逆向設計與3D打印案例教程 課件 1-2逆向工程的關鍵技術

逆向工程的關鍵技術一、數據采集技術數據采集是指通過特定的測量方法和設備，將物體表面形狀轉換成幾何空間坐標點，從而得到逆向建模以及尺寸評價所需數據的過程。選擇快速而精確的數據采集系統(tǒng)，是實現逆向設計的前提條件，它在很大程度上決定了所設計產品的最終質量，以及設計的效率和成本。圖1-3逆向設計數據采集方法分類一、數據采集技術1.非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方法適用于需要大規(guī)模測量點的自由曲面和復雜曲面的數字化。優(yōu)點：測量速度快；易獲取曲面數據;測量數據不需要進行測頭半徑補償；可測量柔軟、易碎、不可接觸、薄件、皮毛及變形細小等工件；無接觸力，不會損傷精密表面等。缺點：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，測得的數據誤差較大。一、數據采集技術（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，根據反射時間、光源與感光設備間的距離、夾角等位置關系推算出物體表面點的坐標。圖1-5手持式激光掃描儀1.非接觸式數據采集方法一、數據采集技術（2）結構光學法圖1-6結光學法測量原理原理：利用結構光學照明中的幾何信息幫助提供景物中的幾何信息，根據相機、結構光、物體之間的幾何關系來確定物體的三維信息。圖1-7白光雙目掃描儀1.非接觸式數據采集方法一、數據采集技術（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在兩幅圖像中的位置，由視差計算距離。（4）計算機斷層掃描成像技術（CT）

通過對產品實物進行層析掃描后，獲得一系列斷層圖像切片和數據。通過切片和數據提供的工件截面輪廓及其內部機構的完整信息，可以測量物體表面、內部和隱藏結構特征。（5）核磁共振測量法（MRI）

用磁場來標定物體某層面的空間位置，然后用射頻脈沖序列照射，當被激發(fā)的核在動態(tài)過程中自動恢復到靜態(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算機，經過處理轉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物，獲得一系列斷面圖像數據，利用數字圖像處理技術進行輪廓邊界提取后，再經過坐標標定、邊界跟蹤等處理得到截面上各輪廓點的坐標值。一、數據采集技術2.接觸式數據采集方法接觸式數據采集方法是通過傳感測量設備與樣件的接觸來記錄樣件表面的坐標位置。接觸式數據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的規(guī)則曲面模型組成的實物的測量與檢測。優(yōu)點：測量數據不受樣件表面光照、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：逐點測量，測量速度慢，不能測量軟質材料和超薄形物體，對曲面上探頭無法接觸的部分不能進行測量，應用范圍受到限制，測量過程需要人工干預，接觸力大小會影響測量值，測量前后需做測頭半徑補償等。一、數據采集技術（1）觸發(fā)式數據采集2.接觸式數據采集方法當采樣測頭的探針剛好接觸到樣件表面時，探針尖因受力產生微小變形，觸發(fā)采樣開關，使數據系統(tǒng)記錄下探針尖的即時坐標，逐點移動，直到采集完樣件表面輪廓的坐標數據。觸發(fā)式數據采集方法一般適用于樣件表面形狀檢測，或需要數據較少的表面數字化的情況。（2）連續(xù)掃描式數據采集

利用測頭探針的位置偏移所產生的電感或電容的變化，進行機電模擬量的轉換。當采樣探頭的探針沿樣件表面以一定速度移動時，就發(fā)出對應各坐標位置偏移量的電流或電壓信號。連續(xù)掃描式數據采集方法適用于生產車間環(huán)境的數字化，它能保證在較短的測量時間內實現最佳的測量精度。一、數據采集技術2.接觸式數據采集方法（3）接觸式數據采集設備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1-8三坐標測機的組成原理：設備在三個方向上均裝有高精度的光柵尺和讀數頭，通過相應的電氣系統(tǒng)控制操作使其沿相應的導軌方向移動，通過測頭對被測零件進行接觸或掃描，從而達到數據采集的目的，再通過相應的軟件處理，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1-9三坐標測量機的主要機型一、數據采集技術三坐標測量機的操作流程

：三坐標測量機可以實現工件的高精度全尺寸檢測，測量前需要根據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，根據實際需要測量相應的幾何量，并進行公差評價與報告輸出。圖1-10三坐標測量機操作流程一、數據采集技術3.接觸式與非接觸式數據采集方法對比表1-1逆向設計中常用的數據采集方法對比需要根據產品的自身特性、精度要求、制造材質等多項因素綜合考慮之后，在滿足使用要求的基礎上對設備進行合理的評估和選擇。二、數據處理與CAD建模技術1.

應用概述伴隨著逆向工程及其相關技術理論研究的深入進行，其成果的商業(yè)化應用也逐漸受到重視，目前，開發(fā)專用的逆向工程軟件及結合產品設計的結構設計軟件成為逆向工程技術應用的關鍵。表1-2國內外幾大逆向工程軟件的基本情況和特點2.主要軟件介紹二、數據處理與CAD建模技術（1）GeomagicWrap軟件該軟件可輕易地從掃描所得的點云數據創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網格，并可自動轉換為NURBS曲面，是目前應用較為廣泛的逆向工程軟件，是對點云處理及三維曲面構建功能最強大的軟件之一。圖1-11GeomagicWrap的應用界面2.主要軟件介紹二、數據處理與CAD建模技術（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