逆向工程設(shè)計(jì)方法

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項(xiàng)目二

三維工程設(shè)計(jì)《快速成型技術(shù)與應(yīng)用》2-2逆向工程設(shè)計(jì)方法本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握逆向工程設(shè)計(jì)原理掌握逆向工程工作流程河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院了解逆向工程應(yīng)用領(lǐng)域

逆向工程是采用三維測量工具對實(shí)物或手工模型進(jìn)行測量，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)采用三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物CAD模型的過程，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進(jìn)行快速成型或CNC數(shù)控加工。毛球修剪器逆向建模一、逆向工程設(shè)計(jì)原理1、什么是逆向工程實(shí)物模型形狀數(shù)字化測量CAD模型重建創(chuàng)新設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃制造是從實(shí)物到數(shù)字模型，再到產(chǎn)品（實(shí)物）的演化過程逆向工程技術(shù)優(yōu)勢5快速復(fù)制：從產(chǎn)品實(shí)物快速獲取產(chǎn)品CAD模型。改良創(chuàng)新：在原有產(chǎn)品CAD模型上進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)快速二次開發(fā)。作為正向設(shè)計(jì)的有益補(bǔ)充，貫穿于整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程。6

日本人算過一筆賬：一項(xiàng)符合專利要求的機(jī)器的發(fā)明，從設(shè)計(jì)、試制到批量生產(chǎn)約需5-7年；而引進(jìn)外國制造技術(shù)專利，從消化吸收到投產(chǎn)只需2年半時(shí)間。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國70%以上的技術(shù)源于國外，逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短40%以上，極大提高了生產(chǎn)率。逆向工程技術(shù)優(yōu)勢123數(shù)據(jù)采集逆向建模點(diǎn)云處理油泥汽車參照模型再創(chuàng)新4快速成型樣件驗(yàn)證模具/CNC新產(chǎn)品二、逆向工程設(shè)計(jì)工作流程1.數(shù)據(jù)采集

定義：將物理模型通過接觸或非接觸測量的方法轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。是逆向工程的第一步也是最重要的一步。測量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的好壞決定了后續(xù)建模的精度與速度。要求：快速、高效的采集點(diǎn)云。8點(diǎn)云網(wǎng)格藝術(shù)品的點(diǎn)云和反求9牙頜的點(diǎn)云和反求102.數(shù)據(jù)處理

目的：獲得完整、正確的測量數(shù)據(jù)以方便后續(xù)的造型工作。

主要工作：點(diǎn)云拼合、數(shù)據(jù)過濾及平滑、球頭半徑補(bǔ)償、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)分割拼合點(diǎn)云實(shí)例發(fā)動機(jī)罩測量點(diǎn)云拼合前發(fā)動機(jī)罩測量點(diǎn)云拼合后切分窗口拼接后的整體圖像數(shù)據(jù)測量與處理實(shí)例例：汽車覆蓋件——點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理（900,000個(gè)點(diǎn)）原始數(shù)據(jù)：體外點(diǎn)，噪聲點(diǎn)15刪除體外點(diǎn)16刪除噪聲點(diǎn)17消除體外點(diǎn)及噪聲點(diǎn)后的點(diǎn)云18效果比較19數(shù)據(jù)精簡：150,0003.三維建模定義：在獲得反求物體表面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)并進(jìn)行點(diǎn)云的預(yù)處理之后，需要根據(jù)這些獲得的大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過某種算法擬合成曲線、曲面，從而構(gòu)建出最后所需要的CAD模型，這是逆向工程中最重要、最復(fù)雜的一項(xiàng)技術(shù)。21逆向工程系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)CAD模型重構(gòu)產(chǎn)品或模具制造產(chǎn)品制造設(shè)備快速成型機(jī)CNC加工一是專用逆向工程軟件。二是用于正向設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM軟件；三是集成有逆向功能模塊的CAD/CAE/CAM軟件。四是支撐的硬件平臺有個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站。

模型重建軟件數(shù)據(jù)處理軟件3D掃描儀系統(tǒng)逆向工程常用軟件介紹

具有代表性的逆向軟件：

ImageWareSurfacer、Geomagic、Paraform、QuickShape、CopyCAD、SurfaceReconstruction、DigiSurf、Mimics、SurfaceStudioGeomagicWrap軟件：

主要功能有：自動將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形（Polygons）快速減少多邊形數(shù)目（Decimate）把多邊形轉(zhuǎn)換為NURBS曲面曲面分析（公差分析等）輸出與CAD/CAM/CAE匹配的文件格式工作流程：掃描對齊掃描整理噪音減小采樣基于曲率的孔填充多邊形編輯邊界修補(bǔ)特征構(gòu)建特征識別特征線選取邊界構(gòu)建面片組織目標(biāo)組合掃描光滑數(shù)據(jù)目標(biāo)光滑曲面整理邊界目標(biāo)規(guī)則化現(xiàn)狀調(diào)整3D掃描點(diǎn)階段多邊形階段成形階段CAD/CAM/CAE工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)將新產(chǎn)品的樣品或是手工模型掃描成三維數(shù)據(jù)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)修改．產(chǎn)品配件汽車行業(yè)會需要進(jìn)行三維掃描，因?yàn)樗麄儾荒軓馁u主那里得到三維數(shù)據(jù)進(jìn)行研發(fā)，所以他們需要用掃描得到三維數(shù)據(jù)再進(jìn)行修改，以推出新的款形．（1）對產(chǎn)品外形有特殊美學(xué)要求的領(lǐng)域，為了方便產(chǎn)品的美學(xué)評價(jià)，需要由造型設(shè)計(jì)師用油泥等材料制作真實(shí)尺寸模型。三、逆向工程設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域行業(yè)中的應(yīng)用案例--汽車行業(yè)逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例（2）

由于學(xué)科發(fā)展水平的限制，產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要通過試驗(yàn)測試才能定型的工件模型。如汽車發(fā)動機(jī)氣道、航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片、航空器的外形等。逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例（3）實(shí)物外形是由自由曲面組成的。正向設(shè)計(jì)方法難以滿足精度要求，如高爾夫球桿頭部造型等逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例30（4）產(chǎn)品的開發(fā)與模具生產(chǎn)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例數(shù)據(jù)圖檔將現(xiàn)有產(chǎn)品的數(shù)據(jù)圖檔保存起來要比將產(chǎn)品加工制作出來，再放入倉庫，存檔保存起來，節(jié)約很多成本．包裝設(shè)計(jì)使用掃描樣品的實(shí)體的三維數(shù)據(jù)和表面紋理處理，可以快速的進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)．31（5）藝術(shù)領(lǐng)域：包裝設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)圖檔、動漫設(shè)計(jì)、考古文物修復(fù)等方面逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例動漫&游戲?qū)⑺囆g(shù)家的概念模型做成三維數(shù)據(jù)模型，以用于電腦游戲和電影動畫的制作．藝術(shù)作品&文化遺產(chǎn)博物館可以用于修復(fù)藝術(shù)作品，進(jìn)行研究，調(diào)查．或是歷史遺跡的修復(fù)．或是歷史文物運(yùn)輸過程中的包裝，變形測量等．逆向工程與設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例產(chǎn)品定制&復(fù)制除了掃描，CAD很難直接建造一些幾何形狀非常復(fù)雜的模型．在這個(gè)例子中，人體的器官將被精確的復(fù)制，用于教學(xué)過程．醫(yī)學(xué)&矯形器為腿定制吊帶等一些裝置，使人在矯正過程中