逆向設(shè)計(jì)與3D打印案例教程 課件 1-2逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集是指通過特定的測量方法和設(shè)備，將物體表面形狀轉(zhuǎn)換成幾何空間坐標(biāo)點(diǎn)，從而得到逆向建模以及尺寸評價所需數(shù)據(jù)的過程。選擇快速而精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)的前提條件，它在很大程度上決定了所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量，以及設(shè)計(jì)的效率和成本。圖1-3逆向設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集方法分類一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)1.非接觸式數(shù)據(jù)采集方法非接觸式數(shù)據(jù)采集方法適用于需要大規(guī)模測量點(diǎn)的自由曲面和復(fù)雜曲面的數(shù)字化。優(yōu)點(diǎn)：測量速度快；易獲取曲面數(shù)據(jù);測量數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行測頭半徑補(bǔ)償；可測量柔軟、易碎、不可接觸、薄件、皮毛及變形細(xì)小等工件；無接觸力，不會損傷精密表面等。缺點(diǎn)：測量精度較差，易受工件表面反射性的影響，如顏色、粗糙度等因素會影響測量結(jié)果；對邊線、凹坑及不連續(xù)形狀的處理較困難；工件表面與探頭表面不垂直時，測得的數(shù)據(jù)誤差較大。一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)（1）激光三角測距法圖1-4激光三角測距法原理原理：通過激光發(fā)射裝置將激光束打到待測物體表面，然后用感光器件接受物體表面的反射光，根據(jù)反射時間、光源與感光設(shè)備間的距離、夾角等位置關(guān)系推算出物體表面點(diǎn)的坐標(biāo)。圖1-5手持式激光掃描儀1.非接觸式數(shù)據(jù)采集方法一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)（2）結(jié)構(gòu)光學(xué)法圖1-6結(jié)光學(xué)法測量原理原理：利用結(jié)構(gòu)光學(xué)照明中的幾何信息幫助提供景物中的幾何信息，根據(jù)相機(jī)、結(jié)構(gòu)光、物體之間的幾何關(guān)系來確定物體的三維信息。圖1-7白光雙目掃描儀1.非接觸式數(shù)據(jù)采集方法一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)（3）圖像分析法將一定模式的光照射到被測物體的表面，攝取反射光的圖像，通過匹配確定物體上一點(diǎn)在兩幅圖像中的位置，由視差計(jì)算距離。（4）計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)（CT）

通過對產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行層析掃描后，獲得一系列斷層圖像切片和數(shù)據(jù)。通過切片和數(shù)據(jù)提供的工件截面輪廓及其內(nèi)部機(jī)構(gòu)的完整信息，可以測量物體表面、內(nèi)部和隱藏結(jié)構(gòu)特征。（5）核磁共振測量法（MRI）

用磁場來標(biāo)定物體某層面的空間位置，然后用射頻脈沖序列照射，當(dāng)被激發(fā)的核在動態(tài)過程中自動恢復(fù)到靜態(tài)場的平衡時，把吸收的能量發(fā)射出來，利用線圈來檢測這種信號并輸人計(jì)算機(jī)，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換在屏幕上顯示圖像。（6）逐層切削掃描法以極小的厚度逐層切削實(shí)物，獲得一系列斷面圖像數(shù)據(jù)，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行輪廓邊界提取后，再經(jīng)過坐標(biāo)標(biāo)定、邊界跟蹤等處理得到截面上各輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)值。一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)2.接觸式數(shù)據(jù)采集方法接觸式數(shù)據(jù)采集方法是通過傳感測量設(shè)備與樣件的接觸來記錄樣件表面的坐標(biāo)位置。接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要用于基于特征的CAD模型的檢測，特別是對僅需少量特征點(diǎn)的規(guī)則曲面模型組成的實(shí)物的測量與檢測。優(yōu)點(diǎn)：測量數(shù)據(jù)不受樣件表面光照、顏色及曲率因素的影響，物體邊界的測量相對精確，測量精度高。缺點(diǎn)：逐點(diǎn)測量，測量速度慢，不能測量軟質(zhì)材料和超薄形物體，對曲面上探頭無法接觸的部分不能進(jìn)行測量，應(yīng)用范圍受到限制，測量過程需要人工干預(yù)，接觸力大小會影響測量值，測量前后需做測頭半徑補(bǔ)償?shù)?。一、?shù)據(jù)采集技術(shù)（1）觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集2.接觸式數(shù)據(jù)采集方法當(dāng)采樣測頭的探針剛好接觸到樣件表面時，探針尖因受力產(chǎn)生微小變形，觸發(fā)采樣開關(guān)，使數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄下探針尖的即時坐標(biāo)，逐點(diǎn)移動，直到采集完樣件表面輪廓的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集方法一般適用于樣件表面形狀檢測，或需要數(shù)據(jù)較少的表面數(shù)字化的情況。（2）連續(xù)掃描式數(shù)據(jù)采集

利用測頭探針的位置偏移所產(chǎn)生的電感或電容的變化，進(jìn)行機(jī)電模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)采樣探頭的探針沿樣件表面以一定速度移動時，就發(fā)出對應(yīng)各坐標(biāo)位置偏移量的電流或電壓信號。連續(xù)掃描式數(shù)據(jù)采集方法適用于生產(chǎn)車間環(huán)境的數(shù)字化，它能保證在較短的測量時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的測量精度。一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)2.接觸式數(shù)據(jù)采集方法（3）接觸式數(shù)據(jù)采集設(shè)備1-工作臺2-移動橋架3-中央滑架4-Z軸5-測頭6-電子系統(tǒng)圖1-8三坐標(biāo)測機(jī)的組成原理：設(shè)備在三個方向上均裝有高精度的光柵尺和讀數(shù)頭，通過相應(yīng)的電氣系統(tǒng)控制操作使其沿相應(yīng)的導(dǎo)軌方向移動，通過測頭對被測零件進(jìn)行接觸或掃描，從而達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的，再通過相應(yīng)的軟件處理，完成零部件的測量或掃描工作。（a）懸臂式

（b）橋式

（c）龍門式圖1-9三坐標(biāo)測量機(jī)的主要機(jī)型一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)三坐標(biāo)測量機(jī)的操作流程

：三坐標(biāo)測量機(jī)可以實(shí)現(xiàn)工件的高精度全尺寸檢測，測量前需要根據(jù)被測工件的尺寸選取合適的測針。針對待測量的元素，如面、圓、圓柱、球體、鍵槽等應(yīng)，根據(jù)實(shí)際需要測量相應(yīng)的幾何量，并進(jìn)行公差評價與報告輸出。圖1-10三坐標(biāo)測量機(jī)操作流程一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)3.接觸式與非接觸式數(shù)據(jù)采集方法對比表1-1逆向設(shè)計(jì)中常用的數(shù)據(jù)采集方法對比需要根據(jù)產(chǎn)品的自身特性、精度要求、制造材質(zhì)等多項(xiàng)因素綜合考慮之后，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上對設(shè)備進(jìn)行合理的評估和選擇。二、數(shù)據(jù)處理與CAD建模技術(shù)1.

應(yīng)用概述伴隨著逆向工程及其相關(guān)技術(shù)理論研究的深入進(jìn)行，其成果的商業(yè)化應(yīng)用也逐漸受到重視，目前，開發(fā)專用的逆向工程軟件及結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件成為逆向工程技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。表1-2國內(nèi)外幾大逆向工程軟件的基本情況和特點(diǎn)2.主要軟件介紹二、數(shù)據(jù)處理與CAD建模技術(shù)（1）GeomagicWrap軟件該軟件可輕易地從掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為NURBS曲面，是目前應(yīng)用較為廣泛的逆向工程軟件，是對點(diǎn)云處理及三維曲面構(gòu)建功能最強(qiáng)大的軟件之一。圖1-11GeomagicWrap的應(yīng)用界面2.主要軟件介紹二、數(shù)據(jù)處理與CAD建模技術(shù)（2）GeomagicDesignX軟件該軟件的前身是韓國INUS公司出品的逆向工程軟件RapidForm。它提供了新一