)點是測量的速度很快、掃描的面積大、設(shè)備相對輕便方面攜帶、測量場地沒有特別要求。在汽車行業(yè)，它普遍被用來掃描汽車的車身等大面積對象。共五十三頁 2.激光三角法 激光三角法是在被掃描物的表面用有規(guī)則幾何圖形的激光束，如點光源或線光源，進行掃描，被掃描面便會形成漫反射光點、光帶，接著(ji zhe)安裝在光路的圖像傳感器接收這光點、光帶，然后利用三角原理計算出被采集點的空間坐標(biāo)。激光三角法的技術(shù)成熟、被廣泛使用，掃描速度高、精度高。它的圖像傳感器體積細(xì)而輕，安裝方便。它甚至可以它裝在三坐標(biāo)上，安裝拆卸輕易，這是它另一個特點。它也可以掃描材質(zhì)較柔軟的對象，如橡膠等。日本的 Konica Min

28、olta公司的非接觸儀 Vivid 9i的掃描精度可達0.05mm，只需要2.5秒便可獲取精確的數(shù)據(jù)。 共五十三頁3.基于光學(xué)三角型原理的逆向工程掃描法這種測量方法根據(jù)光學(xué)三角型測量原理，以光作為光源，其結(jié)構(gòu)模式可以分為光點、單線條、多光條等，將其投射到被測物體表面采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量根據(jù)光點或光條在物體上成象的偏移，通過被測物體基平面、象點、象距等之間的關(guān)系計算物體的深度信息4.基于相位偏移測量原理的莫爾條紋(tio wn)法這種測量方法將光柵條紋投射到被測物體表面，光柵條紋受物體表面形狀的調(diào)制，其條紋間的相位關(guān)系會發(fā)生變化，數(shù)字圖像處理的方法解析出光柵條紋圖像的相位

29、變化量來獲取被測物體表面的三維信息。共五十三頁5.基于工業(yè)CT斷層掃描圖像逆向工程法這種測量方法對被測物體進行斷層截面掃描,以X射線的衰減系數(shù)為依據(jù)，經(jīng)處理重建斷層截面圖像根據(jù)不同位置的斷層圖像可建立物體的三維信息。該方法可以對被測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和形狀進行無損測量。該方法造價高，測量系統(tǒng)的空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時間長，設(shè)備體積大。美國LLNL實驗室研制的高分辨率ICT系統(tǒng)測量精度為0.01mm。6.立體視覺測量方法立體視覺測量是根據(jù)同一個三維空間點在不同空間位置的兩個（多個）攝象機拍攝的圖像中的視差，以及攝象機之間位置的空間幾何關(guān)系來獲取(huq)該點的三維坐標(biāo)值。立體視覺測量方法可以對處于兩

30、個（多個）攝象機共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點進行測量，而無須伺服機構(gòu)等掃描裝置。立體視覺測量面臨的最大困難是空間特征點在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問題。共五十三頁反求工程(gngchng)建模點云處理通過激光三維掃描儀等信號采集設(shè)備，可以(ky)方便地獲取物體表面信息，這些信息通過大量的點來表達，往往形成包含幾百萬個數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)包，通常稱為點云（Point Cloud）。通過對點云的處理，可以得到物體的表面表達，與數(shù)控加工中心結(jié)合，能直接將處理結(jié)果用于加工生產(chǎn)，從而達到避免設(shè)計、修改圖紙的繁瑣過程的目的。此外，根據(jù)點與數(shù)據(jù)能直接實現(xiàn)三維建模，因此還能實現(xiàn)檢測出機械部件的運行情況和機構(gòu)

31、運行時是否會發(fā)生干涉，在虛擬組裝和虛擬加工中具有重要意義。共五十三頁點云表達(biod)的優(yōu)點在于可以通過點的組合、曲線擬合、面元擬合和面元組合等方式，實現(xiàn)對任意曲面的無窮逼近。從表達(biod)方法上講，大致可以分為基于網(wǎng)格和基于點的表達(biod)這兩個大類?；?jy)網(wǎng)格的點云表達以網(wǎng)格作為中介來表達離散點之間的依存關(guān)系，從而將點云組織成一個有機的整體，恢復(fù)出曲面原貌。通過網(wǎng)格顯式地表達物體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有簡單直觀的優(yōu)點，能表現(xiàn)性狀任意復(fù)雜的物體?；邳c的點云表達直接以點作為曲面繪制和造型的基本元素，無需建立網(wǎng)格。它能更有效解決網(wǎng)格方法的高度復(fù)雜性問題。不用顯式地存儲點云數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，

32、對存儲空間要求少，能實現(xiàn)復(fù)雜物體的有效繪制，可以方便地修改曲面拓?fù)洹＞哂懈叨鹊臄?shù)據(jù)局部性，可并行處理，能快速實現(xiàn)物體曲面的粗糙表達。共五十三頁Part F實物(shw)反求軟件(run jin)反求反求工程？反求工程應(yīng)用領(lǐng)域及實例共五十三頁反求工程(gngchng)的應(yīng)用領(lǐng)域汽車設(shè)計、復(fù)雜藝術(shù)品造型等領(lǐng)域重新建立零件的CAD模型不斷對修改后的樣品進行(jnxng)測量和模型重建提供對機械產(chǎn)品零件的修復(fù)能力借助CT技術(shù)，產(chǎn)生物體的外部形狀，快速發(fā)現(xiàn)、度量、定位物體的內(nèi)部缺陷方便地產(chǎn)生基于模型的計算機視覺使產(chǎn)品設(shè)計充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢，適應(yīng)信息交換特殊領(lǐng)域的應(yīng)用共五十三頁 情形一：在沒有設(shè)計圖紙(tzh)或者設(shè)計圖紙(tzh)不完整以及沒有CAD模型的情況下，在對零件原形進行測量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)利用快速成型技術(shù)復(fù)制出一個相同的零件原型。 情形二：當(dāng)要設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用反求工程的方法。 如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測試（如風(fēng)洞實驗等）建立