1、逆向工程技术概述逆向工程技术概述2022-8-17逆向工程技术概述第1页，共20页。3.学习目的学习目的:为模具产品的为模具产品的创新设计创新设计打下良好基础打下良好基础 为现有模具设计与制造的合理使用和革新改造打基础为现有模具设计与制造的合理使用和革新改造打基础.为将来的就业打基础为将来的就业打基础.培养综合考虑问题的能力培养综合考虑问题的能力.4.4.学习方法学习方法:1)1)每个人的基础不同每个人的基础不同,所以学习方法不一样所以学习方法不一样,但有一点是但有一点是 相同相同的就是的就是:兴趣。对该门课程感兴趣兴趣。对该门课程感兴趣,才有动力去学习才有动力去学习.2)2)本门课程注重实践
2、本门课程注重实践,多观察、分析与思考多观察、分析与思考,是一门实训是一门实训 做一体化课程做一体化课程,所以要求多做多练习所以要求多做多练习.3).3).善于发现事物的共性、个性善于发现事物的共性、个性.逆向工程技术概述第2页，共20页。5.5.本课程的本课程的学习要求（考核方式）学习要求（考核方式）本课程考核采取形成性考核本课程考核采取形成性考核+期末考试两种方式，两部分的期末考试两种方式，两部分的比例为：比例为：课程考核成绩课程考核成绩=形成性考核成绩（形成性考核成绩（50%）+期末考（期末考（50%）本课程的形成性考核选择平时表现考核、平时作业考核、实训考核成本课程的形成性考核选择平时表
3、现考核、平时作业考核、实训考核成绩绩3种类型进行，种类型进行，3种类型的分数比例为：种类型的分数比例为：形成性考核成绩形成性考核成绩=平时表现考核成绩（平时表现考核成绩（30%）+平时作业考核成绩平时作业考核成绩（30%）+实训考核成绩（实训考核成绩（40%）逆向工程技术概述第3页，共20页。二、逆向工程的定义：二、逆向工程的定义：1.1.逆向工程的发展历史：逆向工程的发展历史：从从20世纪世纪60年代的年代的“如何做的更多如何做的更多”、70年代的年代的“如何做的更便宜如何做的更便宜”、80年代的年代的“如何如何做的更好做的更好”、发展到、发展到90年代的年代的“如何做的更如何做的更快快”。
4、因此，市场要求技术革新，逆向工程技。因此，市场要求技术革新，逆向工程技术在术在20世纪世纪90年代开始引起各国工业界和学术年代开始引起各国工业界和学术界的重视，到目前只有十多年的历史。所以可界的重视，到目前只有十多年的历史。所以可称之为称之为“新技术新技术”。逆向工程技术概述第4页，共20页。2.2.逆向工程逆向工程的设计：的设计：A.A.传统的正向产品造型设计传统的正向产品造型设计，一般是对市场进行调研并确定了大，一般是对市场进行调研并确定了大量需求信息后，由设计人员分析、构思产品模型的概念，草绘量需求信息后，由设计人员分析、构思产品模型的概念，草绘出产品零件平面图，进行必要的设计计算与校核
5、，形成产品稍出产品零件平面图，进行必要的设计计算与校核，形成产品稍完整的设计方案后，即着手完成三维简约几何造型，再根据需完整的设计方案后，即着手完成三维简约几何造型，再根据需要绘制效果图、三视图或试做简易的实物模型。要绘制效果图、三视图或试做简易的实物模型。B.B.逆向工程逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用型，使得能够进一步利用CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM以及以及CIMSCIMS等先进技术等先进技术对其进行处理。它的设计流程如下图所示，与传统正向设计对其进行处理。它的设计流程如下图所示，与传统正
6、向设计的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。要求也不相同。传统的产品设计：概念设计传统的产品设计：概念设计 图样图样 产品。产品。逆向产品设计：产品逆向产品设计：产品 图样图样 产品。产品。逆向工程技术概述第5页，共20页。3.逆向工程概念：逆向工程概念：1）.逆向工程（逆向工程（Reverse Engineening,RE），），也称为反求工程，反也称为反求工程，反向工程。向工程。广义的逆向工程包括：几何形状逆向、工艺逆向、材料逆向等是广义的逆向工程包括：几何形状逆向、工艺逆向、材料逆向等是一个复杂的系统工程。一
7、个复杂的系统工程。本课程的研究的是几何形状逆向，即重建产品实物的本课程的研究的是几何形状逆向，即重建产品实物的CAD模型和模型和最终产品的制造方面，又称为最终产品的制造方面，又称为“实物逆向工程实物逆向工程”。狭义逆向工程：是将实物转化为狭义逆向工程：是将实物转化为CAD模型的相关数字化技术、几模型的相关数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。何模型重建技术和产品制造技术的总称。举例举例：汽车仪表盘逆向设计开发过程：汽车仪表盘逆向设计开发过程逆向工程技术概述第6页，共20页。2）专业术语：）专业术语：计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD)计
8、算机辅助制造计算机辅助制造（Computer Aided Manufactucturing,CAM）计算机辅助工程（计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning,CAPP）快速成型制造快速成型制造（Rapid Prototype Manufacturing,RPM）快速模具快速模具（Rapid tooling,RT）产品数据管理产品数据管理（Product Data Mangement,PDM）计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer In
9、tegrated Manufacturing Sistem,CIMS）逆向工程技术概述第7页，共20页。三、逆向工程的工作流程三、逆向工程的工作流程 逆向工程的一般过程可分为逆向工程的一般过程可分为：（见图：（见图1-31-3）样件三维数据测量样件三维数据测量 数据处理数据处理 CADCAD三维模三维模型重构型重构 模型制造。模型制造。1.1.数据测量：数据测量：是逆向工程的第一步，是后续工作的基础。是逆向工程的第一步，是后续工作的基础。数据测量的设备：三坐标测量机（数据测量的设备：三坐标测量机（CMMCMM）、激光三维扫描、结构）、激光三维扫描、结构光测量，光栅照相式三维扫描仪、光测量，光栅
10、照相式三维扫描仪、CTCT扫描仪等。扫描仪等。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。（将在第二章详细讲解）（将在第二章详细讲解）实训室使用的：是西安交大生产的实训室使用的：是西安交大生产的面结构光投影照相式三面结构光投影照相式三 维扫描维扫描 仪。逆向工程技术概述第8页，共20
11、页。2.数据处理：数据处理：通过三坐标测量机得到的点数据，存在着噪声通过三坐标测量机得到的点数据，存在着噪声和误差等，需要将点数据进行格式转化，噪声和误差等，需要将点数据进行格式转化，噪声滤除、平滑、对齐、合并、插值补点，数据精滤除、平滑、对齐、合并、插值补点，数据精简，数据分割等一系列的数据处理。简，数据分割等一系列的数据处理。逆向工程技术概述第9页，共20页。3.三维模型重构（第三章详解）三维模型重构（第三章详解）1）模型重构是对上一步骤处理的数据利用逆向工程软件进行曲模型重构是对上一步骤处理的数据利用逆向工程软件进行曲面拟合，让然后通过点线面的求交，拼接，匹配，连接成光滑曲面拟合，让然后
12、通过点线面的求交，拼接，匹配，连接成光滑曲面，从而活得产品模型的一个过程，是逆向工程中最重要和最复面，从而活得产品模型的一个过程，是逆向工程中最重要和最复杂的一个阶段。杂的一个阶段。2 2）专用逆向工程软件简介：）专用逆向工程软件简介：（1）ImagewareImageware由美国由美国EDSEDS公司出品，是最著名的逆向工程软件，正公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。设计与制造领域。具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检具有强大的测量数据处理、曲面造型、
13、误差检测功能，具有良好的品质和曲面连续性测功能，具有良好的品质和曲面连续性 。逆向工程技术概述第10页，共20页。（2 2）GeomagicGeomagic由美国由美国Raindrop(Raindrop(雨滴雨滴)公司出品的逆向工程和公司出品的逆向工程和三维检测软件。三维检测软件。Geomagic StudioGeomagic Studio可轻易地从扫描所得的点可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为 NURBSNURBS曲面。该软件也是除了曲面。该软件也是除了ImagewareImageware以外应用最为广泛
14、以外应用最为广泛的逆向工程软件。的逆向工程软件。（3 3）CopyCADCopyCAD是由英国是由英国DELCAMDELCAM公司出品的功能强大的逆向工公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维三维CADCAD模型。该软件为来自数字化数据的模型。该软件为来自数字化数据的 CAD CAD 曲面的产曲面的产生提供了复杂的工具。生提供了复杂的工具。CopyCADCopyCAD能够接受来自坐标测量机床能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。逆向工程技术概述第11页
15、，共20页。（4 4）RapidFormRapidForm是韩国是韩国INUSINUS公司出品的全球四大逆向工程公司出品的全球四大逆向工程软件之一，软件之一，RapidForm RapidForm 提供了新一代运算模式，可实时提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为三维将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为三维扫描后处理之最佳化的接口。扫描后处理之最佳化的接口。RapidForm RapidForm主要优势包括：多点云数据管理介面、主要优势包括：多点云数据管理介面、多点云处理技术、快速点云转换成多边形曲面的计算法、多点云处理技术、快速点云转换成多边形曲面的
16、计算法、彩色点云数据处理及点云合并功能。彩色点云数据处理及点云合并功能。逆向工程技术概述第12页，共20页。4.快速成型制造快速成型制造 是逆向工程的最后一个步骤，是制造业的技术革新，快速成型技术的工是逆向工程的最后一个步骤，是制造业的技术革新，快速成型技术的工艺方法有很多，其中常见的是：艺方法有很多，其中常见的是：光固化成型（光固化成型（SLASLA），选择性激光烧），选择性激光烧结（结（SLSSLS）,分层实体制造（分层实体制造（LOMLOM），熔融沉积制造（），熔融沉积制造（FDMFDM）等。等。SLASLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂技术又称光固化快速
17、成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层（约十分之几毫米）产为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层（约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是如此反复，直到整个原型制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需
18、功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100%100%，能制造形状复杂、精，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作。方法进行制作。美国、日本、德国、比利时等都投入了大量的人力、物力研究该技术
19、，并不断美国、日本、德国、比利时等都投入了大量的人力、物力研究该技术，并不断有新产品问世。我国有新产品问世。我国西安交通大学西安交通大学也研制成功了也研制成功了立体光造型机立体光造型机LPS600ALPS600A。目前，。目前，全世界有全世界有1010多家工厂生产该产品。多家工厂生产该产品。逆向工程技术概述第13页，共20页。四、逆向工程系统的组成四、逆向工程系统的组成 逆向工程是一个系统工程，它在工程分析的基础上，数控逆向工程是一个系统工程，它在工程分析的基础上，数控加工出产品模具，最后制成产品。实现产品或模型加工出产品模具，最后制成产品。实现产品或模型设计设计产产品的整个生产流程。包含的系
20、统软硬件有：品的整个生产流程。包含的系统软硬件有：1.测量机与测量探头测量机与测量探头 2.（CAD）模型重构软件）模型重构软件 3.CAE软件软件 4.CNC加工设备加工设备 5.快速成型机快速成型机 6.产品制造设备产品制造设备 逆向工程技术概述第14页，共20页。五、逆向工程的应用五、逆向工程的应用 随着制造业的发展逆向工程应用场合越来越多：随着制造业的发展逆向工程应用场合越来越多：1）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。2）对设计需要通过测试实验才能定型生产的模型。）对设计需要通过测试实验才能定型生产的模型。3）有产品，没有产品的设计图样或设计图样不完
21、整，没有）有产品，没有产品的设计图样或设计图样不完整，没有CAD模模型的情况下，可使用逆向技术复制一个相同零件。型的情况下，可使用逆向技术复制一个相同零件。4）应用在模具行业。（应用在经常需要反复修改原始设计的模具型面）应用在模具行业。（应用在经常需要反复修改原始设计的模具型面）5）用在一些艺术产品领域。）用在一些艺术产品领域。6）应用在新产品开发和创新设计上。）应用在新产品开发和创新设计上。7）应用在破损的文物、艺术品的修复上。）应用在破损的文物、艺术品的修复上。8）特种服装、头盔的制造需要使用者的身体作为原始设计依据。）特种服装、头盔的制造需要使用者的身体作为原始设计依据。9）从已有产品零
22、件直接快速生成）从已有产品零件直接快速生成STL模型，用于快速成型（模型，用于快速成型（RP）或模具设计或模具设计，等等。等等。逆向工程技术概述第15页，共20页。模具样品开发：汽机车类、家电制品、运动器材、模具样品开发：汽机车类、家电制品、运动器材、玩具、陶瓷等。玩具、陶瓷等。快速原型制作：古董、人像、艺术品、卡通人物、快速原型制作：古董、人像、艺术品、卡通人物、玩具等。玩具等。人体形状测量：人体外形测量、医疗器材制作等。人体形状测量：人体外形测量、医疗器材制作等。造型设计：立体动画、多媒体虚拟实景、广告动画造型设计：立体动画、多媒体虚拟实景、广告动画等。等。逆向工程技术概述第16页，共20
23、页。六、逆向工程与产品创新1.创新设计的定义：是指设计者利用已有的相关科学技术成创新设计的定义：是指设计者利用已有的相关科学技术成果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性产品的一种实践活动。实用性产品的一种实践活动。2.创新设计的基本特征：新颖性与创造性。创新设计的基本特征：新颖性与创造性。3.创新设计的类型是：原创型与基于原型的创新设计。创新设计的类型是：原创型与基于原型的创新设计。4.创新设计的方法：组合、类比、转化等。创新设计的方法：组合、类比、转化等。5.逆向与创新的联系：逆向与创新的联系：在设计制造领域大约在设计制造领
24、域大约70%的技术都来自于逆向工程，逆向的技术都来自于逆向工程，逆向工程所追求的不是简单的仿制，而是提高和创造，到创新。工程所追求的不是简单的仿制，而是提高和创造，到创新。把逆向工程从简单仿制的代名词变成创新设计的基础。把逆向工程从简单仿制的代名词变成创新设计的基础。面向创新设计的逆向工程是一个面向创新设计的逆向工程是一个“认识原型认识原型再现原再现原型型超越原型超越原型”的过程。的过程。逆向工程技术概述第17页，共20页。七、逆向工程技术存在的问题及展望七、逆向工程技术存在的问题及展望 （一）问题：（一）问题：1.技术方面：技术方面：1）测量技术存在误差和遗漏。）测量技术存在误差和遗漏。2）
25、复杂曲面重构技术不成熟）复杂曲面重构技术不成熟 3）曲面光顺和模型评价）曲面光顺和模型评价 4）CAD软件不够完善软件不够完善 5）集成系统不够成熟。）集成系统不够成熟。2.工具方面：工具方面：逆向工程设备包括软硬件，因为是新技术，设备的成本非逆向工程设备包括软硬件，因为是新技术，设备的成本非常昂贵，多数企业只能选配一种方式的设备和软件，每种设常昂贵，多数企业只能选配一种方式的设备和软件，每种设备和软件都有本身的优缺点，使技术的通用性受到一定的限备和软件都有本身的优缺点，使技术的通用性受到一定的限制。制。逆向工程技术概述第18页，共20页。3.技术人员方面技术人员方面 逆向工程技术是一项专业性
26、很强的工作，每个环节需要经验丰富的工程师，因为逆向工程技术发展历史比较短，缺乏逆向工程技术人员。（二）、逆向工程主要发展方面（二）、逆向工程主要发展方面:(1)数据测量方面数据测量方面:发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径划路径;(2)数据的处理方面数据的处理方面:针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法;(3)曲面拟合曲面拟合:能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接;(4)集成技术集成技术:发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术。逆向工程技术概述第19页，共20页。2022-8-17逆向工程技术概述第20页，共20页。
