逆向工程技术及其应用

逆向工程技术及其应用姓名专业：机械工程课程：CAD/CAM逆向工程技术3.逆向工程流程4.逆向工程实例5.软件介绍1.什么是逆向工程2.逆向工程主要应用1.逆向工程定义正向工程是泛指按常规的从概念(草图)设计到具体模型设计再到成品的生产制造过程。正向工程与逆向工程的本质区别在于设计是从哪里开始的。概念设计详细设计CAD数模模具成品数据获取CAD数模模具成品a)正向工程b)逆向工程实物样件逆向工程逆向工程(ReverseEngineering,RE)也称反求工程，是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程(ForwardEngineering,FE)而提出的。逆向工程常指从现有模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型，如利用三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，是对已有产品的再设计、再创造的过程。主要用途主要包括以下几个方面：①对已有零件的复制，再现原产品的设计意图；②当原始设计不可得时，用于对已有产品的改型或仿型设计；③在设备维修中对个别损坏或磨损零件的复制；④在美学设计特别重要的领域，通常采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，再通过逆向工程进行设计；⑤当设计需要实验才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法，例如，在航天航空领域，为了满足空气动力学等要求，需要进行风洞实验的产品模型；⑥数字化模型的检测，如检验产品的变形分析、焊接质量以及零件实物与CAD模型的比较等3.逆向工程工作流程图实物样件数据采集数据处理曲面重构(一)数据采集数据采集是逆向工程建模的第一步，它是用一定的设备对实物进行测量来获取实物的表面数据(有时也包括内部数据)。测量的方法有很多，如图所示：测量设备接触式非接触式机械手CMM基于光学基于磁学基于声学三角几何测量法干涉法图像分析法光速测距法结构化光照法《接触式》机械手优点：具有携带方便，测量精度高等特点。三坐标测量机(CMM)优点：测量精度较高，价格低廉。缺点：测量速度慢，对于柔性材料会出现变形而产生测量误差，在进行半径补偿时也会出现误差。采用三角几何法的扫描仪优点：能快速采集物体的表面点数据信息。缺点：采集精度受目标物体表面质量和扫描仪与目标物体之间的距离和环境因素等影响。三维激光扫描仪工作流程1、对要扫描的零件做好表面处理,如喷漆或喷砂处理。2、规化扫描方法，如果是大的板金件采取平面扫描方式，如果是回转体可选择旋转扫描方式。尽量以最少的次数采集最多的数据。3、将零件固定在工作台上，保证稳定。4、确定扫描范围，调整激光强度及步进大小。5、开始扫描数据。6、保存数据文件，扫描完毕。采用结构化光照法的扫描仪优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方便等优点缺点：价格十分昂贵。《非接触式》非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。例如：声纳测量仪利用声音遇到被测物体产生回声的时间计算点与声源间的距离。《非接触式》激光测距法是将激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面间的距离。非接触式测量使测量效率得到了极大提高，某些光学测量机可以在数秒钟内得到几十万个数据点，因而在测量过程中可以大大减少人工测量规划，在整个样件表面快速采集大量的密集点集。由于操作简便，以激光测距法为代表的非接触式测量技术近两年来，发展迅速，应用普及面越来越广（二）数据处理在数据采集阶段，几乎所有的测量方式、测量系统在测量过程中都不可避免地存在误差。对于大型或复杂的零件我们也不得不进行多次扫描。这样就需要对采集后的数据进行拼合处理。由光学方法得到的极为密集的测量数据称为“点云”，对于点云我们也要做必要的精简处理。数据的预处理是十分必要的。对于点云的预处理主要包括以下几个方面：去除杂点数据拼合数据精简去除杂点受扫描设备和环境因素的影响，扫描以后得到的点云会存在大量的无用点，这些无用点会干扰我们后继工作的展开，所以在进行曲面重构之前要把这些杂点去除。数据拼合受激光扫描仪的限制，很多零件是不能一次就采集全所有数据的，多次扫描后每块点云的坐标都发生了变化，数据拼合就是把它们统一在一个坐标系下。数据精简在不损失模型特征的情况下对点云进行有效的精简可以大大的提高工作效率数据精简前点云数为323315点数据精简后点云数为104748点精简前精简后（三）曲面重构曲面重构就是根据数据采集信息来恢复原始曲面的几何模型。但是它和普通的曲面建模又有很大的区别。逆向曲面建模是通过大量的点云数据来获得曲面的信息，所以说它所面向的对象是海量的点云数据，是一种非参数化建模。逆向曲面模型的光顺性与拟合精度始终是一对难以调和的矛盾。如果过高地追求曲面的精度，保证曲面通过绝大多数点云，必然导致曲面的光顺性较差。因此，曲面重构是逆向工程中最为重要的一部分。曲面重构的基本思路1、点云预处理2、提取特征线3、将特征线导入三维造型软件4、构造自由曲面并裁剪等处理5、生成过渡曲面6、加厚生成实体曲面重构的关键问题曲面重构时要考虑的关键问题有两个：一是用有比较简单的几何元素对模型进行表达；二是怎样找到原设计者的造型思路或痕迹，并以相类似（最好是相同）的几何元素构造CAD模型。4.逆向工程实例这是一个具体的应用实例，主要步骤如下：1、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。2、对点数据进行去除杂点、过滤精简等处理。逆向工程实例3、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。4、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，这样会影响曲线质量。逆向工程实例5、取好后的特征线。6、对曲线进行曲率分析，对于不符合要求的曲线做光顺处理。逆向工程实例7、利用特征线生成自由曲面。8、生成过渡曲面。注意曲面之间要保证曲率(G2)连续。逆向工程实例9、对生成的曲面进行光照反射分析。10、误差分析逆向工程实例在UG中生成实体，装配。5.逆向工程软件介绍SDRC公司的ImageWaresurfacerRaindropGeomagic公司的GeomagicEDS公司的UnigraphicsNXPTC公司的ProEngineerImageWaresurfacerImageware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、家电、模具、计算机零部件领域。Surfacer是Imageware的主要产品，主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点---曲线---曲面原则。GeomagicStudioGeomagicStudio是美国RaindropGeomagic(雨滴)软件公司推出的逆向工程软件。该软件是目前市面上对点云处理及三维曲面构建功能最强大的软件，从点云处理到三维曲面重建的时间通常只有同类产品的三分之一。利用GeomagicStudio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NURBS曲面。UnigraphicsNXUnigraphics(UG),是美国EDS公司推出的CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空、汽车、机械、家电等各行各业。UG具有独特的复合建模方法，这使它在建模方面更加灵活，在产品设计初期可以将主要精力放在设计思想和设计方案上，可以提高设计效率。ProEngineerPro/E是美国参数技术公司(PTC)推出的3DCAD/CAE/CAM软件，它采用参数化行为建模技术，在实体造型方面功能更强大，因此在制造业尤其是机械制造业获得了广泛的应用。由于采用“全尺寸”约束，所以约束尺寸不能漏注也不能多注，从而设计过程过于呆板。结束语逆向工程技术在许多领域都有着广泛的应用，虽然在一些关键技术上还没有取得突破，但随着人们对它认识的不断加深，它必将在更多领域内得到应用和发展，加快工业发展的步伐。谢谢！Thankyou