機(jī)械創(chuàng)新逆向工程技術(shù)課件

逆向工程技術(shù)

ReverseEngineering

逆向工程技術(shù)

ReverseEngineering

2一、逆向工程簡(jiǎn)介1.逆向工程的定義

針對(duì)消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。它是以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)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(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入的分析和研究，探索其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品?！獜V義定義2一、逆向工程簡(jiǎn)介1.逆向工程的定義針對(duì)3廣義逆向工程主要內(nèi)容逆向工程技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖與原理、幾何形狀和結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝、管理等3廣義逆向工程主要內(nèi)容逆向工程技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)意4

將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過(guò)程。狹義定義逆向工程技術(shù)4將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何5根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)物樣件或手工制造的模型數(shù)據(jù)模型CAD模型利用一些軟件處理和數(shù)據(jù)管理對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的修改和再優(yōu)化設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)產(chǎn)品再現(xiàn)產(chǎn)品

超越原產(chǎn)品

狹義流程逆向工程技術(shù)5根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)數(shù)據(jù)模型利用一些軟件處理認(rèn)識(shí)產(chǎn)品再現(xiàn)產(chǎn)品超越6產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化子系統(tǒng)2.逆向工程系統(tǒng)組成產(chǎn)品或模具的制造子系統(tǒng)三維CAD模型重建子系統(tǒng)建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)需要下列基本配備：1）測(cè)量設(shè)備，例如：三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、三維掃描儀；2）點(diǎn)數(shù)據(jù)處理軟件，即逆向工程軟件，Imageware、Geomagic；3）CAD/CAM/CAE軟件，例如：UG、Pro/E、CATIA;4）CNC機(jī)床、快速成型設(shè)備。6產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化子系統(tǒng)2.逆向工程系統(tǒng)組成產(chǎn)品或模71.對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域

二、逆向工程應(yīng)用71.對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域二、逆向工程應(yīng)用82.當(dāng)設(shè)計(jì)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的產(chǎn)品

82.當(dāng)設(shè)計(jì)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的產(chǎn)品93.在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒(méi)有CAD

模型的情況下。

93.在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒(méi)有CAD10

4.在模具行業(yè)，經(jīng)常需要反復(fù)修模，而這些幾何外形的變化并未反映在原始的CAD模型上。104.在模具行業(yè)，經(jīng)常需要反復(fù)修模，而這些幾何外形115.逆向工程在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)上同樣具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值。115.逆向工程在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)上同樣具有相當(dāng)高的應(yīng)126.逆向工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的假體設(shè)計(jì)、制作、植入及外科手術(shù)規(guī)劃等方面得到了應(yīng)用，發(fā)展前景良好。特種服裝、頭盔的制造等要以使用者的身體為原始的設(shè)計(jì)依據(jù)，此時(shí)需要利用逆向工程技術(shù)建立人體的幾何模型。126.逆向工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的假體設(shè)計(jì)、制作、植入及外科137.逆向工程應(yīng)用在正向設(shè)計(jì)結(jié)果的檢驗(yàn)，也稱為計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)CAT。137.逆向工程應(yīng)用在正向設(shè)計(jì)結(jié)果的檢驗(yàn)，也稱為計(jì)算機(jī)輔助檢8.藝術(shù)品、考古文物的修復(fù)與復(fù)制。8.藝術(shù)品、考古文物的修復(fù)與復(fù)制。15三、逆向工程常用的軟件15三、逆向工程常用的軟件16Imageware

Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。擁有廣大的用戶群，國(guó)外有BMW、GM、Boeing、Ford、Toyota；國(guó)內(nèi)已有上海大眾、上海交大、上海DELPHI、成都飛機(jī)制造公司等。

16ImagewareImageware是著名的17Geomagic

Geomagic是一家世界級(jí)的軟件及服務(wù)公司。在眾多工業(yè)領(lǐng)域，比如汽車、航空、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)產(chǎn)品，許多專業(yè)人士在使用Geomagic軟件和服務(wù)。GeomagicStudio是被廣泛應(yīng)用的逆向軟件?？焖俪砷L(zhǎng)的Geomagic，正成為數(shù)字形狀采樣及處理（DSSP）的領(lǐng)導(dǎo)者。17GeomagicGeomagic是一家世界級(jí)18逆向工程軟件的選擇通用的CAD/CAM系統(tǒng)中集成的逆向工程模塊，自動(dòng)化程度較高，但功能尚顯單一。在完成高精度（0.1mm）的項(xiàng)目、點(diǎn)云質(zhì)量不高和細(xì)節(jié)特征較多時(shí)，不能較好的完成任務(wù)。在根據(jù)特征劃分點(diǎn)云方面還有待改進(jìn)，人工控制能力也有待加強(qiáng)。通用CAD軟件和專用的逆向工程軟件相結(jié)合是完成高精度模型重建的有效方法。18逆向工程軟件的選擇通用的CAD/CAM系四、逆向工程測(cè)量系統(tǒng)

高效、高精度地實(shí)現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。

數(shù)據(jù)測(cè)量，即產(chǎn)品表面數(shù)字化，指通過(guò)特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。四、逆向工程測(cè)量系統(tǒng)高效、高精度地實(shí)現(xiàn)樣件表面的20接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)械手非接觸式

光學(xué)測(cè)量聲學(xué)測(cè)量磁學(xué)測(cè)量

破壞式——自動(dòng)斷層掃描

1.數(shù)據(jù)測(cè)量方法的分類20接觸式1.數(shù)據(jù)測(cè)量方法的分類211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。2接觸式測(cè)量的探頭直接接觸工件表面，與工件表面的反射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。3被測(cè)物體固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，并配合測(cè)量軟件，可快速準(zhǔn)確地測(cè)量出物體的基本幾何形狀，如面、圓、圓柱、圓錐、圓球等。接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：2.數(shù)據(jù)測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較211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。球形探頭容易因接觸力造成磨損；逐點(diǎn)方式測(cè)量，速度慢探頭的力使被測(cè)件局部發(fā)生變形，影響精度；接觸過(guò)程可能損害工件某些重要部位表面精度；需要進(jìn)行探頭半徑補(bǔ)償檢測(cè)一些內(nèi)部元件要求探頭直徑小于被測(cè)內(nèi)圓直徑Text接觸式測(cè)量主要缺點(diǎn)如下：球形探頭容易因逐點(diǎn)方式測(cè)量，速度慢探頭的力使被測(cè)件接觸過(guò)程可23測(cè)量速度非常快，不必像接觸觸發(fā)探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；不必做探頭半徑補(bǔ)償，因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)位置就是工件表面的位置；軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測(cè)量。123非接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：（與接觸式測(cè)量相比，非接觸式測(cè)量主要有以下優(yōu)點(diǎn)）23測(cè)量速度非常快，不必像接觸觸發(fā)探頭那樣逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；不必易受工件表面的反射特性的影響，如顏色、斜率；測(cè)量精度較差工件幾何外形變化大時(shí)成像會(huì)失焦，成像模糊；易受環(huán)境光線及雜散光影響，故噪聲較高，困難；工件表面的粗糙度會(huì)影響測(cè)量結(jié)果對(duì)邊線處理、凹邊處理及不連續(xù)形狀的處理較困難Text非接觸式測(cè)量主要缺點(diǎn)如下：易受工件表面的反射特性測(cè)量精度較差工件幾何外形易受環(huán)境光線及25各種測(cè)量方式比較：25各種測(cè)量方式比較：26從表中的數(shù)據(jù)可以看出，各種數(shù)據(jù)采集方式都有一定的局限性，對(duì)于逆向測(cè)量而言，數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)滿足如下要求：

（1）采集精度應(yīng)滿足工程的實(shí)際需要；

（2）采集速度要快，盡量減少測(cè)量在整個(gè)逆向工程中所占的時(shí)間；

（3）數(shù)據(jù)采集要完整，不能有缺漏，以免給后期的曲面重構(gòu)帶來(lái)障礙；

（4）數(shù)據(jù)采集過(guò)程中不能破壞原形；

（5）降低測(cè)量成本。26從表中的數(shù)據(jù)可以看出，各種數(shù)據(jù)采集方式都有一定的273.逆向工程常用的測(cè)量設(shè)備3.1接觸式測(cè)量三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CoordinateMeasuringMachineCMM

關(guān)節(jié)臂273.逆向工程常用的測(cè)量設(shè)備3.1接觸式測(cè)量三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)關(guān)幾種典型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

懸臂式測(cè)量機(jī)活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)固定橋式測(cè)量機(jī)幾種典型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)懸臂式測(cè)量機(jī)活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)固定橋式測(cè)29幾種典型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)龍門移動(dòng)式測(cè)量機(jī)29幾種典型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)龍門移動(dòng)式測(cè)量機(jī)30非接觸式按其原理不同，又可分為：3.2非接觸式測(cè)量手持式激光掃描儀30非接觸式按其原理3.2非接觸式測(cè)量手持式激光掃描儀31三維激光掃描儀31三維激光掃描儀323DSS系列三維掃描儀ThreeDimensionalSensingSystem323DSS系列三維掃描儀333DSS系列三維掃描儀ThreeDimensionalSensingSystem333DSS系列三維掃描儀343.3測(cè)量設(shè)備知名公司343.3測(cè)量設(shè)備知名公司CyberwareCyberwareFAROFAROGOMATOSGOMATOSSOLUTIONIXRexcanSOLUTIONIXRexcan394.測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出測(cè)量設(shè)備都帶有自己的測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件或集成其它逆向工程軟件，對(duì)測(cè)量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理，如數(shù)據(jù)的刪減、對(duì)齊、點(diǎn)云的修補(bǔ)、誤差點(diǎn)的識(shí)別和去除等，然后將處理好的數(shù)據(jù)以某種格式輸出，為后面的實(shí)物三維CAD模型或產(chǎn)品或模具制造做準(zhǔn)備。394.測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出測(cè)量設(shè)備都帶有自己的測(cè)

五、數(shù)據(jù)處理非接觸方法獲取的數(shù)據(jù)通常非常龐大，被稱作點(diǎn)云（PointClouds）。為了獲得完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，需要在模型重建前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。是數(shù)據(jù)獲取是否進(jìn)行多次測(cè)量多視對(duì)齊數(shù)據(jù)光順數(shù)據(jù)插補(bǔ)數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)分割噪點(diǎn)去除否五、數(shù)據(jù)處理非接觸方法獲取的數(shù)據(jù)通常非常龐大1．噪點(diǎn)去除噪點(diǎn)：測(cè)量誤差點(diǎn)1．噪點(diǎn)去除噪點(diǎn)：測(cè)量誤差點(diǎn)2．多視對(duì)齊Polyworks的IMAlign模塊粘貼特征點(diǎn)2．多視對(duì)齊Polyworks的IMAlign模塊粘貼特征點(diǎn)3．?dāng)?shù)據(jù)光順

在汽車、摩托車覆蓋件的應(yīng)用中，對(duì)表面的光順性往往有很高的要求，通常要求達(dá)到A級(jí)(ClassA)曲面品質(zhì)。G0連續(xù)：位置連續(xù)，即曲面間沒(méi)有縫隙，但可能有銳利邊緣，不常用。G1連續(xù)：切線連續(xù)，制作簡(jiǎn)單，成功率高，常用于小家電面的相交處。G2連續(xù)：曲率連續(xù)，視覺(jué)效果光滑流暢，是A級(jí)曲面的最低標(biāo)準(zhǔn)。G3連續(xù)：曲率的變化率連續(xù)G4連續(xù)：曲率變化率的變化率連續(xù)反光效果完美，通常用于汽車設(shè)計(jì)

五、數(shù)據(jù)處理3．?dāng)?shù)據(jù)光順在汽車、摩托車覆蓋件的應(yīng)用中，對(duì)4．?dāng)?shù)據(jù)插補(bǔ)原始點(diǎn)云完成插補(bǔ)后的點(diǎn)云樣件復(fù)雜結(jié)構(gòu)測(cè)量機(jī)的限制無(wú)法測(cè)到的區(qū)域（凹邊、孔、突起、拐角等處）數(shù)據(jù)“空白”可用Polyworks軟件的IMEdit模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)插補(bǔ)。

五、數(shù)據(jù)處理4．?dāng)?shù)據(jù)插補(bǔ)原始點(diǎn)云完成插補(bǔ)后的點(diǎn)云樣件復(fù)雜結(jié)構(gòu)測(cè)量機(jī)的限制按距離精簡(jiǎn)按弦偏差精簡(jiǎn)原始點(diǎn)云平均精簡(jiǎn)5．?dāng)?shù)據(jù)精簡(jiǎn)采用非接觸式測(cè)量?jī)x對(duì)大型樣件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)得到海量點(diǎn)云。

五、數(shù)據(jù)處理按距離精簡(jiǎn)按弦偏差精簡(jiǎn)原始點(diǎn)云平均精簡(jiǎn)5．?dāng)?shù)據(jù)精簡(jiǎn)采用非接觸6．?dāng)?shù)據(jù)分割被測(cè)樣件多個(gè)自由曲面多個(gè)規(guī)則曲面多個(gè)平面分割單個(gè)的曲面或平面點(diǎn)云合理的方法構(gòu)造曲面片整體曲面模型拼接、縫合

五、數(shù)據(jù)處理6．?dāng)?shù)據(jù)分割被測(cè)樣件多個(gè)自由曲面分割單個(gè)的曲面或平面點(diǎn)云合理

六、模型重構(gòu)曲面重構(gòu)實(shí)體模型1．曲面重構(gòu)Imageware：點(diǎn)處理模塊、曲面處理模塊和評(píng)價(jià)模塊。六、模型重構(gòu)曲面重構(gòu)實(shí)體模型1．曲面重構(gòu)Imagewar1.1點(diǎn)云處理1．曲面重構(gòu)1.1點(diǎn)云處理1．曲面重構(gòu)點(diǎn)云的圈選沿任一方向截取點(diǎn)云1．曲面重構(gòu)1.1點(diǎn)云處理點(diǎn)云分割點(diǎn)云的圈選沿任一方向截取點(diǎn)云1．曲面重構(gòu)1.1點(diǎn)云處理沿某一軸線方向的系列平面截取點(diǎn)云沿一條曲線的系列平面截取點(diǎn)云1.1點(diǎn)云處理1．曲面重構(gòu)沿某一軸線方向的系列平面截取點(diǎn)云沿一條曲線的系列平面截取點(diǎn)1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造

由點(diǎn)云擬合均勻曲面

構(gòu)造雙向放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由點(diǎn)云擬合均勻曲面構(gòu)造

由邊界曲線生成曲面

構(gòu)造放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由邊界曲線生成曲面構(gòu)造放樣曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲

由曲線網(wǎng)格構(gòu)造曲面

構(gòu)造旋轉(zhuǎn)曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造由曲線網(wǎng)格構(gòu)造曲面構(gòu)造旋轉(zhuǎn)曲面1．曲面重構(gòu)1.2曲

構(gòu)造掃略曲面發(fā)生線路徑1路徑21.3曲面修改1．曲面重構(gòu)1.2曲面構(gòu)造

調(diào)整曲面控制點(diǎn)構(gòu)造掃略曲面發(fā)生線路徑1路徑21.3曲面修改1．曲面

構(gòu)建曲面凸緣

曲面倒圓1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改構(gòu)建曲面凸緣曲面倒圓1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改

曲面橋接

曲面合并1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改

曲面裁剪曲面橋接曲面合并1．曲面重構(gòu)1.3曲面修改曲面裁剪1．曲面重構(gòu)1.4曲面評(píng)價(jià)曲面與點(diǎn)云的誤差曲面的光順度1．曲面重構(gòu)1.4曲面評(píng)價(jià)曲面與點(diǎn)云的誤差曲面的光順度

六、模型重構(gòu)2．CAD模型在曲面重構(gòu)軟件中將曲面保存為igs格式，再導(dǎo)入CAD軟件。六、模型重構(gòu)2．CAD模型在曲面重構(gòu)軟件中將曲面保存為ig2．CAD模型

六、模型重構(gòu)2．CAD模型六、模型重構(gòu)60七、快速成型設(shè)備60七、快速成型設(shè)備61七、快速成型設(shè)備61七、快速成型設(shè)備八、逆向工程實(shí)例八、逆向工程實(shí)例1.Y型管罩a、根據(jù)客戶要求制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方案。本案例采用激光掃描儀一次掃描完成數(shù)據(jù)采集。b、對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行去除雜點(diǎn)、過(guò)濾精簡(jiǎn)等處理。c、根據(jù)樣件的特點(diǎn)提取特征線，本案例按照一條曲線取截面線。1.Y型管罩a、根據(jù)客戶要求制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集