机械创新逆向工程技术课件.ppt

1、逆向工程技术逆向工程技术Reverse Engineering 2一、逆向工程简介一、逆向工程简介1. 逆向工程的定义逆向工程的定义 针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。它是以先进产品设备的实物、软件用技术的组合。它是以先进产品设备的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产等）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索其关键技术，进而开发

2、出同类的先析和研究，探索其关键技术，进而开发出同类的先进产品。进产品。广义定义广义定义3广义逆向工程主要内容广义逆向工程主要内容逆向工程技术逆向工程技术 产品设计意图与原理、几何形状和结构、材料、产品设计意图与原理、几何形状和结构、材料、制造工艺、管理等制造工艺、管理等4 将实物转变为将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的在此基础上对已有产品进行解剖

3、、深化和再创造的过程。过程。狭义定义狭义定义逆向工程技术逆向工程技术5根据现有的实根据现有的实物样件或手工物样件或手工制造的模型制造的模型数据模型数据模型CAD模型模型利用一些软件处理利用一些软件处理和数据管理对模型和数据管理对模型进行进一步的修改进行进一步的修改和再优化设计和再优化设计认识产品认识产品再现产品再现产品 超越原产品超越原产品 狭义流程狭义流程逆向工程技术逆向工程技术6产产品实物几何外形的数字化子系统品实物几何外形的数字化子系统2.逆向工程系统组成逆向工程系统组成产品或模具的制造子系统产品或模具的制造子系统三维三维CADCAD模型重建子系统模型重建子系统建立一套完整的逆向工程系统

4、需要下列基本配备：建立一套完整的逆向工程系统需要下列基本配备：1 1）测量设备，例如：三坐标测量仪、三维扫描仪；）测量设备，例如：三坐标测量仪、三维扫描仪；2 2）点数据处理软件，即逆向工程软件，）点数据处理软件，即逆向工程软件，ImagewareImageware、GeomagicGeomagic；3 3）CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE软件，例如：软件，例如：UGUG、Pro/EPro/E、CATIA;CATIA;4 4）CNCCNC机床、快速成型设备。机床、快速成型设备。 71.对产品外形的美学有特别要求的领域对产品外形的美学有特别要求的领域 二、逆向工程应用二、逆向工程应用

5、82.当设计需要通过实验测试才能定型的产品当设计需要通过实验测试才能定型的产品 93.在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CADCAD 模型的情况下。模型的情况下。 10 4.4.在模具行业，在模具行业， 经常需要反复修模，而这些几何外形经常需要反复修模，而这些几何外形的变化并未反映在原始的的变化并未反映在原始的CADCAD模型上。模型上。115.5.逆向工程在新产品的开发、创新设计上同样具有相当高逆向工程在新产品的开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值。的应用价值。126 .逆向工程技术在医学领域的假体设计、制作、植入及外科逆向工程技术在医学领域

6、的假体设计、制作、植入及外科手术规划等方面得到了应用，发展前景良好。手术规划等方面得到了应用，发展前景良好。特种服装、头盔的制造等要以使用者的身体为原始的特种服装、头盔的制造等要以使用者的身体为原始的设计依据，此时需要利用逆向工程技术建立人体的几设计依据，此时需要利用逆向工程技术建立人体的几何模型。何模型。137. .逆向工程应用在正向设计结果的检验，也称为计算机辅逆向工程应用在正向设计结果的检验，也称为计算机辅助检测助检测CATCAT。8.艺术品、考古文物的修复与复制。15三、逆向工程常用的软件三、逆向工程常用的软件软件名称软件名称所属公司所属公司ImagewareImageware美国美国

7、EDSEDS公司公司GeomagicGeomagic美国美国RaindropRaindrop公司公司RapidFormRapidForm韩国韩国INUSINUSCopyCADCopyCAD英国英国DelCAMDelCAM公司公司16Imageware ImagewareImageware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有有广大的用户群，国外有BMWBMW、GMGM、BoeingBoeing、FordFord、ToyotaToyota；国

8、内已有上海大众、上海交大、上海；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHIDELPHI、成都飞机制造公司等。成都飞机制造公司等。 17Geomagic GeomagicGeomagic是一家世界级的软件及服务公司。在众多是一家世界级的软件及服务公司。在众多工业领域，比如汽车、航空、医疗设备和消费产品，许工业领域，比如汽车、航空、医疗设备和消费产品，许多专业人士在使用多专业人士在使用GeomagicGeomagic软件和服务。软件和服务。Geomagic Geomagic StudioStudio是被广泛应用的逆向软件。快速成长的是被广泛应用的逆向软件。快速成长的GeomagicGeomagi

9、c，正成为数字形状采样及处理（正成为数字形状采样及处理（DSSPDSSP）的领导者。）的领导者。18逆向工程软件的选择逆向工程软件的选择 通用的通用的CAD/CAM系统中集成的逆向工程模块，自动系统中集成的逆向工程模块，自动化程度较高，但功能尚显单一。在完成高精度（化程度较高，但功能尚显单一。在完成高精度（0.1mm）的项目、点云质量不高和细节特征较多时，不能较好的完的项目、点云质量不高和细节特征较多时，不能较好的完成任务。在根据特征划分点云方面还有待改进，人工控制成任务。在根据特征划分点云方面还有待改进，人工控制能力也有待加强。能力也有待加强。 通用通用CAD软件和专用的逆向工程软件相结合是

10、完成高软件和专用的逆向工程软件相结合是完成高精度模型重建的有效方法。精度模型重建的有效方法。四、逆向工程测量系统四、逆向工程测量系统 高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。工程实现的基础和关键技术之一。 数据测量，即产品表面数字化，指通过特定的测量数据测量，即产品表面数字化，指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。评价、改进和制

11、造。20接触式接触式 三坐标测量机三坐标测量机 机械手机械手 非接触式非接触式 光学测量光学测量 声学测量声学测量 磁学测量磁学测量 破坏式破坏式自动断层扫描自动断层扫描 1.数据测量方法的分类211机械结构及电机械结构及电子系统已相当子系统已相当成熟，有较高成熟，有较高的准确性和可的准确性和可靠性。靠性。2接触式测量的接触式测量的探头直接接触探头直接接触工件表面，与工件表面，与工件表面的反工件表面的反射特性、颜色射特性、颜色及曲率关系不及曲率关系不大。大。3被测物体固定在被测物体固定在三坐标测量机上三坐标测量机上，并配合测量软，并配合测量软件，可快速准确件，可快速准确地测量出物体的地测量出物

12、体的基本几何形状，基本几何形状，如面、圆、圆柱如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等、圆锥、圆球等。接触式测量的优点：接触式测量的优点：2.数据测量方法的优缺点比较球形探头容易因球形探头容易因接触力造成磨损；接触力造成磨损；逐点方式测量，速度慢逐点方式测量，速度慢探头的力使被测件探头的力使被测件局部发生变形，影局部发生变形，影响精度；响精度；接触过程可能损害工件接触过程可能损害工件某些重要部位表面精度；某些重要部位表面精度；需要进行探需要进行探头半径补偿头半径补偿检测一些内部元件要求探检测一些内部元件要求探头直径小于被测内圆直径头直径小于被测内圆直径Text接触式测量主要缺点如下：接触式测量主要缺点如下

13、：23测量速度测量速度非常快，非常快，不必像接不必像接触触发探触触发探头那样逐头那样逐点进行测点进行测量；量；不必做探不必做探头半径补头半径补偿，因为偿，因为激光光点激光光点位置就是位置就是工件表面工件表面的位置；的位置；软工件、软工件、薄工件、薄工件、不可接触不可接触的高精密的高精密工件可直工件可直接测量。接测量。123非接触式测量的优点：非接触式测量的优点：（与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点）（与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点）易受工件表面的反射特性易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率；的影响，如颜色、斜率；测量精度较差测量精度较差工件几何外形工件几何外形变化

14、大时成像变化大时成像会失焦，成像模糊；会失焦，成像模糊；易受环境光线及杂散光易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，困难；影响，故噪声较高，困难；工件表面的工件表面的粗糙度会粗糙度会影响测量结果影响测量结果对边线处理、凹边处对边线处理、凹边处理及不连续形状的处理及不连续形状的处理较困难理较困难Text非接触式测量主要缺点如下：非接触式测量主要缺点如下：25测量测量方式方式精度精度测量测量速度速度测量轮廓的测量轮廓的复杂程度复杂程度对材料的对材料的限制限制测量测量成本成本三坐标法三坐标法0.630m0.630m慢慢较差较差有限制有限制较高较高激光三角法激光三角法5m5m一般一般一般一般无无较高较高

15、结构光法结构光法1 1 3m 3m快快好好无无一般一般CT及超声波及超声波1mm1mm较慢较慢好好无无高高各种测量方式比较：各种测量方式比较：26 从表中的数据可以看出，各种数据采集方式都有从表中的数据可以看出，各种数据采集方式都有一定的局限性，对于逆向测量而言，数据采集方式应一定的局限性，对于逆向测量而言，数据采集方式应满足如下要求：满足如下要求： （1 1） 采集精度应满足工程的实际需要；采集精度应满足工程的实际需要； （2 2） 采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工 程中所占的时间；程中所占的时间； （3 3） 数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后

16、期数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后期 的曲面重构带来障碍；的曲面重构带来障碍； （4 4） 数据采集过程中不能破坏原形；数据采集过程中不能破坏原形； （5 5） 降低测量成本。降低测量成本。273.逆向工程常用的测量设备3.1接触式测量接触式测量三坐标测量机三坐标测量机Coordinate Measuring Machine CMM 关节臂关节臂几种典型的三坐标测量机几种典型的三坐标测量机 悬臂式测量机悬臂式测量机活动桥式测量机活动桥式测量机固定桥式测量机固定桥式测量机29几种典型的三坐标测量机几种典型的三坐标测量机龙门移动式测量机龙门移动式测量机 30非接触式按其原理非接触式按其原理不同

17、，又可分为：不同，又可分为：光学式光学式非光学式非光学式三角形法三角形法CT CT 测量法测量法结构光法结构光法MRI MRI 测量法测量法计算机视觉法计算机视觉法超声波法超声波法激光干涉法激光干涉法层析法层析法激光衍射法激光衍射法3.2非接触式测量非接触式测量手持式激光扫描仪手持式激光扫描仪31三维激光扫描仪三维激光扫描仪323DSS系列三维扫描仪系列三维扫描仪Three Dimensional Sensing System333DSS系列三维扫描仪系列三维扫描仪Three Dimensional Sensing System343.3测量设备知名公司测量设备知名公司CyberwareFAR

18、OGOMATOSSOLUTIONIXRexcan394.测量数据的输出 测量设备都带有自己的测量数据处理软件或集成其测量设备都带有自己的测量数据处理软件或集成其它逆向工程软件，对测量后的数据进行简单预处理，如它逆向工程软件，对测量后的数据进行简单预处理，如数据的删减、对齐、点云的修补、误差点的识别和去除数据的删减、对齐、点云的修补、误差点的识别和去除等，然后将处理好的数据以某种格式输出，为后面的实等，然后将处理好的数据以某种格式输出，为后面的实物三维物三维CAD模型或产品或模具制造做准备。模型或产品或模具制造做准备。 五、数据处理五、数据处理 非接触方法获取的数据通常非常庞大，被称作点云（非接

19、触方法获取的数据通常非常庞大，被称作点云（Point CloudsPoint Clouds）。）。为了获得完整、准确的数据，需要在模型重建前进行数据处理。为了获得完整、准确的数据，需要在模型重建前进行数据处理。是数据获取是否进行多次测量多视对齐数据光顺数据插补数据精简数据分割噪点去除否1噪点去除噪点：测量误差点噪点：测量误差点 2多视对齐Polyworks的IMAlign模块粘贴特征点3数据光顺 在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往有很高的要求，通常要求达到有很高的要求，通常要求达到A A级级(Class A)(Class A)曲面品

20、质。曲面品质。G0连续：位置连续，即曲面间没有缝隙，但可能有锐利边缘，不常用。G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。G3连续：曲率的变化率连续G4连续：曲率变化率的变化率连续反光效果完美，通常用于汽车设计 五、数据处理五、数据处理 4数据插补原始点云原始点云完成插补后的点云完成插补后的点云样件复杂结构样件复杂结构测量机的限制测量机的限制无法测到的区域（凹边、孔、突起、拐角等处）无法测到的区域（凹边、孔、突起、拐角等处）数据数据“空白空白”可用可用PolyworksPolyworks软件的软件的IMEditIM

21、Edit模块来实现数据插补。模块来实现数据插补。 五、数据处理五、数据处理 按距离精简按距离精简按弦偏差精简按弦偏差精简原始点云原始点云平均精简平均精简5数据精简采用非接触式测量仪对大型样件进行测量时，会得到海量点云。采用非接触式测量仪对大型样件进行测量时，会得到海量点云。 五、数据处理五、数据处理 6数据分割被测样件被测样件多个自由曲面多个自由曲面多个规则曲面多个规则曲面多个平面多个平面分割分割单个的曲面或平面点云单个的曲面或平面点云合理的方法构造曲面片合理的方法构造曲面片整体曲面模型整体曲面模型拼接、缝合拼接、缝合 五、数据处理五、数据处理 六、六、模型重构模型重构曲面重构曲面重构 实体模

22、型实体模型1曲面重构ImagewareImageware：点处理模块、曲面处理模块和评价模块。：点处理模块、曲面处理模块和评价模块。 1.1 1.1 点云处理点云处理1曲面重构点云的圈选点云的圈选 沿任一方向截取点云沿任一方向截取点云 1曲面重构1.1 1.1 点云处理点云处理点云分割点云分割沿某一轴线方向的系列平面截取点云沿某一轴线方向的系列平面截取点云 沿一条曲线的系列平面截取点云沿一条曲线的系列平面截取点云 1.1 1.1 点云处理点云处理1曲面重构1曲面重构1.2 1.2 曲面构造曲面构造 由点云拟合均匀曲面由点云拟合均匀曲面 构造双向放样曲面构造双向放样曲面 由边界曲线生成曲面由边界

23、曲线生成曲面 构造放样曲面构造放样曲面 1曲面重构1.2 1.2 曲面构造曲面构造由曲线网格构造曲面由曲线网格构造曲面 构造旋转曲面构造旋转曲面 1曲面重构1.2 1.2 曲面构造曲面构造构造扫略曲面构造扫略曲面 发生线路径1路径21.3 1.3 曲面修改曲面修改 1曲面重构1.2 1.2 曲面构造曲面构造调整调整曲面控制点曲面控制点构建曲面凸缘构建曲面凸缘 曲面倒圆曲面倒圆1曲面重构1.3 1.3 曲面修改曲面修改曲面桥接曲面桥接曲面合并曲面合并1曲面重构1.3 1.3 曲面修改曲面修改曲面裁剪曲面裁剪1曲面重构1.4 1.4 曲面评价曲面评价曲面与点云的误差曲面与点云的误差 曲面的光顺度曲

24、面的光顺度 六、六、模型重构模型重构2CAD模型在曲面重构软件中将曲面保存为在曲面重构软件中将曲面保存为igsigs格式，再导入格式，再导入CADCAD软件。软件。2CAD模型 六、六、模型重构模型重构60七、快速成型设备61七、快速成型设备八、逆向工程实例1.Y型管罩a、根据客户要求制定相应的数据采集方案。本案例采用激光扫描仪一次扫描完成数据采集。b、对点数据进行去除杂点、过滤精简等处理。c、根据样件的特点提取特征线，本案例按照一条曲线取截面线。d、对拟合曲线进行误差分析，确定在允许范围内，可进行下面的工作，否则要重新以更多的控制点进行拟合，直到把误差控制在允许范围之内。控制点不宜过多，这样

25、会影响曲线质量。e、取好后的特征线。1.Y型管罩g、利用特征线生成自由曲面。h、生成过渡曲面。注意曲面之间要保证曲率(G2)连续。f、对曲线进行曲率分析，对于不符合要求的曲线做光顺处理。1.Y型管罩j、误差分析i、对生成的曲面进行光照反射分析。k、在UG中生成实体，装配。1.Y型管罩2.汽车轮毂 这是韩国现代汽车的轮毂，厂方交给模具厂时只有这个实物，没有CAD数模。我们知道要想加工这样的型面是非用CNC不可的，可是没有CAD数模这一切都是空谈。我们对其进行了扫描、曲面重构，并做出它的五分之一样件进行了验证，客户利用该CAD数模完成了模具加工。步骤一3.义齿制作步骤二用微型照相机取像步骤三计算机辅助设计步驟四CNC加工陶瓷毛坯步骤五临床粘着修补完成清理窩洞試戴瓷塊