先進(jìn)制造技術(shù)逆向工程技術(shù)洪張舟

先進(jìn)制造技術(shù)逆向工程技術(shù)洪張舟第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日目錄一、逆向工程概述二、逆向工程系統(tǒng)三、逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)四、快速原型制造技術(shù)第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

一、逆向工程概述返回總目錄

1、逆向工程技術(shù)概念2、逆向工程技術(shù)應(yīng)用第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

一般工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)是從確定預(yù)期功能與規(guī)格目標(biāo)開始，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。這種開發(fā)模式稱為預(yù)定模式（prescriptivemodel），此類開發(fā)工作稱為正向工程（forwardengineering）或正向設(shè)計(jì)，產(chǎn)品正向開發(fā)的流程如下圖所示。逆向工程概述1、逆向工程技術(shù)概述第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日組件的正向開發(fā)流程規(guī)格確定設(shè)計(jì)制造檢驗(yàn)?zāi)嫦蚬こ淌窍鄬?duì)于傳統(tǒng)正向工程而言的第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)字化測(cè)量CAD模型重構(gòu)二維圖樣、技術(shù)文檔仿制改制產(chǎn)品CAD/CAE系統(tǒng)CAM系統(tǒng)快速成型RP產(chǎn)品樣件模具PDM系統(tǒng)實(shí)物樣件新產(chǎn)品逆向工程流程圖

第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2、逆向工程技術(shù)應(yīng)用（3）在沒有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下（1）對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別的要求，為方便評(píng)價(jià)其美學(xué)效果，設(shè)計(jì)師廣泛利用油泥、黏土或木頭等材料進(jìn)行快速且大量的模型制作。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)算得到美觀的真實(shí)尺寸的CAD模型。（2）需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件的形狀。第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（4）藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。（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。第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

二、逆向工程系統(tǒng)返回總目錄

1、逆向工程系統(tǒng)組成2、逆向工程系統(tǒng)的設(shè)備與軟件第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日逆向工程系統(tǒng)1、逆向工程系統(tǒng)組成

（1）產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化1）零件原型的三維數(shù)字化測(cè)量2）提取零件原型的幾何特征。

（2）CAD模型重建1）零件原型三維重構(gòu)2）CAD模型的分析及改進(jìn)

（3）產(chǎn)品或模具制造

第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2、逆向工程系統(tǒng)的設(shè)備和軟件（2）測(cè)量測(cè)頭分接觸式和非接觸式（1）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）數(shù)據(jù)處理軟件（4）模型重建軟件(CAD/CAM)模型重建軟件包括三類，一是用于正向設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM軟件，但數(shù)據(jù)處理和逆向造型功能有限；二是集成有逆向功能模塊的正向CAD/CAE/CAM軟件；三是專用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等軟件第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（5）CAE軟件

（6）CNC加工設(shè)備

（7）快速原型機(jī)

（8）產(chǎn)品制造設(shè)備

第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

三、逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)返回總目錄

1、數(shù)據(jù)采集方法2、數(shù)據(jù)的處理第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)字化測(cè)量是逆向工程的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。數(shù)據(jù)的測(cè)量質(zhì)量直接影響最終模型的質(zhì)量。1、數(shù)據(jù)采集方法逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日接觸式測(cè)量測(cè)量設(shè)備

非接觸式測(cè)量第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量設(shè)備

基于平板探測(cè)器X射線成像系統(tǒng)

醫(yī)學(xué)CT測(cè)量第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)接觸式探頭發(fā)展已有幾十年，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，故有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。接觸式測(cè)量探頭直接接觸工作表面，與工件表面的反射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。缺點(diǎn)

為了確定測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)而使用特殊的夾具，不同形狀的產(chǎn)品可能會(huì)要求不同的夾具，因此導(dǎo)致測(cè)量費(fèi)用較高。球形的探頭易因接觸力造成磨損，為了維持測(cè)量精度，需要經(jīng)常校正探頭的直徑，不當(dāng)?shù)牟僮鬟€會(huì)損壞工件表面和探頭。測(cè)量數(shù)度較慢，對(duì)于工件表面的內(nèi)形檢測(cè)受到觸發(fā)探頭直徑的限制。對(duì)三維曲面的測(cè)量，探頭測(cè)量到的點(diǎn)是探頭的球心位置，欲求得物體真實(shí)外型需要對(duì)探頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，因而可能引入修正誤差。接觸式測(cè)量第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量方法比較優(yōu)點(diǎn)不必作半徑補(bǔ)償，因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)位置就是工件表面的位置。測(cè)量數(shù)度非?？?，不必像接觸式探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)出測(cè)量。軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測(cè)量。缺點(diǎn)測(cè)量精度較差，因接觸式探頭大多使用光敏位置探測(cè)器來(lái)檢測(cè)光點(diǎn)位置，目前其精度仍不夠，約為20以上。因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件表面反射特性的影響，如顏色、曲率等。非接觸式測(cè)量只做工件輪廓坐標(biāo)點(diǎn)的大量取樣，對(duì)邊線處理、凹孔處理以及不連續(xù)形狀的處理較困難。非接觸式測(cè)量第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量路徑是測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，在逆向工程的測(cè)量流程中是極其重要的一環(huán)，其數(shù)據(jù)規(guī)劃的效果將直接影響到整個(gè)產(chǎn)品模型逆向工程時(shí)間的長(zhǎng)短和重構(gòu)質(zhì)量。特別是在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，為保證測(cè)量精度和運(yùn)行安全，提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量效率的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)測(cè)量路徑的基本原則：1）安全，即從本測(cè)量點(diǎn)移到下一測(cè)量點(diǎn)的途中，測(cè)頭不與工件發(fā)生干涉；2）路徑短、速度快，即根據(jù)坐標(biāo)機(jī)的加減速特性，測(cè)頭能以最快的速度到達(dá)下一測(cè)量點(diǎn)；3）行走路線自然，減少測(cè)頭運(yùn)轉(zhuǎn)的空行程和測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)測(cè)量。測(cè)量路徑規(guī)劃第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)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。另外，由于激光掃描的應(yīng)用，曲面測(cè)量會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣在造型之前應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)。主要包括以下內(nèi)容：壞點(diǎn)去除，點(diǎn)云精簡(jiǎn)，數(shù)據(jù)插補(bǔ)，數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)分割2、數(shù)據(jù)的處理第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日壞點(diǎn)又稱跳點(diǎn)，通常由于測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)發(fā)生改變和測(cè)量環(huán)境突然變化造成的，對(duì)于手動(dòng)人工測(cè)量，還會(huì)由于誤操作是測(cè)量數(shù)據(jù)失真。壞點(diǎn)對(duì)曲線、曲面的光順性影響較大，因此測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理首先就是要去除數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的壞點(diǎn)。常用方法如下：直觀檢查法曲線檢查法弦高差法壞點(diǎn)去除第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)過(guò)密，不但會(huì)影響曲面的重構(gòu)速度，而且在重構(gòu)曲面的曲率較小處還會(huì)影響曲面的光順性。因此，在進(jìn)行曲面重構(gòu)前，需要建立數(shù)據(jù)的空間鄰域關(guān)系和精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。在均勻精簡(jiǎn)方法中，通過(guò)以某一點(diǎn)定義采樣立方體，求立方體內(nèi)其余點(diǎn)到該點(diǎn)的距離，再根據(jù)平均距離和用戶指定保留點(diǎn)的百分比進(jìn)行精簡(jiǎn)。點(diǎn)云精簡(jiǎn)

保留每個(gè)子立方體中距中心點(diǎn)最近的點(diǎn)。第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日由于實(shí)物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測(cè)量機(jī)的限制，一方面在實(shí)物數(shù)字化時(shí)會(huì)存在一些探頭無(wú)法測(cè)到的區(qū)域，另一種情況則是實(shí)物零件中存在表面凹邊、孔及槽等，使曲面出現(xiàn)缺口，這樣在造型時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)空白現(xiàn)象，影響曲面的逆向建模。目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法主要有實(shí)物填充法造型設(shè)計(jì)法曲線、曲面插值補(bǔ)充法數(shù)據(jù)插補(bǔ)第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日由于在數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中受到各種人為和隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果包含噪聲，為了降低或消除噪聲對(duì)后續(xù)建模質(zhì)量的影響，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波。數(shù)據(jù)平滑主要針對(duì)掃描線數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)是無(wú)序的，將影響平滑的效果。通常采用的濾波算法：標(biāo)準(zhǔn)高斯(Gaussian)法平均(Averaging)法中值(Median)法，數(shù)據(jù)平滑第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類型，將屬于同一子曲面類型的數(shù)據(jù)成祖，這樣全部數(shù)據(jù)將劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據(jù)域，為后續(xù)的曲面模型重建提供方便。常用方法：基于測(cè)量的分割自動(dòng)分割數(shù)據(jù)分割測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分割擬合29個(gè)二次曲面線框圖

渲染圖第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

四、快速原型制造技術(shù)返回總目錄

1、RPM技術(shù)原理2、典型的RPM工藝方法3、RPM技術(shù)的應(yīng)用第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1、RPM技術(shù)原理

快速原型制造（RapidPrototypingManufacturing簡(jiǎn)稱RPM）又稱為快速出樣件技術(shù)或快速成型法與傳統(tǒng)去除材料的加工方法不同，它是采用材料累加的方法逐層制作.

快速成型技術(shù)是一個(gè)由三維轉(zhuǎn)換成二維（軟件離散化），再由二維到三維（材料堆積）的工作過(guò)程?？焖僭椭圃旒夹g(shù)第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日下圖所示為逆向工程和快速模具應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程。

逆向工程、快速原型和快速模具開發(fā)產(chǎn)品第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日原型概念設(shè)計(jì)CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集逆向獲取CAD模型模型分層層面信息處理層面加工與粘結(jié)層層堆積原型或零件快速原型制造流程圖第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2、典型的RPM工藝方法迄今為止，國(guó)內(nèi)外已成功開發(fā)了10多種成熟的快速原型工藝，其中比較常用的有以下幾種：第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（1）光固化成型（StereoLithographyApparatus簡(jiǎn)稱SLA）。

LSA快速成形技術(shù)工作原理第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（2）層合實(shí)體制造（LaminatedObjectManufacturing

簡(jiǎn)稱LOM）。（3）選域激光燒結(jié)成型（SelectiveLaserSintering

簡(jiǎn)稱SLS）。（4）熔融沉積造型（FusedDepositionModeling

簡(jiǎn)稱FDM）。（5）三維噴涂粘結(jié)(ThreeDimensionalPrintingandGluing)第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日3、RPM技術(shù)的應(yīng)用

快速模具(RapidTooling簡(jiǎn)稱RT)技術(shù)是指利用快速原型技術(shù)制造快速模具。而快速模具技術(shù)提供了一條從模具的CAD模型直接制造模具的新的概念和方法。它將模具的概念設(shè)計(jì)和加工工藝集成在一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)。RT技術(shù)結(jié)合各種計(jì)算機(jī)模擬與分析手段，形成了一整套全新的模具設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)。RT技術(shù)能夠解決大量傳統(tǒng)加工方法(如切削加工)難以解決甚至不能解決的問(wèn)題，可以獲得一般切削加工不能獲得的復(fù)雜形狀，可以根據(jù)CAD模型無(wú)需數(shù)控切削加工直接將復(fù)雜的型腔曲面制造出來(lái)。第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)快速成形母模原型硅橡膠模過(guò)渡模生產(chǎn)模試制征求意見修改設(shè)計(jì)中小批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)第三十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

快速制模方法大致有間接制模法和金屬直接制模法兩種。

間接制模法生產(chǎn)出來(lái)的模具一般分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類。

軟質(zhì)模具用于新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的產(chǎn)品功能檢測(cè)和投入市場(chǎng)試運(yùn)行。目前提出的軟質(zhì)模具制造方法主要有樹脂澆注法、金屬噴涂法、電鑄法、硅橡膠澆注法等。第三十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年