第一章逆向建模概论课件

逆向工程建模与产品逆向工程建模与产品创新设计创新设计1.1 1.1 1.1 1.1 正向工程概述正向工程概述正向工程概述正向工程概述1.2 1.2 1.2 1.2 逆向工程概述逆向工程概述逆向工程概述逆向工程概述1.3 1.3 1.3 1.3 逆向建模关键技术逆向建模关键技术逆向建模关键技术逆向建模关键技术 1.4 1.4 1.4 1.4 产品建模产品建模产品建模产品建模CADCADCADCAD平台选择平台选择平台选择平台选择1.5 1.5 1.5 1.5 产品特征与逆向软件平台产品特征与逆向软件平台产品特征与逆向软件平台产品特征与逆向软件平台1.6 1.6 1.6 1.6 逆向工程与新产品开发逆向工程与新产品开发逆向工程与新产品开发逆向工程与新产品开发第一章第一章绪论绪论1.11.1 正向设计概述正向工程可归纳为：功能导向（Functionally-oriented）对象导向（Object oriented）预定模式（Prescriptive-model）系统开发（System to-be）以及所属权系统（Legacy system）NoNo需求需求需求需求分析分析分析分析详详详详 细细细细设设设设 计计计计初步初步初步初步设计设计设计设计概念概念概念概念设计设计设计设计工工工工 艺艺艺艺规规规规 划划划划可行性可行性可行性可行性分析？分析？分析？分析？YesYes样机试制样机试制样机试制样机试制 制制制制 造造造造设计与制造设计与制造设计与制造设计与制造信息描述信息描述信息描述信息描述 是从构思到数字模型，是从构思到数字模型，是从构思到数字模型，是从构思到数字模型，再到产品（实物）的演化过再到产品（实物）的演化过再到产品（实物）的演化过再到产品（实物）的演化过程程程程强调怎么做？强调怎么做？正向工程开发流程1）产品规划 在对产品进行充分调查研究和分析的前提下，进一步确定产品所应具有的功能和各方面的约束条件。形成设计任务书。2）方案设计 功能分析提出解决办法方案汇总可行性分析最佳方案3）结构与技术设计 产生总装配草图及部件装配草图（运动学、动力学等分析计算，并进行零件校核）4）产品制造 加工工艺 检验 装配关系正向工程设计汽车流程概念设计三维造型设计工程结构设计设计完成采用手绘方式建立概念草图汽车数字化造型 汽车工程设计基于车身结构设计、制造工艺性、空气动力学、人际工程特性、材料特性、光学特性等正向设计正向设计表达表达设计信息可用参数精确描述设计信息可用参数精确描述1.21.2、逆向工程概述、逆向工程概述1 1、产品市场环境的变化、产品市场环境的变化更新速度越来越快更新速度越来越快更新速度越来越快更新速度越来越快个性化，小批量个性化，小批量个性化，小批量个性化，小批量专业分工细化专业分工细化专业分工细化专业分工细化全球合作全球合作全球合作全球合作呼唤产品快速开发技术！呼唤产品快速开发技术！设计设计设计设计 样机样机样机样机 生产生产生产生产2 2、工程需求、工程需求图档图档图档图档工业设计？工业设计？工业设计？工业设计？样品？样品？样品？样品？试验试验试验试验如何快速如何快速如何快速如何快速制造？制造？制造？制造？产品产品产品产品小批量？小批量？小批量？小批量？逆向工程、快速成形、快速模具逆向工程、快速成形、快速模具逆向工程、快速成形、快速模具逆向工程、快速成形、快速模具 是产品快速开发技术！是产品快速开发技术！是产品快速开发技术！是产品快速开发技术！、逆向工程技术的产生与起源、逆向工程技术的产生与起源1）反求思维在工程中的应用源远流长人类取得的每一项成果都是在前人研究的基础上，模仿自然界和人类社会在相关领域、具有相应特长、特性的事物、动物或人来实现的。2）提出逆向工程这种术语并作为一门学问去研究，则出现于上世纪60年代初的日本。战后日本提出了科技立国的方针：一代引进、二代国产化、三代改进出口、四代占领国际市场。通过仿制美国及欧洲的产品，在采取各种手段获取先进的技术和引进技术的消化和吸收的基础上，建立了自己的产品创新设计体系，使经济迅速崛起，成为仅次于美国的制造大国。、逆向工程技术的产生与起源、逆向工程技术的产生与起源3）20世纪90年代，起源于工业上精密测量和质量检测的逆向工程技术开始引起包括我国在内的很多国家工业界和学术界的高度重视当前，随着现代计算机技术和测量技术的发展，利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现实物的逆向工程，已成为逆向工程技术应用的主要内容。、逆向工程技术的产生与起源、逆向工程技术的产生与起源逆向工程定义广义定义广义的逆向工程包含了针对消化吸收先进技术的一系列方法和应用技术，其研究对象包括产品实物、软件（图纸、程序、技术文件）或影像（图像、照片）等，应用现代设计方法学原理、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品。它是通过综合运用设计人员的工程设计经验、知识和创新性思维，对已有产品进行解剖、对已有产品进行解剖、消化吸收和再创造的过程，是对已有设计的再设计消化吸收和再创造的过程，是对已有设计的再设计。包括：几何逆向、工艺逆向、材料逆向和软件逆向。狭义定义针对实物样件的几何形状反求的“实物逆向工程”，即通过实物数字化技术和模型重建技术将实物模型转化为数字化模型，还原实物模型中包含的材料、工艺、形状等诸多方面的原始设计意图的过程，而后进行分析、加工等处理。、逆向工程（设计）流程、逆向工程（设计）流程实物实物模型模型形状数字形状数字化测量化测量CAD模型模型重建重建CAE分析分析快速原型快速原型工艺规划工艺规划制造制造是从实物到数字模型，再到产品（实物）是从实物到数字模型，再到产品（实物）是从实物到数字模型，再到产品（实物）是从实物到数字模型，再到产品（实物）的演化过程的演化过程的演化过程的演化过程 强调为什么这样做强调为什么这样做!数字化测量CAD模型重构二维图样、技术文档仿制改制产品CAD/CAE系统CAM系统快速成型RP产品样件模具PDM系统实物样件新产品、逆向工程设计、逆向工程设计表达表达形面构成复杂，设计信息难以用参形面构成复杂，设计信息难以用参数精确描述数精确描述6 6、逆向工程的应用、逆向工程的应用设计物理模型到数字模型的转换设计物理模型到数字模型的转换设计物理模型到数字模型的转换设计物理模型到数字模型的转换引进技术的吸收消化和再创新引进技术的吸收消化和再创新引进技术的吸收消化和再创新引进技术的吸收消化和再创新试验模型转换成数字模型试验模型转换成数字模型试验模型转换成数字模型试验模型转换成数字模型艺术品、文物复制艺术品、文物复制艺术品、文物复制艺术品、文物复制医学应用（骨头、关节、牙齿、假肢）医学应用（骨头、关节、牙齿、假肢）医学应用（骨头、关节、牙齿、假肢）医学应用（骨头、关节、牙齿、假肢）服装、鞋子、头盔、首饰的定制服装、鞋子、头盔、首饰的定制服装、鞋子、头盔、首饰的定制服装、鞋子、头盔、首饰的定制复杂型面制造质量的检测复杂型面制造质量的检测复杂型面制造质量的检测复杂型面制造质量的检测1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析1.3 1.3 逆向工程关键技术逆向工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据 数字化测量是逆向工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建数字化测量是逆向工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。模、评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。数字化测量数字化测量接触式测量接触式测量数字化测量数字化测量 测量设备测量设备 非接触式测量非接触式测量数字化测量数字化测量 测量设备测量设备 基于平板探测器基于平板探测器X射线成像系统射线成像系统 医学医学CT测量测量逆向技术数字化测量数字化测量测量方法比较测量方法比较优点优点 接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。较高的准确性和可靠性。接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。率关系不大。缺点缺点 为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不同的夹具，因此导致测量费用较高。同的夹具，因此导致测量费用较高。球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。对三维曲面的测量，探头测量到的点是探头的球心位置，欲求得物体真对三维曲面的测量，探头测量到的点是探头的球心位置，欲求得物体真实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。接触式测量接触式测量逆向技术数字化测量数字化测量测量方法比较测量方法比较优点点 不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。测量数度非常快，不必像接触式探头那样逐点进出测量。测量数度非常快，不必像接触式探头那样逐点进出测量。软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。缺点缺点 测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位置，目前其精度仍不够，约为置，目前其精度仍不够，约为2020以上。以上。因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件 表面反射特性的影响，如颜色、曲率等。表面反射特性的影响，如颜色、曲率等。非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难。理以及不连续形状的处理较困难。非接触式测量非接触式测量逆向技术测量路径是测头的运动轨迹，在逆向工程的测量流程中是极其重要测量路径是测头的运动轨迹，在逆向工程的测量流程中是极其重要的一环，其数据规划的效果将直接影响到整个产品模型逆向工程时间的的一环，其数据规划的效果将直接影响到整个产品模型逆向工程时间的长短和重构质量。长短和重构质量。特别是在使用三坐标测量机进行数据测量时，为保证测量精度和运特别是在使用三坐标测量机进行数据测量时，为保证测量精度和运行安全，提高三坐标测量机的测量效率的关键。行安全，提高三坐标测量机的测量效率的关键。设计测量路径的基本原则：设计测量路径的基本原则：1）安全，即从本测量点移到下一测量点的途中，测头不与工件发生）安全，即从本测量点移到下一测量点的途中，测头不与工件发生干涉；干涉；2）路径短、速度快，即根据坐标机的加减速特性，测头能以最快的）路径短、速度快，即根据坐标机的加减速特性，测头能以最快的速度到达下一测量点；速度到达下一测量点；3）行走路线自然，减少测头运转的空行程和测头的旋转测量。）行走路线自然，减少测头运转的空行程和测头的旋转测量。测量路径规划测量路径规划 逆向技术测量实例测量实例 涡轮叶片模具涡轮叶片模具叶片模具型面数据叶片模具型面数据 叶片模具边界数据叶片模具边界数据 共采集数据点共采集数据点24500个个。逆向技术测量实例测量实例 不同叶片的不同叶片的3D-CT3D-CT层析断层层析断层 高解析度高解析度3D-CT实验系统实验系统不同叶片的不同叶片的3D-CT层析断层层析断层 逆向技术测量实例测量实例 基于双目视觉的三维数据获取基于双目视觉的三维数据获取实验扫描系统实验扫描系统蒙皮模具（蒙皮模具（长长5m）共采集数据点共采集数据点341212341212个个 成型面点云图成型面点云图逆向技术1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析逆向工程关键技术逆向工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据逆向技术 产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面，无论是接产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面，无论是接触式的数控测量机还是非接触式的激光扫描机，不可避免地会引入触式的数控测量机还是非接触式的激光扫描机，不可避免地会引入数据误差，尤其是尖锐边和产品边界附近的测量数据，测量数据中数据误差，尤其是尖锐边和产品边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面。另外，由于激的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面。另外，由于激光扫描的应用，曲面测量会产生海量的数据点，这样在造型之前应光扫描的应用，曲面测量会产生海量的数据点，这样在造型之前应对数据进行精简。对数据进行精简。主要包括以下内容：主要包括以下内容：坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割测量数据预处理测量数据预处理逆向技术 坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量环境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量环境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量数据失真。数据失真。坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首先就是要去除数据点集中的坏点。先就是要去除数据点集中的坏点。常用方法如下：常用方法如下：1.直观检查法直观检查法2.曲线检查法曲线检查法3.弦高差法弦高差法测量数据预处理测量数据预处理 坏点去除坏点去除逆向技术当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，而且在重构曲面的曲率当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，而且在重构曲面的曲率较小处还会影响曲面的光顺性。因此，在进行曲面重构前，需要建立数据的较小处还会影响曲面的光顺性。因此，在进行曲面重构前，需要建立数据的空间邻域关系和精简数据。空间邻域关系和精简数据。在均匀精简方法中，通过以某一点定义采样立方体，求立方体内其余点在均匀精简方法中，通过以某一点定义采样立方体，求立方体内其余点到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保留点的百分比进行精简。到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保留点的百分比进行精简。测量数据预处理测量数据预处理 点云精简点云精简 保留每个子立方体中距中心点保留每个子立方体中距中心点最近的点。最近的点。逆向技术测量数据（测量数据（24500个）处理后的数据（处理后的数据（4607个）个）测量数据预处理测量数据预处理数据精简实例数据精简实例 精简原则：精简原则：精简距离为精简距离为2mm，精简后的点云在空间分布均匀，适合，精简后的点云在空间分布均匀，适合数据的后续处理。数据的后续处理。逆向技术由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据空白现象，影响曲面的逆向建模。空白现象，影响曲面的逆向建模。目前应用于逆向工程的数据插补方法主要有目前应用于逆向工程的数据插补方法主要有1.实物填充法实物填充法2.造型设计法造型设计法3.曲线、曲面插值补充法曲线、曲面插值补充法测量数据预处理测量数据预处理 数据插补数据插补逆向技术由由于于在在数数据据测测量量过过程程中中受受到到各各种种人人为为和和随随机机因因素素的的影影响响，使使得得测测量量结结果果包包含含噪噪声声，为为了了降降低低或或消消除除噪噪声声对对后后续续建建模模质质量量的的影影响响，需需要要对对数数据据进进行行平平滑滑滤滤波波。数数据据平平滑滑主主要要针针对对扫扫描描线线数数据据，如如果果数数据据点点是是无无序序的的，将将影影响响平平滑滑的效果。的效果。通常采用的滤波算法：通常采用的滤波算法：1.标准高斯标准高斯(Gaussian)法法2.平均平均(Averaging)法法3.中值中值(Median)法，法，测量数据预处理测量数据预处理 数据平滑数据平滑逆向技术数数据据分分割割是是根根据据组组成成实实物物外外形形曲曲面面的的子子曲曲面面类类型型，将将属属于于同同一一子子曲曲面面类类型型的的数数据据成成组组，这这样样全全部部数数据据将将划划分分成成代代表表不不同同曲曲面面类类型型的的数数据据域域，为为后后续续的曲面模型重建提供方便。的曲面模型重建提供方便。常用方法：常用方法：1.基于测量的分割基于测量的分割2.自动分割自动分割测量数据预处理测量数据预处理 数据分割数据分割测量数据点测量数据点 数据点分割数据点分割 拟合拟合29个二次曲面个二次曲面线框图线框图 渲染图渲染图逆向技术测量数据预处理测量数据预处理 数据分割实例数据分割实例仪表盘原始点云数据仪表盘原始点云数据 分割后的点云分割后的点云根据形状分析，将点云分割为三部分：左端面，中间面，右端面。根据形状分析，将点云分割为三部分：左端面，中间面，右端面。逆求软件提供逆求软件提供多种分割点云的方法多种分割点云的方法逆向技术1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析逆向工程关键技术逆向工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据逆向技术在在逆逆向向工工程程中中，实实物物的的三三维维CADCAD模模型型重重构构是是整整个个过过程程最最关关键键、最最复复杂杂的的一一环环，因因为为后后续续的的产产品品加加工工制制造造、快快速速原原型型制制造造、虚虚拟拟制制造造仿仿真真、工工程程分分析析和和产产品品的的再再设设计计等等应应用用都都需需要要CADCAD数数学学模模型型的的支支持持。这这些些应应用用都都不不同同程程度度地地要要求求重重构构的的CADCAD模模型型能能准准确确还还原原实实物物样样件件。整整个个环环节节具具有有工工作作量量大大、技技术术性性强强的的特特点点，同同时时工工作作的的进进行行受受设设备备硬硬件和操作者两个因素的影响。件和操作者两个因素的影响。三维重构三维重构点云图点云图 三维模型三维模型逆向技术目目前前成成熟熟的的模模型型重重构构方方法法根根据据数数据据类类型型、数数据据来来源源、造造型型方方式式和和曲曲面表示可分为：面表示可分为：按数据类型：按数据类型：分为有序点（呈规则的阵列排列）和散乱点（数据点分为有序点（呈规则的阵列排列）和散乱点（数据点之间没有明显的拓扑关系）的重构；之间没有明显的拓扑关系）的重构；按测量机的类型：按测量机的类型：分为基于分为基于CMMCMM、激光点云、激光点云、CTCT数据和光学测量数据数据和光学测量数据的重构；的重构；按造型方式：按造型方式：可分为基于曲线的模型重构和基于曲面的直接拟合；可分为基于曲线的模型重构和基于曲面的直接拟合；按曲面表示方法：按曲面表示方法：分为边界表示、四边分为边界表示、四边B B样条表示、三角面片和三角样条表示、三角面片和三角网格表示的模型重构等。网格表示的模型重构等。在模型重构之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，以在模型重构之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，以选择正确有效的造型方法、支撑软件选择正确有效的造型方法、支撑软件 、模型精度和模型质量。前期信息、模型精度和模型质量。前期信息包括实物样件的几何特征、数据特点等；后续应用包括结构分析、加工、包括实物样件的几何特征、数据特点等；后续应用包括结构分析、加工、制作模具、快速原型等。制作模具、快速原型等。三维重构三维重构常用方法常用方法逆向技术1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析逆向工程关键技术逆向工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据逆向技术 坐标配准坐标配准 实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，为误差分析做准备，实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，为误差分析做准备，配准精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。配准精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。测量数据模型与测量数据模型与CADCAD模型间的配准重点：模型间的配准重点：选择基准选择基准 坐标变换坐标变换选择基准选择基准:测量时，标定基准点，配准时，基准定位点和被测件上的设计点重合；测量时，标定基准点，配准时，基准定位点和被测件上的设计点重合；根据被测物的几何特性自定义。根据被测物的几何特性自定义。逆向技术 坐标配准实例坐标配准实例配准基准：配准基准：指定的点。指定的点。逆向技术 坐标配准实例坐标配准实例坐标配准坐标配准配准基准：配准基准：由前缘半径圆心，由前缘半径圆心，尾缘半径圆心和尾缘半径圆心和 封闭图形的形心组成的三角形。封闭图形的形心组成的三角形。逆向技术 坐标配准实例坐标配准实例配准前配准前 配准后配准后配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。逆向技术 坐标配准实例坐标配准实例配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。（1 1）平面）平面1 1的法向与的法向与Z Z轴同向约束关系；轴同向约束关系；（2 2）圆柱面）圆柱面1 1的轴线与的轴线与Z Z轴重合约束关系；轴重合约束关系；（3 3）平面）平面2 2与与 XYXY平面的重合约束关系；平面的重合约束关系；（4 4）求圆柱面）求圆柱面2 2和自由曲面的交线，该交线与叶片出口端交线的重合约束关系。和自由曲面的交线，该交线与叶片出口端交线的重合约束关系。配准算法配准算法.doc逆向技术1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析逆向工程关键技术逆向工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据逆向技术影响误差的主要要素：影响误差的主要要素：（1 1）产品原型误差）产品原型误差 （2 2）数据采集误差）数据采集误差（3 3）曲面重构时产生的误差）曲面重构时产生的误差（4 4）模型配准误差）模型配准误差 误差分析误差分析逆向技术由由于于逆逆向向工工程程是是根根据据实实物物原原型型来来重重构构模模型型的的，但但原原产产品品在在制制造造时时会会存存在在制制造造误误差差，使使实实物物几几何何尺尺寸寸和和设设计计参参数数之之间间存存在在偏偏差差，如如果果原型是使用过的还存在磨损误差。原型是使用过的还存在磨损误差。实际零件实际零件 测量点云测量点云原型误差一般较小，其大小一般在原设计的尺寸公差范围内。原型误差一般较小，其大小一般在原设计的尺寸公差范围内。误差分析误差分析产品原型误差产品原型误差 逆向技术 测测量量误误差差包包括括测测量量设设备备系系统统误误差差、测测量量人人员员视视觉觉和和操操作作误误差差、产产品品变变形形误误差差和和测测头头半半径径补补偿偿误误差差等等。测测量量误误差差和和设设备备环环境境、测测量量人员的经验等。人员的经验等。误差分析误差分析 数据采集误差数据采集误差逆向技术 主主要要是是在在逆逆向向工工程程软软件件中中进进行行模模型型重重构构时时，曲曲线线、曲曲面面的的拟拟合合误误差差，目目前前的的软软件件常常采采用用最最小小二二乘乘法法逼逼近近来来进进行行样样条条曲曲线线、曲曲面面拟拟合，因此存在一个允差大小控制问题。合，因此存在一个允差大小控制问题。误差分析误差分析曲面重构时产生的误差曲面重构时产生的误差蒙皮面板测量蒙皮面板测量 测量点云测量点云 点云处理点云处理逆向技术 误差分析误差分析 模型配准误差模型配准误差 在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合和共线，配合零件的测量边在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合和共线，配合零件的测量边界轮廓必须调整为一条配合线，这样对配合零件表面造型时会带来误差，为界轮廓必须调整为一条配合线，这样对配合零件表面造型时会带来误差，为减小误差，轮廓线测量和曲线拟合时要求精确减小误差，轮廓线测量和曲线拟合时要求精确 数据匹配就是实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，其匹配精度直数据匹配就是实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，其匹配精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。接影响后续整体误差结果的可靠性。配准前配准前 配准后配准后逆向技术 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 整体误差分析是指计算、分析各叶片模具测量数据与设计模型的整体误差分析是指计算、分析各叶片模具测量数据与设计模型的最大误差、平均误差及关键特征参数的误差，为后续的模具型腔设计及最大误差、平均误差及关键特征参数的误差，为后续的模具型腔设计及加工工艺改进提供具体的量化参考数据。加工工艺改进提供具体的量化参考数据。逆向技术 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 单元块单元块A误差分析误差分析 单元块单元块A A与设计模型的与设计模型的最大误差是最大误差是0.6640mm0.6640mm，平均误差是平均误差是0.1615mm0.1615mm。逆向技术 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 单元块单元块B误差分析误差分析 单元块单元块B B与设计模型的与设计模型的最大误差是最大误差是0.7776mm0.7776mm，平均误差是平均误差是0.2897mm0.2897mm。逆向技术 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 根据实体模型，测量实体的轮根据实体模型，测量实体的轮廓尺寸，并与图纸给出的轮廓廓尺寸，并与图纸给出的轮廓尺寸对比分析。尺寸对比分析。轮廓尺寸包括模具的半径和高轮廓尺寸包括模具的半径和高度，其结果准确性和重构实体度，其结果准确性和重构实体模具的精度相关。模具的精度相关。13801050mm汽车引擎盖逆求过程汽车引擎盖逆求过程测量点云测量点云横向截取点云横向截取点云拟合曲线拟合曲线纵向截取点云纵向截取点云拟合曲线拟合曲线创建轮廓线和边界线创建轮廓线和边界线重构的参数化曲线重构的参数化曲线汽车引擎盖曲面重建汽车引擎盖曲面重建汽车引擎盖的模型汽车引擎盖的模型前端面前端面后端面后端面中间面中间面分片建立曲面模型分片建立曲面模型汽车引擎盖逆求曲面误差分析汽车引擎盖逆求曲面误差分析误差分析误差分析汽车仪表盘三维模型与原始点云的误差分析汽车仪表盘三维模型与原始点云的误差分析逆求曲面逆求曲面误差分析误差分析原始点云原始点云原始数模原始数模汽车左前板逆求过程汽车左前板逆求过程原始点云数据原始点云数据拟合曲线拟合曲线原始数模原始数模误差分析误差分析1.41.4、产品建模、产品建模CADCAD平台选择平台选择一、CAD软件选择要点1、选择合适的硬件平台微机平台2、选择合适的软件平台Windows/UNIX3、选择合适的三维CAD软件高端软件CATIA、UG、Pro-e中端软件Solidworks低端软件CAXA序号功能比较UGNXPro/ECATIA1系统历史第四代三维CAD系统第三代三维CAD系统第一代三维CAD系统2操作性位图式多层次指令，好学但不方便应用原版本为封闭的命令行，多层复杂指令，难学又难用。最新野火版改为对话框式单层指令，简单易用完全windows真彩图形操作界面，操作简单、导向性好，命令繁多，功能强大。难学易用3软件处理模式参数式实体模型计算核心，参变数式使用界面，也可以选择全参数模式完全参数式设计参数式实体模型计算核心，参变数式使用界面，也可以选择全参数模式4轮廓产生可以方便地在三维空间中绘制及编辑可以在三维空间中绘制可以方便地在三维空间中绘制5数据文件交换具有良好的CADCAM三维数据文件交换性，二维交换性较差具有一般的三维CADCAM数据文件交换性，二维交换性很好具有良好的二、三维CADCAM数据文件交换性6曲面造型功能具有良好的产品曲面造型功能，适合正逆向设计具有简单快捷的曲面造型功能，对于非参数曲面修改比较困难，适合正向设计具有强大的曲面造型功能。适合正向设计、逆向设计及A级曲面设计7中文应用支持中文界面支持中文界面完全支持中文界面8培训时间比例1239硬件需求中中高10参考价格元（人民币）30万30万50万11动态预览很一般好很好12主要应用领域汽车、摩托车、航天、模具、民用家电产品等民用家电产品、模具，汽车、摩托车中的发动机设计等在汽车、航天领域占有很大的比例1.51.5、产品特征与逆向软件平台、产品特征与逆向软件平台 ImagewareImageware是著名的逆向工是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥具、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、FordFord、ToyotaToyota；国内已有上海大众、上海交国内已有上海大众、上海交大、上海大、上海DELPHIDELPHI、成都飞机、成都飞机制造公司等。制造公司等。模块构成1、基础模块文件存取、显示控制及图层控制2、点处理模块噪声点去除、数据采样、拼接与排序、截面点云数据、点云的平滑处理、组合点云（见图1.4）3、曲线、曲面模块生成、控制曲线及曲面的空间形状（见图1.5、1.6）4、三角面片模块点云数据三角化功能5、检验与评估模块提供点云数据与CAD模型之间的精度检测功能以及评估功能。1.为整个创建过程制定流程2.有效地加强产品沟通 不仅体现在设计师何造型师之间，还贯穿于整个工程和制造环境中，包括在扩展的企业和供应链之间。3.基于约束的造型 简化复杂的设计工作4.扩展了基于曲线的造型 加入了全新的、增强的命令为基于曲线的曲面开发提供了一套完善的曲线创建功能。5.模型的动态编辑 曲率和曲面的评估工具提供实时反馈，允许用户从一开始就创建更好的曲线和曲面。6.保持数据的兼容性 提供了一个无缝的、界于领先的CAD系统和Imageware内部文件格式之间的重型CAD数据交换优点：imageware逆向建模流程：由点直接得到曲面的建模方法，点云分割后，对各个特征点云拟合由点到曲线再到曲面的建模方法。根据经验构建特征曲线的基础上实现曲面造型Geomagic Studio逆向造型流程：通过对点云的网格化处理，建立多面体表面来实现。1）从点云中重建三角网格曲面2）再对三角网格曲面分片3）用NURBS曲面片拟合每一子网格曲面1.6、逆向工程与新产品开发、逆向工程与新产品开发 逆向工程的基本目的主要是复制原型和进行原型有关的制逆向工程的基本目的主要是复制原型和进行原型有关的制造。造。“引进、消化、吸收、创新引进、消化、吸收、创新”是被证明了的新产品快速开是被证明了的新产品快速开发的有效途径。通过逆向工程可以全面理解原型的设计思路，发的有效途径。通过逆向工程可以全面理解原型的设计思路，发现其优点及不足，增加逆向设计产品及工程的可靠性；通过发现其优点及不足，增加逆向设计产品及工程的可靠性；通过逆向工程技术，可以完成基于数字化模型的产品优化设计，以逆向工程技术，可以完成基于数字化模型的产品优化设计，以达到进一步改进原型设计的目的；采用逆向工程技术可避免走达到进一步改进原型设计的目的；采用逆向工程技术可避免走自行开发中不可避免的许多弯路，从而大大缩短新产品开发周自行开发中不可避免的许多弯路，从而大大缩短新产品开发周期，适应消费者对产品的个性化与多样化的要求，为企业快速期，适应消费者对产品的个性化与多样化的要求，为企业快速占领市场创造条件。占领市场创造条件。逆向工程的发展现状新的测量手段和测量设备不断出现大大提高了数据采集的速度和精度同时，需处理的数据量也日益增多商品化的逆向工程软件不断出现，并日趋完善国外已开发了多个具有逆向工程功能的系统和模块。一些CAD/CAM系统中集成的反求模块国内发展国内较早从事逆向工程研究的单位多为高等院校西安交大CIMS中心的面向CMM的逆向工程测量方法和基于线结构光视觉传感器的光学坐标机的研究。上海交大国家工具模具中心的集成系统和自动建模技术浙大生产工程研究所的三角面片建模南航基于海量散乱点三角网格面重建和自动建模方法小结小结复制是为了改造，逆向是为了创新；正向工程和逆向工复制是为了改造，逆向是为了创新；正向工程和逆向工程在产品开发中起着重要的作用。在本章的学习过程中，应程在产品开发中起着重要的作用。在本章的学习过程中，应重点掌握逆向工程与正向工程的区别；掌握常用建模重点掌握逆向工程与正向工程的区别；掌握常用建模CADCAD软件软件平台的特点；掌握常用逆向工程软件的特点；在学习中，注平台的特点；掌握常用逆向工程软件的特点；在学习中，注意对逆向工程与产品创新关系的理解。意对逆向工程与产品创新关系的理解。