逆向工程及其关键技术

逆向工程及其关键技术

院（系）材料科学与工程

专业材料加工工程

学生

学号

2010年5月15日

逆向工程及其关键技术

摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。

关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析

1 引言

在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。

2 逆向工程的系统及其关键技术

2.1 逆向工程的概念

逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散

数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程。反求工程的设计流程如图1所示[5]。

2.2 逆向工程的数字化方法与技术

逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来,然后再以取得的各点数据做曲面处理及加工成型。欲建立一套完整的反求工程系统,需要有下列配备[6]:①测量探头有接触式(触发探头、扫描探头)和非接触式(激光位移探头、激光干涉仪探头、线结构光及CCD扫描探头、面结构光及CCD 扫描探头)两种;②测量机有三维坐标测量机、多轴专用机、多轴关节机械臂及激光追踪站等;③点群数据处理软件,进行噪声滤除、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面修改、内插值补点等;④CAD/CAM软件,一般PC级或工作站级CAD/CAM;⑤CNC 工具机,执行原型制作或模具制作。具体工作过程如图2所示

实物零件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据[7]。只有获得了样件的表面三维信息，才能实现复杂曲面的建模、

评价、改进和制造。因而，如何高效、高精度地实现样件表面的数据采集，一直是逆向工程的主要研究内容之一。一般来说，三维表面数据采集方法可分为接触式数据采集和非接触式数据采集两大类，接触式有基于力-变形原理的触发式和连续扫描式数据采集，基于磁场、超声波的数据采集等[8]。而非接触式主要由激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像分析法等，另外，随着工业CT技术的发展，断层扫描技术也在逆向工程中取得了应用[9]。

2.2.1 接触式数据采集方法

接触式数据采集方法包括使用基于力触发原理的触发式数据采集和连续扫描数据采集、磁场法、超声波法等[10]。

(1)触发式数据采集方法

触发式数据采集采用触发探头，当探头的探针接触到样件的表面时，由于探针尖受力变形触发采样中的开关，这样通过数据采集系统记下探针尖(测球中心点)的当时坐标，逐点移动，就能采集到样件表面轮廓的坐标数据。在触发式数据采集过程中，由于探针必须偏移一个固定数值才会触发开关，而且一旦接触到样件的表面后，探针需要法向退出以避免过量而折断，因此数据采集速度较低。

(2)连续式数据采集方法

连续式数据采集采用模拟量开关采样头，由于数据采集过程是连续进行的，速度比点接触触发式采样头快许多倍，采样精度也较高。此外，由于接触力较小，允许用小直径的探针去扫描具有细微部分或由较软材料制造的模型。由于采样速度快，连续式数据采集可以用来采集大规模的数据。

(3)磁场法该方法

将被测物体置于被磁场包围的工作台上，手持触针在物体表面上运动，通过触针上的传感器感知磁场的变化来检测触针位置，实现对样件表面的数字化，其优点是不需要像坐标测量机一类的设备，但不适宜于导磁的样件。

2.2.2非接触式数据采集方法

非接触式数据采集方法主要运用光学原理进行数据的采样，它有激光三角法、激光测距法(Laser Triangulation Methods)、结构光法(Structured Methods)以及图像分析法(Image Analysis Methods)等。

(1)激光三角测距法

激光三角测距法是逆向工程中曲面数据采集运用最广泛的方法，具有以下特点：探针不与样件接触，因而能对松软材料的表面进行数据采集，并能很好的测量到表面尖角、凹位等复杂轮廓。数据采集速度很快，对大型表面可在CAM 或数控机床上迅速完成数据采集。所采集的数据是表面上的实际数据，无需测头补偿。价格较贵，杂散反射，对于垂直壁等表面特征会影响采样精度。

(2)距离方法(Range Methods)

利用光束的飞行时间来测量被测点与参考平面的距离，主要有脉冲波、调幅连续波、调频连续波等工作方式。由于激光的单向性好，多采用激光作为能量源，这种方法的精度也较高。

(3)结构光法

将一定模式的光照射到被测样件的表面，然后摄得反射光的图像，通过对比不同模式之间的差别来获取样件表面的点的位置。它的特点是不需要坐标测量机等精密设备，造价比较低，但精度较低，操作复杂。

(4)图像分析法

与结构光方法的区别在于它不采用投影模板，而是通过匹配确定物体同一点在两幅图像中的位置，由视差计算距离。由于匹配精度的影响，图像分析法对形状的描述主要是用形状上的特征点、边界线与特征描述物体的形状，故较难精确的描述复杂曲面的三维形状。

(5)工业计算机断层扫描成像法(Industrial Computer Tomograph)

工业计算机断层扫描成像(简称ICT)是对产品实物经过ICT层析扫描后，获得一系列断面图像切片和数据，这些切片和数据提供了工件截面轮廓及其内部结构的完整信息，不仅可以进行工件的形状、结构和功能分析，还可以提取产品工件的内部截面，并由工件系列截面数据重建工件的三维几何模型。ICT的最大优点在于它能测量工件内部断面的信息，因而适用于任意的形状结构，但测量精度低。非接触式激光三角形法由于同时拥有采样精度高和采集速度快的特点，因而在逆向工程中应用最为广泛；接触式连续扫描测量方法由于具有高精度、较高速度，同时价格较合适等诸多优点，其应用潜力也相当大。

2.3测量数据格式转换

每一个CAD系统都有自己的数据文件，数据文件格式与每个CAD系统自己的内部数据模式密切相关，目前市场上流行的CAD／CAM系统内部产品模型的数据结构和格式各不相同，这样极大地影响了设计和制造各部门之间或企业之间的数据传输和程序衔接的自动化，同样给CAD/CAM的数据通信带来困难，因此迫切希望实现数据交换文件格式的标准化[12]。目前已制定了几个主要数据交换标准，如IGES格式、STEP格式等。为了方便不同系统的数据转换，一些商品化的CAD／CAM系统都具备有多个数据交换接口，如Geomagic Studio软件系统就具有WRP、ASCII、TXT、IGES、STEP、STL、OBJ、DXF等多种输入、输出转换格式。

(1)IGES(International Graphics Exchange Standard)，IGES是在美国国家标准局的倡导下，由美国国家标准协会(ANSI)组织波音公司、通用电气公司等共同商议制定的。它由一系列产品的几何、绘图、结构和其他信息组成，可以处理CAD/CAM系统中的大部分信息，是用来定义产品几何形状的现代交互图形标准。IGES文件格式分为ASCII格式和二进制格式。ASCII格式便于阅读，二进制格式适于处理大容量文件。

(2)STEP标准是国际标准化组织规定的ISO标准，是唯一能够描述和支持产品所有定义信息的交换标准，目前仍在发展和完善。

(3)STL(Stereolithography)，STL格式是快速成型机常用的一种格式，逆向工程的一处重要应用领域就是与快速原型制造相结合。

2.4逆向工程后处理

2.4.1点云

点云是一特殊的测量数据点，通常由手持式数字化系统和激光扫描仪获得，由于数据点的数量较通常的接触式三坐标测量机大得多，也称海量数据或点云(Point Cloud)，而且点云数据具有不同于接触式数据的一些特点，因此其处理方式也有所不同。点云是三维空间中的数据点的集合，最小的“点云”只包括一个点(称孤点或奇点，Singular)，高密度“点云”可达到几百万数据点[13]。为了能有效处理各种形式的“点云”，根据“点云”中点的分布特征(如排列方式、密

度等)将点云分为：

(1)散乱(Arbitrary)点云测量点没有明显的几何分布特征，呈散乱无序状态。随机扫描方式下的CMM、激光点测量等系统的“点云”呈现三乱状态。

(2)扫描线点云点云由一组扫描线组成，扫描线上的所有点位于扫描平面内。CMM、激光点三角测量系统沿直线扫描的测量数据和线结构光扫描测量数据呈现扫描线特征。

(3)网格化点云点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的顶点对应。将CMM、激光扫描系统、投影光栅测量系统及立体视差法获得的数据经过网格化插值后得到的点云即为网格化点云。

(4)多边形点云测量点分布在一系列平行平面内，用小线段将同一平面内距离最小的若干相邻点依次连接可形成一组有涤套的平面多边形。莫尔等高线测量、层析法、磁共振成像等系统的测量点云呈现多边形特征。此外，测量“点云”按点的分布密度可分为高密度“点云”和低密度“点云”。CMM的测量“点云”为低密度“点云”，通常在几十到几千点之间，而测量速度及自动化程度较高的光学法和断层测量法获得的测量数据为高密度“点云”，点数据量一般从几万到几百万点不等。

2.4.2点数据预处理

由于实际测量过程中受到各种人为因素的影响，使得测量结果包含了噪声，为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响，有必要对测量“点数据”进行平滑滤波[14](Smoothing Filtering)，目的是去除误差或噪声、数据精简和抽取模型的特征信息，多数过滤都是针对扫描线数据，如果数据点是无序的，将影响过滤的结果。

(1)异常点(误差点)处理“跳点”通常也称失真点，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，对人工手动测量，还会由于操作误差如探头接触部位错误使数据失真。因此测量数据的预处理首先是从数据点集中找出可能存在的“跳点”。如果在同一截面的数据扫描中，存在一个点与其相邻的点偏距较大，我们可以认为这样的点是“跳点”，判断“跳点”的方法[15]有：直观检查法：通过图形终端，用肉眼直接将与截面数据点集偏离较大的点或存在于屏幕上的孤点剔除。这种方法适合于数据的初步检查，可从数据点集中筛

选出一些偏差比较大的异常点。

曲线检查法：通过截面的数据的首末数据点，用最小二乘法拟合得到一条拟合曲线，曲线的阶次可根据曲面截面的形状设定，通常为3～4阶，然后分别计算中间数据点到样条曲线的欧氏距离，如果｜e

i

｜≥[ε]，[ε]为给定的允差，

则认为P

i

是坏点，应以剔除[16].

弦高差方法：连接待检查点前后两个点，计算P

i

到弦的距离，同样如果｜

e i ｜≥[ε]，[ε]为给定的允差，则认为P

i

是坏点，应以剔除。这种方法适合于

测量点均布且点较密集的场合，特别是在曲率变化较大的位置。

(2)数据平滑数据平滑通常采用标准Gaussian(高斯)、平均(Averaging)或中值(Median)滤波算法。Gaussian滤波器是在指定域内的权重为高斯分布，其平均效果较差，故在滤波的同时能较好地保持原数据的形貌；平滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计平均值；而中值滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计中值，这种滤波器消除数据毛刺的效果较好。

对于规则测量点的平滑利用滤波算法是可行的，而对于离算点采用滤波算法是不适宜的，一般采用曲线或曲面拟合的算法平滑。实际使用时，可根据“点云”特点和后续建模要求灵活选择平滑数据点的算法。

(3)数据精简由于“点云”数据的数据量非常大，并且存在大量的冗余数据，如此庞大的测量点集，会严重影响曲面重建的效率和质量，因而有必要在满足一定的条件下，对测量数据进行简化，减少数据的处理量。不同类型的“点云”可采用不同的精简方式，散乱“点云”可通过随机采样的方法来精简；扫描线“点云”和多边形“点云”可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减等方法；网格化“点云”可采用等分布密度法和最小包围区域法进行数据缩减[17]。数据精简操作只是简单的对原始“点云”中的点进行了删减，不产生新点。

(4)数据插补由于事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经常存在经剪裁或“布尔减”运算等生成的外形特征，如表面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据“空白”现象，这样的情况使逆向建模变得困难，一种解决的办法是通过数据插补的方法来补齐“空白”处的数据，最大限度获得实物剪裁前的信息，这将有助于模型重建工作，并使恢复的模型更加准确。目前应

用于逆向工程的数据插补方法或技术主要有实物填充法、造型设计法和曲线、曲面插值补充法。实物填充法是指在测量之前，将凹边、孔及槽等区域用一种填充物填充好，要求填充表面尽量平滑、与周围区域光滑连接。填充物要求有一定的可塑性，在常温下则要求有一定的刚度特性(支持接触探头)。实践中，可以采用生石膏、加水后将孔或槽的缺口补好，在短时间内固化，等其表面较硬时就可以开始测量。测量完毕后，将填充物去除，再测出孔或槽的边界，用来确定剪裁边界。造型设计法是在实物缺口区域难以用实物填充时，可以在模型重建过程中运用CAD软件或逆向造型软件的曲面编辑功能，如延伸(Extend)、连接(Connect)和插入(Insert)等功能，根据实物外形曲面的几何特征，设计出相应的曲面，再通过剪裁，离散出需插补的曲面，得到测量点。曲线、曲面插值补充法主要用于插补区域面积不大，周围数据信息完善的场合。其中曲线插补主要适用于具有规则数据点或采用截面扫描测量的曲面，而曲面插补既适用于规则数据点也适用于散乱点[18]。

(5)数据对齐在逆向工程实际过程中，对实物样件实行数字化时，往往不能在同一坐标系下将产品的几何数据一次测出。其原因一是产品尺寸超出测量机的行程，二是在部分区域测量探头受被测实物几何形状的干涉阻碍以及不能触及产品的反面，这时就需要在不同的定位状态(即不同的坐标系)下测量产品的各个部分，得到的数据为多次测量数据。由于在几何模型构建时必须将这些不同坐标系下的多视数据变换或统一到同一个坐标系中，这个数据处理过程称为多视数据的对齐或数据拼合、重定位等[19]。数据对齐处理可分为对数据的直接对齐和基于图形的对齐两种方法。数据的直接对齐是直接对数据点集操作，实现点数据的对齐，以获得完整的数据信息和一致的数据结构；基于图形的对齐是对各视图数据进行局部造型，最后拼合对齐这些几何图形，其优点是可以利用图形几何特征(点、线、面等)进行对齐，对齐过程快捷、结果准确，但通常情况下，一个特征往往会被分割在不同的视图中，由于缺乏完整的拓扑和特征信息，局部造型往往十分困难。

(6)数据分割在造型之前还要进行一个重要工作是数据分割[20] (Point Data Segmentation)，数据分割是根据组成实物外形曲面的子曲面的类型，将属于同一子曲面类型的数据成组，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构提供方便。数据分割方法分为基于测量的分割和自动分割两种方法。基于测量的分割是在测量过程中，操作人员根据实物的外形特征，将外形曲面划分成不同的子曲面并对曲面的轮廓、孔、槽边界、表面脊线等特征进行标记，在此基础上进行测量路径规划，这样不同的曲面类型数据将保存在不同的文件中。这种方法适合于曲面特征比较明显的实物外形和接触式测量，同时操作者的水平和经验对结果将产生直接影响。自动分割方法有基于边和基于面两种基本方法。基于边的分割分为两步：边识别和连接。边识别是找出曲面间数据点表示的边界，然后连接相关点形成一连续边；基于面的方法是尝试推断出具有相同曲面性质的点，然后进一步决定所属的曲面，最后由相邻曲面决定曲面间的边界。对于包含二次曲面的实物外形，基于面是一种较好的方法，但不适用于自由曲面。

2.4.3曲面重构技术

在逆向工程中，实物的三维CAD模型重建是整个过程最关键、最复杂的一环，因为后续的产品加工制造、快速成型制造、虚拟制造仿真、工程分析和产品的再设计等应用都需要CAD数字模型的支持[21]。这些应用都不同程度的要求重建的CAD模型能准确的还原实物样件，而这个工作的进行受两个因素的影响。一是设备硬件，包括数字化设备和造型软件；二是操作者(包括测量和造型人员)的经验。CAD模型重构主要有两种方法：一是先将测量点拟合成曲线，再通过曲面造型的方式将曲线构建成曲面(曲面片)；二是直接对测量数据拟合，生成曲面(曲面片)，最终经过对曲面片的过渡、拼接和剪裁等曲面编辑操作完成曲面模型的构建。2.4.3.1曲线拟合

造型曲线是构建曲面的基础，在逆向工程中，一种常用的模型重建方法是，先将数据点通过插值(Interpolation)或逼近 (Approximation)拟合成样条曲线(或参数曲线)，再利用造型工具，如Sweep、Blend、Lofting、四边曲面(Boundary)等，完成曲面片造型，最后通过延伸、剪裁和过渡等曲面编辑，得到完整的曲面模型。

=0, 1,L,，这些点既可以是从实物测量得到的，给定一组有序的数据点P

i

也可是设计员给出的。要求构造一条曲线顺序通过这些数据点，称为对这些数据

点进行插值，所构造的曲线称为插值曲线。把曲线插值推广到曲面，类似地就有插值曲面与曲面插值法。以插值方式来建立曲线，其优点是所得到的曲线必会通过所有测量的点数据，因此曲线与点数据的误差为零。缺点是当数据过大时，则曲线控制点也相对增多。同时，若点数据有噪声存在，使用插值法拟合曲线时，应先进行数据平滑处理以去除噪声。插值法的过程见图3-8所示。在某些情况下，如果测量得到的数据点较粗糙、误差较大，构造一条曲线严格通过给定的一组数据点，则所建立的曲线将不平滑，尽管可以对数据进行平滑处理，但会丢失曲线或曲面的几何特征信息。这时可构造一条曲线使之在某种意义下最为接近给定的数据点，称之为对这些数据点进行逼近，所构造的曲线称为逼近曲线，所采用的数学方法称为曲线逼近法[22]。

采用逼近法，首先指定一允许的误差值(Tolerance)，并设定控制点的数目(曲线的)，基于所有测量数据点，用最小二乘法求出一条曲线后，计算测量点到曲线的距离，若最大的距离大于设定的误差值，则需增加控制点的数目，重新以最小二乘法拟合曲线，直到误差满足为止，见图3-9所示。类似地，可将曲线逼近推广到曲面。

2.4.

3.2曲面片直接拟合造型

上述的先拟合数据点为曲线，再由曲线进行曲面造型的方法仅适合处理数据量不大(如CMM测量数据)、而且数据呈有序排列的情况。曲面模型重建的另一种方法是直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型。曲面直接拟合造型既可以处理有序点，也能处理点云数据(散乱点)。

2.4.4曲面光顺

在基于实物数字化的曲面模型重建中，由于缺乏必要的特征信息(指连续性要求信息)，以及存在测量和造型误差，曲面光顺变得尤为重要。曲面的光顺性可按组成曲面网格的曲线的光顺准则判断[23]。到目前为止，光顺仍是一个模糊的概念，一条曲线光顺与否，常因人而异，缺乏统一的判据。一般曲线满足以下四条准则，可认为曲线是光顺的：

(1)二阶几何连续(指位置、切线方向与曲率矢连续，简称曲率连续，记为G

)；

2

(2)不存在奇点与多余拐点；

(3)曲率变化较小；

(4)应变能小。

使曲线光顺可以采用最小二乘法、能量法、回弹法、基样条法、圆率法、磨光法等。根据每次调整的型值点的数值不同，曲线曲面光顺的方法和手段主要分为整体修改(如能量法)与局部修改(如多数坏点去除法)。光顺效果的好坏在于所使用方法的原理准则。最小二乘法是基于这样的准则[24]：要求曲线对型值点的偏离足够小的同时，样条中的弯曲内能尽可能小，或压贴作用处摩擦力最小。其优点是能克服那些型值点中的随机误差所引起的不光顺因素。能量法的基本思想是让样条的能量在适当的约束条件下取得极小或优化。能量法具有整体光顺能力强、不需要三方面光顺等优点，但计算量大、收敛速度慢。回弹法的基本思想是让样条中的能量有释放的机会，使得样条在调整过程中将弯曲位能降到最低限度。“坏点”修改法是按照光顺准则建立相应的“坏点”判断准则，修改这些“坏点”，反复调整，直至曲线满足光顺准则，这种方法的最大优点是修改能力强，收敛速度快，并且具有局部化的特点。然而，曲面网格曲线光顺了，不等于曲面就一定光顺，曲线光顺只是必要的基础。曲面光顺较为复杂，由于仅显示曲面网格及其曲率图并不能完全反映曲面的光顺性，这就需要另考虑曲面光顺的显示标识。实际应用中只光顺曲面的网格曲线，同时配合计算并显示曲面的光照模型、曲率图、等高斯曲率线等彩色图形，从形状分布、明暗区域的变化来找到曲面的不光顺区域，然后利用法矢、位矢扰动的方法来光顺曲面。

2.5模型精度评价及量化指标

在逆向过程中，我们从产品的实物模型，重建得到了产品的CAD模型，根据这个CAD模型，一方面可以对原产品进行仿制或者重复制造，另一方面可以对原产品进行工程分析、优化结构，实现改进、创新设计。两个方面都存在这样一个问题，即重构的CAD模型能否表现产品实物，两者之间的误差有多大？因此，应予以考虑的模型精度评价主要解决以下问题：

(1)由逆向工程中重建得到的模型和实物样件的误差到底有多大；

(2)所建立的模型是否可以接受；

(3)根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。

前两个问题评价数学模型的精度，即重建得到的CAD模型，第三个问题是评价制造零件的制造误差(形状误差)。在产品逆向模型重建过程中，从形状表面数字化到CAD建模都会产生误差，评价一个逆向工程的精度或误差大小，通常采用的做法是将最终的逆向制造产品与原实物进行的对比，计算其之间的总体误差来判断决定逆向工作(产品)有效性和准确性，这无疑是直接的检测方法，可以通过坐标测量机来实现。但如果产品外形是复杂曲面组成的，两个产品的直接测量比较就存在困难，应寻求另一种间接的比较或检验方法。可以将精度评价分成两个过程，一是比较实物模型和CAD数学模型的差异，即问题(1)和(2)；二是检验制造产品和CAD数学模型的差异，即问题(3)，两个过程的精度相加即为逆向工程的总精度或总误差。

2.5.1模型精度评价指标

精度反映逆向模型和实物以及模型和产品差距的大小，在确定评价指标时仍将过程处理为两种情况，即过程一和过程二。评价指标分为整体指标和局部指标，还可分为量化指标和非量化指标。非量化指标主要用于过程一中的曲面质量的评价[25]。整体指标指的是实物或模型总体性质，如整体几何尺寸、体积、面积(表面积)以及几何特征间的几何约束关系，如孔、槽之间的尺寸和定位关系；局部指标指的是曲面片与实体对应曲面的偏离程度。量化指标指精度的数值大小，非量化指标主要用于曲面模型的评价如表面的光顺性等，主要通过曲面的高斯曲率分布、光照效果、法矢和主曲率图检验光顺效果，并参照人的感官评价。

2.5.2曲面品质分析方法

曲面品质分析方法主要是分析曲面的光顺性，尽管可以通过曲面的曲率变化来评价光顺效果，但并无具体的曲率值作依据，多数场合，还是以人的眼光来判断曲面是否光顺(观察曲率图、矢量图和反射线图等)。因此，光顺性评价归入非量化指标。目前，商品化的CAD/CAM集成系统都具有曲面品质分析功能和多种分析方法，常用的如高斯曲率(Guassian Curvature)、截面曲率(Section Curvature)、切矢(Slope)、双向曲率(Porcupine)、法向矢量(Normals)等，利用这些分析方法，通过着色渲染来观察曲面曲率变化，来评估曲面的质量。

2.5.3精度量化指标

在逆向工程的每一个环节，从产品原型制造、数据测量、处理到模型重建，均会产生误差，从而导致相当数量的积累误差。逆向模型与实物样件的总误差即是各个环节的传递累积误差。

在实际工程应用中，通常是用测量点到曲面模型的距离来作为模型是否准确的一种判断指标。由于在逆向工程中，实物样件已经数字化，可以用一系列采样点来述实物样件，因此，实物样件与模型曲面直接的误差，可以通过采样点与模型曲面之间的误差表示。模型与实物的对比问题转换为计算点到曲面的距离，其精度指标可以采用以下几个距离指标表示：最大距离、平均距离和距离误差估计等。对组合曲面可以分别计算各个子曲面的距离指标，而且采样点不必选择所有测量数据点，只需从测量点集中选取一些点作为计算参考点即可。当采样参考点到模型曲面的距离指标的最大值不超过给定的阈值，则可认为重建模型是合格的。

3 逆向工程的应用

3.1逆向工程在实际中的应用

在制造业领域逆向工程有广泛的应用背景。在下列情形下，需要将实物模型转换为CAD模型[26]：

(1)尽管计算机辅助设计技术(CAD)发展迅速，各种商业软件的功能日益强大，但目前还无法满足一些复杂曲面零件的设计需要，还存在许多使用粘土或泡沫模型代替CAD设计的情况，最终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为CAD模型。

(2)外形设计师倾向使用产品的比例模型，例如汽车外形设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型，以便于产品外形的美学评价，最终可通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模型表达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的CAD

模型。

(3)由于各相关学科发展水平的限制，对零件的功能和性能分析，还不能完全由CAE来完成，往往需要通过试验来最终确定零件的形状，如在模具制造中经常需要反复试冲和修改模具型面方可得到最终符合要求的模具。若将最终符合要求的模具测量并反求出其CAD模型，在再次制造该模具时就可运用这一模型生成加

工程序，就可大大减少修模量，提高模具生产效率，降低模具制造成本。

(4)目前在国内，由于CAD/CAM技术运用发展的不平衡，普遍存在这样的情况：在模具制造中，制造者得到的原始资料为实物零件，这时为了能利用CAD/CAM

技术来加工模具，必须首先将实物零件转换为CAD模型，继而在CAD模型基础上设计模具。

(5)艺术品、考古文物的复制。

(6)人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。

(7)特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据，此时，须首先建立人体的几何模型。

(8)在RPM的应用中，逆向工程的最主要表现为：通过逆向工程，可以方便地对快速原型制造的原型产品进行快速、准确的测量，找出产品设计的不足，进行重新设计，经过反复多次迭代可使产品完善。

3. 2 逆向工程与技术引进

市场全球化使国家、企业面临的竞争日趋激烈，市场经济竞争机制已渗透到各个领域，随着科学技术的高度发展，科技成果的应用已成为推动生产力发展和社会进步的重要手段。如何更快、更好的发展科技和经济，世界各国都在研究对策，充分利用别国的科技成就加以消化与创新，进而发展自己的技术已成为普遍的手段。事实证明，技术引进是吸收国外先进技术，促进民族经济高速度增长的战略措施，据有关统计资料表明，各国百分之七十以上的技术都是来自外国，要掌握这些技术，正常途径就是通过逆向工程。实际上任何产品问世，不管是创新、改进还是仿制，都蕴涵着对已有科学、技术的继承、应用和借鉴。引进技术的应用和开发一般分为三个阶段[27]：

(1)使用阶段对引进的生产设备等硬件技术会操作、使用、维修，在生产中发挥作用。对图样、生产工艺等软件应通过加工和生产实践的应用了解其特点及不足之处，即做到“知其然”

(2)消化阶段对引进产品或设备的设计原理、结构、材料、工艺、生产管理方法等进行深入的分析研究，用科学的设计理论和测试对其性能进行计算测定，了解其原料配方、工艺流程、技术标准、质量控制、安全保护等技术，即做到“知

其所以然”。

(3)创新阶段对引进技术消化综合，博采众家之长，结合深入的科学研究，通过移植、综合、改造等手段，开发具有本国特色的创新技术，并争取进一步实现某些技术从输入到输出的转化。由于技术保密，除非购买转让，否则要获得产品的图样、技术文档、工艺等技术资料几乎是不可能实现的，而产品实物作为商品和最终的消费品，是最容易获得的一类“研究”对象。在只有产品原型或实物模型条件下，可以基于产品实物逆向工程对产品零件进行生产制造，除实现对原型的仿制外，通过重构产品零件的CAD模型，在探询和了解原设计技术的基础上，实现对原型的修改和再设计，以达到设计创新、产品更新之目的。对于其他具有复杂曲面外形的零部件，逆向工程更成为其主要的设计方式，如汽车、摩托车的外形覆盖件，通常由艺术家制作1：1的木或油泥模型，然后测量表面数据输入计算机，进行造型、修改、完善，最后经CAM完成模具。

4 结束语

本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。逆向工程测量速度快,精度较高,可以满足快速成形制造的要求。但从目前反求工程的发展水平分析,仍然存在很多问题,例如反求工程在各环节上的某些计算精度还不高,对有较高精度要求的三维实体测量,还不能完全满足要求;三维实体测量得到的数据量很大,数据处理与三维重构需要较长时间等。此外,反求工程对CAD系统的曲面、曲线处理功能要求较高。同时还要求在正向CAD软件的基础上配以专用的逆向造型软件。

参考文献

[1]周建强,李建军,等.逆向工程技术的研究现状及发展趋势[J].现代制造技术装备,2006,10.

[2]石永芳,孙文磊,张汉国,姜宏.逆向工程技术在梨臂测量和建模中的应用[J].机械工程与自动化,2006,4.

[3]刘影,杭九全,万耀青.反求工程与现代设计[J].机械设计,2006,7.

[4]王霄.逆向工程技术及其应用[M].北京化学工业出版社,2004.

[5]孙世为,王耕耘,李志刚.逆向工程中多视点云的拼合方法.计算机辅助工程,2002, (3):7-12

[6]陈志杨,李江雄,柯映林.基于图形制导的复杂曲面最佳匹配的一种算法.航空学报,2000,21(3):279-281

[7]林立彬,高晓辉,王昊,等.逆向工程个关键技术的研究进展.机械制造, 2004,478(6):41-45

[8]董洪智,林忠钦,陈关龙.曲面轮廓度评定技术的研究.机械设计与研究,2000,(2): 16-18

[9]侯宇,张竞,崔晨阳.复杂线轮廓度误差评定方法.仪器仪表学报,2001,22(1): 104-107

[10]杜静,何玉林.基于特征的曲面模型重建方法.重庆大学学报,2002,25(7):140-151

[11]江涛,陆国栋,雷建兰,等.基于面域理解的多面体三维重建.计算机辅助设计与图形学学报,2000,12(7):522-527

[12]曾建江,丁秋林.用神经网络实现NURBS曲面重构.计算机工程与应用, 2003,(01):69-71

[13]田晓东,周雄辉,阮雪榆.带有精确截面信息的一种曲面重构方法.模具技术, 2001,(2):15-17

[14]牟小云.逆向工程曲面重构中建摸策略的研究[J].陕西理工学院学报,2007,23(12)53-55.

[15]张丽艳,周来水,蔡炜斌.基于截面测量数据的B样条曲面重建[J].应用科学学报,2002,20(2):173-177.

[16]郭伟青,李际军.逆向工程中扫描数据点的曲面重构 [J].计算机集成制造系统,2004,10(9):1160-1164.

[17]孙玉文.面向快速原形制造的反求工程关键技术研究 [D].大连:大连理工大学,2000.

[18] 边守仁.产品创新设计[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

[19]易军,赵江洪.数字时代工业设计模型方法[J].包装工程,2006, 27(5):231-235.

[20] 吕国刚,等.反求工程测量技术简述[J].机械研究与应用,2006, (8):7-8.

[21]孪贻国,等.反求工程及其相关技术[J].山东大学学报,2003,33 (2):114-118.

[22]雷刚，邹吕平，黄剑明，快速逆向工程研究进展.机械工艺师.2000.10，54-56

[23]田晓东，史桂蓉等复杂曲面实物的逆向工程及其关健技术.机械设计与制造工程， 2000(4)

[24]李江雄.反求工程中的曲面建模技术及相关软件分析.计算机辅助设计与制1999.10，14-16

[25]宗志坚，CAD/CAM技术，机械工业出版社，2001.120-23

[26]黄迪生，CMA软件的时代特征，计算机辅助设计与制造，1999年第3期

[27]宾鸿赞，21世纪制造技术创新策略，中国机械工程，2000.2.110-113

逆向工程三维建模关键技术

逆向工程与快速原型技术 （综合技能训练及评价） 题 目 逆向工程三维建模关键技术 综合创新训练 姓 名 ******* 学 号 *********** 专业班级 机制**** 授课教师 ****** 分 院 机电与能源工程分院 完成日期 **** 年 **月 *日 宁波理工学院

绪论 (3) 0.1什么是逆向工程 (3) 1.2逆向工程的基本操作步骤 (3) 第一章点云摆正综合练习 (4) 1.1目的和意义 (4) 1.2 点云数据摆正的原理及实现流程 (4) 1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 (4) 第二章逆向建模特征线构建技术 (15) 2.1 目的和意义 (15) 2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程 (15) 2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 (15) 3.1 目的和意义 (32) 3.2 曲线构建的原理及实现流程 (32) 3.3 曲线构建及具体实现步骤 (32) 4.1 目的和意义 (36) 4.2 曲面重构的原理及实现流程 (36) 4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (36) 第五章：点云数据修补综合练习 (41) 5.1 目的和意义 (41) 5.2 曲面重构的原理及实现流程 (41) 5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (41) 第六章总结与反思 (49)

绪论 0.1什么是逆向工程 逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程，它属于产品导向（product oriented）。逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段；是产品快速创新开发的重要途径。通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。 1.2逆向工程的基本操作步骤

逆向工程及其关键技术

逆向工程及其关键技术 院（系）材料科学与工程 专业材料加工工程 学生 学号 2010年5月15日

逆向工程及其关键技术 摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。 关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析 1 引言 在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。 2 逆向工程的系统及其关键技术 2.1 逆向工程的概念 逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散

1逆向工程关键技术

1.3 逆向工程中的关键技术 1.3.1 数据采集技术 目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。测量方法的选用是逆向工程中一个非常重要的问题。不同的测量方式，不但决定了测量本身的精度、速度和经济性，还造成测量数据类型及后续处理方式的不同。根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面数字化三维数据的采集方法基本上可以分为接触式(Contact)和非接触式（Non-contact）两种。 接触式包括三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，CMM）和关节臂测量机；而非接触式主要有基于光学的激光三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等。这些方法都有各自的特点和应用范围，具体选用何种测量方法和数据处理技术应根据被测物体的形体特征和应用目的来决定。目前，还没有找到一种完全使用于工业设计逆向测量方法。各种数据采集方法分类如图1.3所示。 在接触式测量方法中，CMM是应用最为广泛的一种测量设备；CMM通常是基于力-变形原理，通过接触式探头沿样件表面移动并与表面接触时发生变形，检测出接触点的三维坐标，按采样方式又可分为单点触发式和连续扫描式两种。CMM 对被测物体的材质和色泽没有特殊要求，可达到很高的测量精度（±0.5μm），对物体边界和特征点的测量相对精确，对于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则零件反求特别有效。主要缺点是效率低，测量过程过分依赖于测量者的经验，特别是对于几何模型未知的复杂产品，难以确定最优的采样策略与路径。

图1.3 逆向工程数据采集方法分类

浅谈逆向工程技术

浅谈逆向工程技术 逆向工程（又称反向工程），是一种技术过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是，在不能轻易获得必要的生产信息下，直接从成品的分析，推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。 需要逆向工程的原因如下： 1.接口设计。由于互操作性，逆向工程被用来找出系统之间的协作协议。 2.军事或商业机密。窃取敌人或竞争对手的最新研究或产品原型。 3.改善文档。当原有的文档有不充分处，又当系统被更新而原设计人员不在时，逆向工程被 4.用来获取所需数据，以补充说明或了解系统的最新状态。 5.软件升级或更新。出于功能、合规、安全等需求更改，逆向工程被用来了解现有或遗留软件系统，以评估更新或移植系统所需的工作。 6.制造没有许可／未授权的副本。 7.学术／学习目的。 8.去除复制保护和伪装的登录权限。 9文件丢失：采取逆向工程的情况往往是在某一个特殊设备的文件已经丢失了（或者根本就没有），同时又找不到工程的负责人。完整的系统时常需要基于陈旧的系统上进行再设计，这就意味着想要集成原有的功能进行项目的唯一方法便是采用逆向工程的方法分析已有的碎片进行再设计。 10.产品分析：用于调查产品的运作方式，部件构成，估计预算，识别潜在的侵权行为。 逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或X射线断层成像之类3D扫描仪技术进行尺寸测量，再通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D 虚拟模型的方法。逆向工程经常被用于军事上，在二战和冷战中经常被用到。 1980年开始，欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程领域。1990年初期，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段：2000年前，在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在2003年前技术成熟，广为业界引用。到2007年后，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。1998年，NEWPOWER启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于V模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。截止2011年，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。 逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域，它的特点是： 1、缩短产品的设计、开发周期，加快产品的更新换代速度； 2、降低企业开发新产品的成本与风险； 3、加快产品的造型和系列化的设计； 4、适合单件、小批量的零件制造，特别是模具的制造，可分为直接制模与间接制模法。

逆向工程及其应用

逆向工程及其应用 一、什么是逆向工程 随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是在这祥的背景下产生的。 逆向工程RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转人到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产晶设计过程珊们欢去“正向设计”过程。 逆向工程产品设计过程如图一所示，可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程;它针对现有的工件(样品或模型)利用3D数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后，传至一般的CAD/CAM系统.再由CAM软件产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出来。逆向工程在某些方面很像我们常说的“仿制”;可以说，在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程将大有用武之地。

逆向工程中的数据采集技术.

Ξ收稿日期:2008-05-09 基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033 .作者简介:崔秀梅(1981—,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、 CAD\CAE\CAM 技术研究. 逆向工程中的数据采集技术 Ξ 崔秀梅,冯文杰 (重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050 摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(200808-0014-03 StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineering CUIXiu 2mei,FENGWen 2jie (ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050 ,China Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandm easuringma 2

chineinreverseengineering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasurin gmachinesused inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidel yusedin automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedina utore 2 verseengineeringsoastorealizecost 2efficient,short 2cycledandhighqualityreversedesign. Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation 随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立[1].数据采集是逆向工程的首要环节,是反求建模的理论依据.采集数据的精度和速度直接影响产品的质量和开发效率等.准确、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是逆向工程的一项关键技术.数据采集技术随着逆向工程的广泛应用不断发展,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等[2].如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集. 1测量机 测量机按测量方式主要分为接触测量、非接 第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学 JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience 2008年8月Aug.2008

逆向工程技术及其发展现状

摘要 与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。 逆向工程实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉与计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以与逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程CAD/CAM solidworks surfacer 反向工程、建模

目录 1 逆向工程简介 (1) 1.1逆向工程介绍............................. 错误!未定义书签。 1.2 逆向工程的应用 (3) 2 逆向工程应用实例 (6) 3 逆向工程的其他应用领域 (7) 参考文献 (8)

1 逆向工程介绍 1. 逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展

逆向工程技术现状及发展前景

逆向工程技术现状及发展前景 概念 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。 分类 从广义讲，逆向工程可分以下三类： 1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件或组件。 2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 工艺过程 逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。 (1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。 (2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。 (3) 模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。 逆向工程技术过程图解：

反求工程及其关键技术概述

反求工程及其关键技术概述 逆向工程(Reverse Engineering)，又称反求工程或反求设计，是将已有产品模型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，是对已有设计的设计。其目的是为了改善技术水平，缩短产品生产周期，提高生产率，增强经济竞争力。 在科学技术高速发展的今天，世界范围内新的科技成果层出不穷，它们为发展生产力、推动社会进步做出了杰出的贡献。中国在机械工程领域起步较晚，基础较为薄弱，因此充分地、合理地利用这些科技成果，更快的获得世界上较为先进的技术成果。反求工程的应用对于我国科技进步，推动经济建设和发展有着重要的现实意义。 在我国最早提出“反求工程”概念并倡导推广的学者是著名的科学学专家夏禹龙、刘吉、冯之浚、张念椿等。早在1983 年第三次全国科学学和科技政策学术讨论会上他们就提出了“反求工程”的概念。近20 多年来，随着数字技术的快速发展和应用，给反求工程提供了前所未有的技术手段，直接导致反求工程的实践水平越来越高，反求工程的研究成果也越来越多，与之相配套的各种技术手段也趋于成熟。 反求工程的关键技术包括数据采集、数据处理，模型重建、模型精度分析等。为了更加全面的了解当今我国学者在各个领域所取得的进展，我选读了2010年至2011年所发表的部分论文，并将读后收获记录如下。 一、数据采集方面 数据采集即获取实体模型的几何参数，是反求工程CAD建模的首要环节。对自由曲面零件的测量是实现数据采集的有效手段。根据被测物的CAD模型是否已知，可将自由曲面的测量分为CAD模型已知的测量和CAD模型未知的测量。这两种测量的目的不同，测量的策略也有所不同：前者主要是为了检验和保证产品的精度要求；而后者主要是根据测量所获得的零件表面的测点数据实现曲面重建，以便利用CAD/CAM技术进行模型修改、零件设计、数控加工指令的生成及误差分析等处理。 对于CAD模型已知的自由曲面的测量，其关键问题是如何高效、可靠、安全地获取待测曲面的几何形状信息。对自由曲面进行测量时，采用等间距测量是最简单易行的测量方法，但为了保证测量准确度就必须缩小测量间距，这使得测量效率显著降低，并增加了后续的误差评定等工作的难度。一种理想的方法就是使测点分布的疏密随曲面曲率变化而变化，曲率越大，测点应越密；反之则越疏，从而较好地反映待测曲面的几何形状信息，实现测点的自适应分布。而对于CAD 模型未知的自由曲面零件的测量，应主要考虑如何根据已测点的信息来对自由曲

逆向工程技术的应用

逆向工程技术的应用 仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应

用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。

逆向工程技术的内容及其应用范围

一、逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过图1所示的设计过程。而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型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1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。 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。 (2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 (3)损坏或磨损零件的还原。 (4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 二、逆向工程技术实施的条件 1.逆向工程技术实施的硬件条件 在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。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。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TAL YSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物——建立数学模型——CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状

逆向工程技术的应用和发展

逆向工程技术及其发展现状 【摘要】本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以及逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程 CAD/CAM solidworks surfacer 反向 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。

逆向工程关键技术的研究

逆向工程关键技术的研究 姓名:于海江 学号:1082000504 班级:10级5班 专业:车辆工程 沈阳理工大学研究生学院 2011年3月

摘要 逆向工程技术能够降低成本、缩短交货时间、提高产品质量，提高企业在市场中的竞争力，在产品开发中具有重要的作用。本文对逆向工程中的关键技术进行了深入的研究和探讨。 本文主要研究了逆向工程技术的三个关键环节:数据采集、数据处理和曲面重构。依据样件模型的外形特征，总结归纳了规划测量路径的策略，在对各种测量方法研究、对比和分析的基础上提出了数据采集方法选择的原则;结合实例研究了数据重定位、噪声去除、数据精简、数据光顺和数据分割五种数据处理技术，探讨了不同形状点云数据应采取的具体处理方法，提出了点云数据处理的原则;通过对比分析Bezier曲线曲面、B一Spline曲线曲面、NURBS曲线曲面三种曲面的数学模型，得出NURBS曲线曲面具有诸多优点，己成为当前曲线曲面模型的主流，合理的规划路径、恰当的选择数据采集方法和数据处理方法能够构建高品质的曲面，而且能量光顺算法也能够提高曲面的光顺程度。该论文的研究工作丰富了工业产品造型设计的理论和方法，将促进逆向工程在工业设计中的应用和推广。 关键词:逆向工程点云数据 NURBS曲线曲面重构曲面光顺 1.1逆向工程概述 “逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也称反求工程、反向工程等 逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路 [1] 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，最后通过检测和性能测试，这种开发模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或CAD造型，称为预定模式(Prescriptive Model)，我们也称之为正向工程(或顺向 工程)。正向工程流程如图1-1所示。 图1-1正向工程开发流程图 Fig.1-1 Forward engineering flow chart 产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样，再制造出产品。它是 一种以先进产品设备的实物、样件、软件(包括图样、程序、技术文件等)或影像(图像、照片等)作为研究平台，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术 的结合[2] 。逆向工程的流程如图1-2所示。广义的逆向工程包括形状(几何)逆向、

逆向工程三维建模关键技术

. 逆向工程与快速原型技术 （综合技能训练及评价） 题目逆向工程三维建模关键技术 综合创新训练 姓名******* 学号*********** 专业班级机制**** 授课教师****** 分院机电与能源工程分院 完成日期**** 年**月*日 宁波理工学院

绪论 (3) 0.1什么是逆向工程 (3) 1.2逆向工程的基本操作步骤 (4) 第一章点云摆正综合练习 (4) 1.1目的和意义 (4) 1.2 点云数据摆正的原理及实现流程 (5) 1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 (5) 第二章逆向建模特征线构建技术 (19) 2.1 目的和意义 (19) 2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程 (19) 2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 (19) 3.1 目的和意义 (40) 3.2 曲线构建的原理及实现流程 (41) 3.3 曲线构建及具体实现步骤 (41) 4.1 目的和意义 (45) 4.2 曲面重构的原理及实现流程 (45) 4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (45) 第五章：点云数据修补综合练习 (51) 5.1 目的和意义 (51) 5.2 曲面重构的原理及实现流程 (52) 5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (52)

第六章总结与反思 (60) 绪论 0.1什么是逆向工程 逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程，它属于产品导向（product oriented）。逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段；是产品快速创新开发的重要途径。通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。

逆向工程关键技术

逆向工程关键技术（原型的数字化采集与点云数据的预处 理）的发展趋势 逆向工程技术(ReverseEngineering)，是20世纪80年代后期出现在先进制造领域里的新技术。与传统的“产品概念设计→产品CAD 模型→产品(物理模型)”的正向工程不同，逆向工程首先对实物原型进行数据采集，经过数据处理和曲面重构等过程，构造出实物的三维模型，然后再对原型进行复制或在原型基础上进行再设计，实现创新. 1.数据采集 实物的数字化是逆向工程实现的初始条件，是数据处理、模型重建的基础。该技术的好坏直接影响对实物（零件）描述的精确度和完整度，影响数字化实体几何信息的进度，进而影响重构的CAD曲面和实体模型的质量，最终影响整个逆向工程的进度和质量。所以，数字化测量方法的选择和研究对逆向工程至关重要。根据测量的方式不同，可以将三维测量设备分为接触式和非接触式两大类型。 1.1接触式数据采集 接触式数据采集方法是用机械探头接触表面，机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。最常见也是应用最广泛的接触式数据采集方法是三坐标测量机，当探针沿被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使探针发生形变，这种形变触发测量传感器将测到的信号反馈给测量控制系统，经计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。一般来说，三坐标测量机可以对被测物体边界精确测量，同时不受被

测物体表面颜色和色泽的限制。其主要缺点是速度慢、效率低，摩擦力和弹性变形易引起被测件变形产生测量误差，对微细部分的测量收到限制，不适于对软质材料或薄型实体的测量。另外，探头有一定的半径，不能直接测出实体表面的坐标值，需要进行半径补偿。接触式数据采集的缺点限制了它的应用领域，随着测量技术的发展和市场的需要，产生了非接触式测量，其克服了接触式测量的一些缺点，是逆向工程中数字化测量的发展方向。 1.2非接触式数据采集 非接触式数据采集方法主要利用了光、声、磁场等原理。应用光学原理的方法采集数据块，细分有结构光法、激光三角形法、干涉法、图像分析法等。结构光法也称投影光栅法，其基本原理是将光栅投影到被测物体表面上，收到被测样件表面高度的调制，光栅影线发生变形。通过解调变形光栅影线，就可以得到被测表面的高度信息。它的主要优点是不用做半径补偿，测量速度快、获取的数据量大，对软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。缺点在于受物体表面颜色、斜率的影响较大。 2.点云 点云是一特殊的测量数据点，通常由手持式数字化系统和激光扫描仪获得，由于数据点的数量较通常的接触式三坐标测量机大得多，也称海量数据或点云，而且点云数据具有不同于接触式数据的一些特点，因此其处理方式也有所不同。点云是三维空间中的数据点的集合，最小的“点云”只包括一个点(称孤点或奇点，)，高密度“点云”可

逆向工程关键技术

1、３逆向工程中的关键技术 1、３、１数据采集技术 目前,用来采集物体表面数据的测量设备与方法多种多样,其原理也各不相同、测量方法的选用是逆向工程中一个特不重要的问题。不同的测量方式,不但决定了测量本身的精度、速度与经济性,还造成测量数据类型及后续处理方式的不同。依照测量探头是否与零件表面接触,逆向工程中物体表面数字化三维数据的采集方法基本上能够分为接触式(Conｔａcｔ)与非接触式(Nｏn—cｏnｔacｔ)两种。 接触式包括三坐标测量机(Coｏrdinａte Mｅasｕring Machinｉng,ＣMＭ)与关节臂测量机;而非接触式主要有基于光学的激光三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等。这些方法都有各自的特点与应用范围,具体选用何种测量方法与数据处理技术应依照被测物体的形体特征与应用目的来决定、目前,还没有找到一种完全使用于工业设计逆向测量方法。各种数据采集方法分类如图1、3所示。 在接触式测量方法中,CMM是应用最为广泛的一种测量设备;CMM通常是基于力-变形原理,通过接触式探头沿样件表面移动并与表面接触时发生变形,检测出接触点的三维坐标,按采样方式又可分为单点触发式与连续扫描式两种。ＣMM对被测物体的材质与色泽没有特不要求,可达到特不高的测量精度(±０、5μｍ),对物体边界与特征点的测量相对精确,关于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则零件反求特不有效。主要缺点是效率低,测量过程过分依赖于测量者的经验,特不是关于几何模型未知的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径。 ?

MM发展的方向、智能测量 ,其关键技术包括零件 CAＤ/CAＭ集成技术等。 被动式方法中无特不 操作方便,成本低,可用于户 , ,通过 依照可利用 ａpｅFrom Ｓhaｄｉｎ ,其中在工程中应用较多的是后两种方法。 立体视觉又称为双目视觉或机器视觉,其基本原理是从两个(或多个)视点观察同一景物,以获取不同视角下的感知图像,通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获取景物的三维信息,这一过程与人类视觉的立体感知过程是类似的、 双目立体视觉的原理如图1、4所示,其中P是空间中任意一点,Ｃ 1、C ２ 是两 个摄像机的焦点,类似于人的双眼,Ｐ １、P 2 是P点在两个成像面上的像点。空间 点P、C 1、Ｃ ２ 形成一个三角形,且连线C 1 P与像平面交于Ｐ 1 点,连线C 1 P与像平面 交于P 2点。因此,若已知像点ｐ 1 、ｐ 2 ,则连线C １ P 1 与C ２ Ｐ 2 必交于空间点P,这种 确定空间点坐标的方法称为三角测量原理、

逆向工程的研究现状和发展前景

摘要：随着测量技术和计算机技术的发展，以实体为研究对象，利用逆向工程技术对产品进行建模、仿真、优化及新产品开发成为现代设计的一大热点。本文阐述了逆向工程的基本概念及通过工业及医学的两个例子来说明逆向工程的应用，并对逆向工程的前景进行展望。关键词：逆向工程模型重建有限元数据测量技术 1.引言 逆向工程也称反求工程或反向工程[1]，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 从广义讲，逆向工程可分以下三类[2]： （1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。 （2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 （3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。

目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的C A D ，称为“实物逆向工程”。逆向工程与顺向工程如下图1 所示： 图1 逆向工程与顺向工程 2 逆向工程数据测量技术[3- 4] 数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散 点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。其测量原理是：将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。 现有的数据采集方法主要分为两大类： （1）接触式数据采集方法 接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据 采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。 接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的特征和测量的要求选择测头及其方向，确定测量点数及其分布，然后确定测量的路径，有时还要进行碰撞的检查。触发式数据采集方法采

逆向工程技术特点应用与分析

、逆向工程概述 作为产品设计制造的一种手段，在2(X纪9 0年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视。特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM 技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究热点, 并成为逆向工程技术应用的主要内容。

二、逆向工程组成 1?定义 逆向工程 (Reverse Engineering) 也称反求工程、反向工程等，是指^ 用一定的测量 手段对实物或模型进彳亍测量，根据测量数据通过 三维几何廷模方法，重构实物的CAD模型，从而 实现产品设计与制造的过程。

逆向工程框图

品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速 地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据 处理、曲面创建、三维实体棋型重构，然后通 过CAM 系统进行数控编彳 工机床或快速成型机来制造产品。 特 点 与传统的 “产品概念设计-＞产品CAD 棋 型—产品（物 理棋型广的正向工程相反 。逆向 工程是在没有设计 纸不完牟 而有样 ,直至利用CNC 加 pi 、 纸或

2、逆向工程结构组成 为产品三维信息t 扫描仪、Tritop 三 坐标测量设备戲…? .......... . .......... . ..... 价化和功能复合化的特点。 ?在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫播设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使? （D 逆向工程技术的硬件条件 ? lllittliBI .......... ................. 向（逆向）技术的软硬件技术与设备“Atosll 流动式试 冬件。德国GOM 公司趣 光学 三维照相测量系统。英国LK 公司的精密三 接触式L 体现了检测设备的高速化.廉

逆向工程技术的发展现状

２００８年０２月中国设备工程 文章编号：１６７１－０７１１（２００８）０２－００１９－０３ 逆向工程技术的发展现状 苏 靖，陈韶娟，马建伟 （青岛大学纺织服装学院，山东 青岛 ２６６０７１ ）摘 要：介绍实物逆向工程技术中测量技术的发展现状，包括测量方法、测量设备以及反求软件。其中 对几种主要测量方法从原理、特点方面进行了较详细的阐述，并作了比较。最后将逆向工程的应用领域作了归纳。 关键词：逆向工程；三维测量；测量方法中图分类号：ＴＢ４ 文献标识码：Ｂ 图１ 反求工程测量方法的分类 一、逆向工程（ＲｅｖｅｒｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＲＥ）的概念 逆向工程产生于２０世纪８０年代末至９０年代初，广义上，逆向工程可以分为实物逆向、软件逆向和影像逆向三类。目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向重构上，即产品实物的ＣＡＤ模型重构和最终产品的制造，称为“实物逆向工程”。 逆向工程也称反求工程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据的过程。在产品设计时，如果客户给出的只是实物模型而没有产品原始图纸、文档或ＣＡＤ模型数据，需要通过对已有产品实物进行分析与测量，重新得到制造产品所需的几何模型和特性数据，即对其进行数字化处理，使之能利用ＣＡＤ、 ＣＡＭ、ＲＰＭ、ＰＤＭ及ＣＩＭＳ等先进技术进行处理， 形成三维模型，并最终复制出已有产品。也可以在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，这样的过程就称为逆向工程。 逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及数控加工等多个环节。其中快速反求是从实物原型到三维数字模型的转换，是反求工程技术实现的关键技术，它包括数据测量、数据处理、三维重建和模型评价四部分。 二、逆向工程的测量技术 逆向工程的测量是指实物的数据采集，也称三 维数据测量，是反求工程实现的第一步。它是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。该技术关系到对零部件（实物） 描述的精确度和完整度， 从而影响重构的ＣＡＤ曲面和实体模型的质量，并最终决定加工出来的产品能否真实反映原始实物。因此，测量是整个原型反求的基础。 １．测量方法及原理。反求工程采用的测量方 法主要分为两类：接触式和非接触式。根据测量原理、设备结构的不同还可以进一步细分（见图１）。 接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，经过数学计算的方法得出其形状、 管理园地 研究? 探讨１９