1、逆向工程1逆向工程技术1 逆向工程概述2 逆向工程中的关键技术3 逆向工程应用实例21、问题的提出由于零件形状十分复杂，很难准确地在CAD软件上设计出实体模型通过手绘或手工捏塑来设计产品，其原型很难完全在CAD软件中体现在没有图样和参数情况下，用传统方法仿制产品困难也不够准确 计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性”市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言，并不十分适用计算机模型本身也需要检验 1 逆向工程概述32、定义1 逆向工程概述市场调研、设计要求制 造设 计产 品正向设计是由未知到已知，由想象到现实的过程已有的产品信息新产品消化、理解、再创新逆向工程是已有设计的设计
2、42、定义广义定义：在已知某种产品的有关信息（包括硬件、软件、照片、广告、情报等）的条件下，以方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等，达到充分消化和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进行再创造狭义定义：根据实物模型的坐标测量数据，构造实物的数字化模型（CAD模型），使得能利用CAD/CAM、RPM、PDM及CIMS等先进技术对其进行处理或管理，主要指几何形状的反求1 逆向工程概述53、逆向工程所需软硬件测量设备逆向设计软件逆向工程软件：Imageware、Rain
3、drop、Geomagic Studio、Paraform、ICEM Surf、Copy CAD 等CAD/CAM系统类似模块，UGUnigrahics、 ProEPro/SCAM、 Cimatron90PointCloud等1 逆向工程概述接触式三坐标测量仪接触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪工业工业CT测量机测量机64、逆向工程流程1 逆向工程概述数字化测量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P DM系统实物样件新产品71、数字化测量2、测量数据预处理3、三维重构4、坐标配准5、误差分析2 逆向工程关键技术产品产
4、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8数字化测量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。9数字化测量测量设备接触式测量接触式测量非接触式测量非接触式测量10数字化测量测量设备l光学测量法原理：激光带投射到被测物体表面，反射光在图象传感器上成像，按照预设定的三角形光路原理的测到被测物体的坐标，物体的全轮廓是通过多轴可控机械运动辅助获得 11数字化测量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12数字
5、化测量测量方法的比较优点 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、颜色及曲率关系不大。 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。 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。接触式测量13数字化测量测
6、量方法的比较优点 不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。 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。 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置，目前其精度仍不够。 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。 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。 非接触式测量14数字化测量测量实例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 。1
7、5数字化测量测量实例自主研发的高解析度自主研发的高解析度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 16数字化测量测量实例自主研发的实验扫描系统蒙皮模具（ 长5m）共采集数据点341212个 成型面点云图171、数字化测量2、测量数据预处理3、三维重构4、坐标配准5、误差分析2 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18测量数据预处理1、原因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，不可避免地会引入数据误差，
8、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。2、包含内容坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割19测量数据预处理坏点去除坏点又称跳点，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先就是要去除数据点集中的坏点。常用方法如下：1. 直观检查法2. 曲线检查法3. 弦高差法20测量数据预处理点云精简当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，
9、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。 保留每个子立方体中距中心点最近的点。21测量数据预处理数据精简实例测量数据（24500个） 处理后的数据（ 4607个） 精简原则：精简距离为2mm，精简后的点云在空间分布均匀，适合数据的后续处理。 22测量数据预处理数据插补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面凹边、孔及槽等，使曲面
10、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。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2. 造型设计法3. 曲线、曲面插值补充法23测量数据预处理数据平滑由于在数据测量过程中受到各种人为和随机因素的影响，使得测量结果包含噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，需要对数据进行平滑滤波。数据平滑主要针对扫描线数据，如果数据点是无序的，将影响平滑的效果。通常采用的滤波算法：1. 标准高斯(Gaussian)法2. 平均(Averaging)法3. 中值(Median) 法24测量数据预处理数据分割数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一子曲面类型的
11、数据成组，这样全部数据将划分成代表不同曲面类型的数据域，为后续的曲面模型重建提供方便。常用方法：1. 基于测量的分割2. 自动分割测量数据点 数据点分割 拟合29个二次曲面线框图 渲染图25测量数据预处理数据分割仪表盘原始点云数据 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。逆求软件提供多种分割点云的方法261、数字化测量2、测量数据预处理3、三维重构4、坐标配准5、误差分析2 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27三维重构在逆向工程中，实物的三维CAD模型重构
12、是整个过程最关键、最复杂的一环，因为后续的产品加工制造、快速原型制造、虚拟制造仿真、工程分析和产品的再设计等应用都需要CAD数学模型的支持。这些应用都不同程度地要求重构的CAD模型能准确还原实物样件。整个环节具有工作量大、技术性强的特点，同时工作的进行受设备硬件和操作者两个因素的影响。点云图 三维模型28三维重构常用方法目前成熟的模型重构方法根据数据类型、数据来源、造型方式和曲面表示可分为：按数据类型：分为有序点和散乱点的重构；按测量机的类型：分为基于CMM、激光点云、CT数据和光学测量数据的重构；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；按曲面表示方法：分为边界表示、四边B样
13、条表示、三角面片和三角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。291、数字化测量2、测量数据预处理3、三维重构4、坐标配准5、误差分析2 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30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，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
14、与CAD模型间的配准重点： 选择基准 坐标变换选择基准: 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； 根据被测物的几何特性自定义。31坐标配准实例配准前配准前 配准后配准后321、数字化测量2、测量数据预处理3、三维重构4、坐标配准5、误差分析2 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33误差分析影响误差的主要要素：（1）产品原型误差 （2）数据采集误差（3）曲面重构时产生的误差（4）模型配准误差 34误差分析产品原型误差由于逆向工程是根据实物原型来重构模型的，但原产品在
15、制造时会存在制造误差，使实物几何尺寸和设计参数之间存在偏差，如果原型是使用过的还存在磨损误差。实际零件 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。 35误差分析数据采集误差 测量误差包括测量设备系统误差、测量人员视觉和操作误差、产品变形误差和测头半径补偿误差等。测量误差和设备环境、测量人员的经验等。 36误差分析曲面重构产生的误差 主要是在逆向工程软件中进行模型重构时，曲线、曲面的拟合误差，目前的软件常采用最小二乘法 逼近来进行样条曲线、曲面拟合，因此存在一个允差大小控制问题。 蒙皮面板测量 测量点云 点云处理37误差分析模型配准误差 在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合
16、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，其匹配精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。配准前 配准后38误差分析393 逆向工程应用实例 汽车工业是一个在技术和市场需求上具有高度连续性的工业,所以所有的后进者不可能绕过汽车工业的主导设计和技能基础,必须经历以模仿为基础的自主创新之路。日本和韩国汽车工业就是在模仿中起步的,我国过去自主开发的老红旗和上海牌轿车也都是从模仿开始的。因此,模仿创新本身并不违反知识产权,通过模仿、学习进行新产品开发必须通过逆向工程
17、，这是国际上通行的一种开发模式,不仅在汽车行业,在装备制造、仪器仪表、船舶、航空航天等许多领域都普遍存在。 逆向工程最重要的作用是帮助设计工程师理解设计的道理,而一旦理解了“为什么”的问题,技术人员总是会修改原来的设计,以使产品更加符合市场需求特点和企业生产特点的要求。因此,通过逆向工程进行自主开发的过程必然导致自主创新。作为市场的后进入者,奇瑞的企业战略是典型的后进者战略,就是选取一个市场上已有的车型作为主要参考标杆(benchmarking)进行开发。 403 逆向工程应用实例QQ汽车413 逆向工程应用实例歼7423 逆向工程应用实例Atos应用1：汽车设计应用2：钣金件测量433 逆向工程应用实例汽车引擎盖测量点云横向截取点云拟合曲线纵向截取点云拟合曲线创建轮廓线和边界线重构的参数化曲线443 逆向工程应用实例汽车引擎盖汽车引擎盖的模型前端面后端面中间面分片建立曲面模型453 逆向工程应用实例汽车引擎盖误差分析463 逆向工程应用实例汽车仪表盘逆求曲面误差分析原始点云原始数模473 逆向工程应用实例汽车左前板原始点云数据拟合曲线原始数模误差分析483 逆向工程应用实例工艺品493 逆向工程应用实例工艺品503 逆向工程应用实例工艺品513 逆向工程应用实例工艺品52
