工業(yè)設(shè)計計工程基基礎(chǔ)第七章反反求求工程基基礎(chǔ)引言言INTRODUCTION

反求工程技術(shù)是解決在既有設(shè)計對象的模型和實物模型的基礎(chǔ)上，逆向獲取設(shè)計對象的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計模型的技術(shù)和方法，特別是在現(xiàn)代基于數(shù)字化的工業(yè)設(shè)計，反求工程是解決某些設(shè)計對象最適合的方法。目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建與后處理7.4反求工程在工業(yè)設(shè)計中的作用7.1反求工程程概念7.1.1反求工程含義7.1.2

反求工程起源7.1.3反求工程的設(shè)計程序7.1.4

反求工程的關(guān)鍵技術(shù)7.1.5反求工程的應(yīng)用領(lǐng)域7.1.1反求工程程含義以已有產(chǎn)產(chǎn)品為基基礎(chǔ)，進(jìn)進(jìn)行消化化、吸收收并加以以創(chuàng)新改改進(jìn)，使使之成為為新產(chǎn)品品的產(chǎn)品品開發(fā)模模式，即即為反求求工程(ReverseEngineering)。反求工工程也是是一項涉涉及多學(xué)學(xué)科、多多種技術(shù)術(shù)交叉的的綜合工工程。在機(jī)械領(lǐng)領(lǐng)域中，，反求工工程是在在沒有設(shè)設(shè)計圖紙紙或者設(shè)設(shè)計圖紙紙不完整整以及沒沒有CAD模型的情情況下，，按照現(xiàn)現(xiàn)有零件件的模型型（稱為為零件原原形），，利用各各種數(shù)字字化技術(shù)術(shù)及CAD技術(shù)重新新構(gòu)造原原形CAD模型的過過程。據(jù)統(tǒng)計，，各國百百分之七七十以上上的技術(shù)術(shù)源于國國外，應(yīng)應(yīng)用反求求工程消消化吸收收先進(jìn)技技術(shù)經(jīng)驗驗，給人人們有益益的啟示示。其主主要目的的是為了了改善技技術(shù)水平平，提高高生產(chǎn)率率，增強(qiáng)強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競競爭力。。工業(yè)設(shè)計計與反求求工程工業(yè)設(shè)計計是解決決工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品中““人與物物”關(guān)系系問題的的創(chuàng)造性性學(xué)科，，研究產(chǎn)產(chǎn)品的使使用方法法設(shè)計、、使用功功能設(shè)計計、外觀觀造型設(shè)設(shè)計、色色彩設(shè)計計、操作作指示及及表面裝裝飾設(shè)計計等。工業(yè)設(shè)計計分類：：視覺傳傳達(dá)設(shè)計計、產(chǎn)品品設(shè)計、、環(huán)境設(shè)設(shè)計現(xiàn)行設(shè)計計條件困困擾：零件形狀狀復(fù)雜，，用CAD準(zhǔn)確造型型困難；；造型設(shè)計計大師用用手繪或或手工捏捏塑的設(shè)設(shè)計方案案難以用用電腦在在現(xiàn)；在沒有圖圖樣和參參數(shù)的情情況下需需要用實實物仿制制、再設(shè)設(shè)計和改改進(jìn)，特特別是復(fù)復(fù)雜曲面面；計算機(jī)模模型不能能提供產(chǎn)產(chǎn)品的全全部信息息，如手手感；計算機(jī)模模型智能能模擬我我們已知知的環(huán)境境，也需需要檢驗驗。反求工程程定義反求工程程，也稱稱逆向工工程、反反向工程程等，是是近幾年年來迅速速發(fā)展的的一門工工程技術(shù)術(shù)．它集集光學(xué)、、電子、、自動控控制、機(jī)機(jī)械、計計算機(jī)視視覺和數(shù)數(shù)字圖象象處理等等高新技技術(shù)為一一體。以以產(chǎn)品的的實物、、軟件（（圖紙、、程序、、技術(shù)文文件和工工藝流程程等）、、影象（（圖片、、照片））作為研研究對象象，應(yīng)用用現(xiàn)代設(shè)設(shè)計理論論、生產(chǎn)產(chǎn)工程學(xué)學(xué)、材料料科學(xué)和和相關(guān)專專業(yè)知識識進(jìn)行深深入系統(tǒng)統(tǒng)地分析析和研究究，進(jìn)而而開發(fā)出出同類的的產(chǎn)品。。廣義的產(chǎn)品反反求工程包括括形狀（幾何何）反求、工工藝反求和材材料反求等狹義的實物反反求工程：由由于產(chǎn)品實物物是面向消費費市場最廣、、最多的一類類設(shè)計成果，，也是最容易易獲得的研究究對象。目目前，這種從從實物樣件獲獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)學(xué)模型并制造造得到新產(chǎn)品品的相關(guān)技術(shù)術(shù)，發(fā)展成為為一個相對獨獨立的領(lǐng)域。。反求工程流程程正向設(shè)計：市市場調(diào)研、設(shè)設(shè)計要求設(shè)計制造產(chǎn)品反求工程：已已有產(chǎn)品信息息消化、理解、、再創(chuàng)新新產(chǎn)品在設(shè)計階段，，就是根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品特性模型型，開始按功功能、幾何、、結(jié)構(gòu)、工藝藝等觀點進(jìn)行行產(chǎn)品的造型型設(shè)計。不同同的產(chǎn)品規(guī)劃劃，導(dǎo)致了不不同的產(chǎn)品設(shè)設(shè)計方法。通常全新產(chǎn)品品的設(shè)計就是是通常意義的的設(shè)計，也稱稱為正向設(shè)計計。而隨著目前產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)周期期的縮短和多多品種、小批批量生產(chǎn)模式式使新產(chǎn)品的的更新?lián)Q代越越來越短，改改進(jìn)往往只是是將已經(jīng)有的的產(chǎn)品設(shè)計方方案作局部的的或布局方面面的較小的改改動使之呈現(xiàn)現(xiàn)出美觀、多多樣化的特點點。反求工程程技術(shù)作為產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計制造造系統(tǒng)的一個個有機(jī)補(bǔ)充部部分，在新品品開發(fā)及改型型設(shè)計中應(yīng)運運而生。目前前逆向設(shè)計已已經(jīng)成為產(chǎn)品品開發(fā)中的一一個重要的方方法。7.1.2反求工程起源源實際上，任何何產(chǎn)品問世，，包括創(chuàng)新、、改進(jìn)和仿制制的，都蘊(yùn)含含著對已有科科學(xué)、技術(shù)的的繼承和應(yīng)用用借鑒。因而而反求思維在在工程中的應(yīng)應(yīng)用已源遠(yuǎn)流流長，而提出出這種術(shù)語并并作為一門學(xué)學(xué)問去研究，，則是60年代初出現(xiàn)的的。二次大戰(zhàn)中，，幾十個國家家卷入戰(zhàn)禍，，二戰(zhàn)結(jié)束后后，急于恢復(fù)復(fù)和振興經(jīng)濟(jì)濟(jì)。日本在60年代初提出科科技立國方針針：“一代引引進(jìn)，二代國國產(chǎn)化，三代代改進(jìn)出口，，四代占領(lǐng)國國際市場”其其中在汽車、、電子、光學(xué)學(xué)設(shè)備和家電電等行業(yè)上最最突出。為要要國產(chǎn)化的改改進(jìn)，迫切需需要對別國產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行消化化、吸收、改改進(jìn)和挖潛。。這就是反求求設(shè)計（InverseDesign）或反求工程程（InverseEngineering），這兩者是是同一內(nèi)涵，，僅是不同國國家的不同提提法。發(fā)展到到現(xiàn)在，己成成為世界各國國在發(fā)展經(jīng)濟(jì)濟(jì)中不可缺少少的手段或重重要對策，反反求工程的大大量采用為日日本的經(jīng)濟(jì)振振興、進(jìn)而創(chuàng)創(chuàng)造和開發(fā)各各種新產(chǎn)品奠奠定了良好基基礎(chǔ)。先進(jìn)產(chǎn)品通常常是采用先進(jìn)進(jìn)的設(shè)計手段段和工具設(shè)計計的。先進(jìn)的的設(shè)計理論和和設(shè)計方法是是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計的理論基基礎(chǔ)，而先進(jìn)進(jìn)的設(shè)計手段段和工具則是是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計的實踐技技術(shù)。在進(jìn)行反求工工程分析的過過程中，除了了要求工程技技術(shù)人員要具具有基礎(chǔ)理論論（如數(shù)學(xué)，，力學(xué)等）和和有關(guān)專業(yè)的的理論和知識識外，還要求求具有系統(tǒng)工工程、價值工工程、優(yōu)化設(shè)設(shè)計、工業(yè)造造型、相似理理論、人機(jī)工工程學(xué)等現(xiàn)代代設(shè)計理論和和方法，并且且還要求工程程技術(shù)人員及及時地跟蹤有有關(guān)產(chǎn)品的技技術(shù)發(fā)展動向向，能準(zhǔn)確地地把握住該類類產(chǎn)品在設(shè)計計、生產(chǎn)制造造過程中的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，以以求達(dá)到對研研究對象的全全面的分析、、研究。2007年9月11-23日，以“科技技和綠色”為為主題的法蘭蘭克福車展盛盛裝開幕，雙雙環(huán)CEO展出而雙環(huán)小小貴族而未參參展，立刻成成為中外媒體體關(guān)注的焦點點(石家莊雙環(huán)汽汽車股份有限限公司)。法蘭克福車展展開幕前起訴訴了該車的進(jìn)進(jìn)口商（雙環(huán)環(huán)小貴族被指指抄襲Smart）法蘭克福車展展后，寶馬起起訴了該車的的進(jìn)口商（雙雙環(huán)CEO被指抄襲寶馬馬X5）8月28日來華訪問的的德國總理默默克爾在中國國科學(xué)院演講講時表示：““如果一輛酷酷似Smart的轎車突然出出現(xiàn)在你面前前，但它其實實并不是Smart，而是通過不不完全合法的的手段生產(chǎn)出出來的抄襲車車款，這非常常不好?！蹦藸柋硎?，，德國將公開開提出這種剽剽竊和盜版的的問題，她認(rèn)認(rèn)為這種抄襲襲行為不僅損損害了外國公公司的利益，，而且也會損損傷中國汽車車的獨創(chuàng)性。。被正在中國訪訪問的客人當(dāng)當(dāng)面發(fā)出抗議議及警告，無無疑是在國人人臉上打了一一巴掌，盡管管現(xiàn)在我們?nèi)匀詿o法確定雙雙環(huán)究竟是模模仿還是抄襲襲。2004/12/17奇瑞QQ并不是抄襲通用SPARK戴姆勒-克萊斯勒公司司則認(rèn)為雙環(huán)環(huán)小貴族迷你你車的外觀設(shè)設(shè)計與其SmartFortwo的相似，并在在法蘭克福車車展開幕前起起訴了該車的的進(jìn)口商，并并稱，可能是是起訴導(dǎo)致了了小貴族沒能能在車展展出出。不告訴你你誰是誰，你你分辨得出哪哪是小貴族，，哪是SmartFortwo嗎？雙環(huán)CEO寶馬X5/special/000816N6/x5vsceo.html國家專利局的的25項專利無疑為為ＱＱ提供了了一道天然屏屏障。模仿并非壞事事。魯迅先生生曾說：“世世上本無路，，走的人多了了，也便成了了路。”第一一個探路的人人當(dāng)然是英雄雄，可緊接著著模仿前者而而跟進(jìn)的，何何嘗不是好漢漢？錢鐘書所說的的“模仿引進(jìn)進(jìn)創(chuàng)造，附庸庸風(fēng)雅會養(yǎng)成成內(nèi)行的鑒賞賞，世界上不不少真貨色都都是從冒牌起起來的”。在中國民族自自主品牌的發(fā)發(fā)展道路上，，暫時的模仿仿只是一種表表象；而不斷斷的尋求突破破和超越創(chuàng)新新才是靈魂。。但如何進(jìn)行反反求？7.1.3反求工程的設(shè)設(shè)計程序（l）確定反求對對象（2）分析反求對對象（3）進(jìn)行反求設(shè)設(shè)計反求工程技術(shù)術(shù)的研究對象象反求工程技術(shù)術(shù)的研究對象象多種多樣，，所包含的內(nèi)內(nèi)容也比較多多，主要可以以分為以下三三大類：①實物反求：：主要是指先進(jìn)進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的的實物本身；；信息源為產(chǎn)品品實物模型，，應(yīng)用最廣；；②軟件反求：：包括先進(jìn)產(chǎn)品品設(shè)備的圖樣樣、程序、技技術(shù)文件等；；信息源為產(chǎn)品品工程圖樣、、數(shù)控程序、、技術(shù)文件等等技術(shù)軟件；；③影像反求：：包括先進(jìn)產(chǎn)品品設(shè)備的圖片片、照片或以以影像形式出出現(xiàn)的資料；；信息源為圖片、照片片或影像等資資料。反求工程影響響因素實現(xiàn)影響因素素信息源的形式式反求對象的形形狀、結(jié)構(gòu)和和精度要求制造企業(yè)的軟軟、硬件條件件及工程技術(shù)術(shù)人員本身的的素質(zhì)對反求求對象象分析析從功能能、原原理方方案、、零部部件結(jié)結(jié)構(gòu)尺尺寸、、材料料性能能、加加工裝裝配工工藝等等有全全面深深入的的了解解，明明確其其關(guān)鍵鍵功能能和關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)，，對設(shè)設(shè)計特特點和和不足足之處處作出出必要要的評評估。。在對對反求求對象象的各各種分分析中中，功功能及及原理理方案案是關(guān)關(guān)鍵。。設(shè)計指指導(dǎo)思思想、、功能能原理理方案案分析析材料的的分析析工藝、、裝配配分析析精度的的分析析造型的的分析析系列化化、模模塊化化分析析設(shè)計指指導(dǎo)思思想、、功能能原理理方案案分析析要分析析一個個產(chǎn)品品，首首先要要從產(chǎn)產(chǎn)品的的設(shè)計計指導(dǎo)導(dǎo)思想想分析析入手手。產(chǎn)產(chǎn)品的的設(shè)計計指導(dǎo)導(dǎo)思想想決定定了產(chǎn)產(chǎn)品的的設(shè)計計方案案，深深入分分析并并掌握握產(chǎn)品品的設(shè)設(shè)計指指導(dǎo)思思想是是分析析了解解整個個產(chǎn)品品設(shè)計計的前前提。。充充分了了解反反求對對象的的功能能有助助于對對產(chǎn)品品原理理方案案的分分析、、理解解和掌掌握，，才有有可能能在進(jìn)進(jìn)行反反求設(shè)設(shè)計時時得到到基于于原產(chǎn)產(chǎn)品而而又高高于原原產(chǎn)品品的原原理方方案，，這才才是反反求工工程技技術(shù)的的精髓髓所在在。材料的的分析析對反求求對象象材料料的分分析包包括了了材料料成分分的分分析、、材料料組織織結(jié)構(gòu)構(gòu)的分分析和和材料料的性性能檢檢測幾幾大部部分。。其中中，常常用的的材料料成分分分析析方法法有：：鋼種種的火火花鑒鑒別法法，鋼鋼種聽聽音鑒鑒別法法，原原子發(fā)發(fā)射光光譜分分析法法，紅紅外光光譜分分析法法和化化學(xué)分分析微微探針針分析析技術(shù)術(shù)等；；材料料的結(jié)結(jié)構(gòu)分分析主主要是是分析析研究究材料料的組組織結(jié)結(jié)構(gòu)、、晶體體缺陷陷及相相之間間的位位相關(guān)關(guān)系，，可分分為宏宏觀組組織分分析和和微觀觀組織織分析析；性性能檢檢測主主要是是檢測測其力力學(xué)性性能和和磁、、電、、聲、、光、、熱等等物理理性能能。反求對對象材材料分分析的的一般般過程程如圖圖所示示。在在對反反求對對象進(jìn)進(jìn)行材材料分分析時時，要要充分分考慮慮到材材料表表面的的改性性處理理技術(shù)術(shù)。制造工工藝、、裝配配分析析反求設(shè)設(shè)計和和反求求工藝藝是相相互聯(lián)聯(lián)系的的，缺缺一不不可。。在缺缺乏制制造原原型產(chǎn)產(chǎn)品的的先進(jìn)進(jìn)設(shè)備備與先先進(jìn)工工藝方方法和和未掌掌握某某些技技術(shù)訣訣竅的的情況況下，，對反反求對對象進(jìn)進(jìn)行工工藝分分析通通常采采用以以下幾幾種常常用的的方法法：l）采用用反判判法編編制工工藝規(guī)規(guī)程。。以零零件的的技術(shù)術(shù)要求求如尺尺寸精精度、、形位位公差差、表表面質(zhì)質(zhì)量等等為依依據(jù)，，查明明設(shè)計計基準(zhǔn)準(zhǔn)，分分析關(guān)關(guān)鍵工工藝，，優(yōu)選選加工工工藝藝方案案，并并依次次由后后向前前遞推推加工工工序序，編編制工工藝規(guī)規(guī)程。。2）改改進(jìn)進(jìn)工工藝藝方方案案，，保保證證引引進(jìn)進(jìn)技技術(shù)術(shù)的的原原設(shè)設(shè)計計要要求求。。在在保保證證引引進(jìn)進(jìn)技技術(shù)術(shù)的的設(shè)設(shè)計計要要求求和和功功能能的的前前提提條條件件下下，，局局部部地地改改進(jìn)進(jìn)某某些些實實現(xiàn)現(xiàn)較較為為困困難難的的工工藝藝方方案案。。對對反反求求對對象象進(jìn)進(jìn)行行裝裝配配分分析析主主要要是是考考慮慮用用什什么么裝裝配配工工藝藝來來保保證證性性能能要要求求、、能能否否將將原原產(chǎn)產(chǎn)品品的的若若干干個個零零件件組組合合成成一一個個部部件件及及如如何何提提高高裝裝配配速速度度等等等等。。3）用用曲曲線線對對應(yīng)應(yīng)法法反反求求工工藝藝參參數(shù)數(shù)。。先先將將需需分分析析的的產(chǎn)產(chǎn)品品的的性性能能指指標(biāo)標(biāo)或或工工藝藝參參數(shù)數(shù)建建立立第第一一參參照照系系，，以以實實際際條條件件建建立立第第二二參參照照系系，，根根據(jù)據(jù)已已知知點點或或某某些些特特殊殊點點把把工工藝藝參參數(shù)數(shù)及及其其有有關(guān)關(guān)的的量量與與性性能能的的關(guān)關(guān)系系擬擬合合出出一一條條曲曲線線，，并并按按曲曲線線的的規(guī)規(guī)律律適適當(dāng)當(dāng)拓拓寬寬，，從從曲曲線線中中找找出出相相對對于于第第一一參參照照系系性性能能指指標(biāo)標(biāo)的的工工藝藝參參數(shù)數(shù)，，就就是是需需求求的的工工藝藝參參數(shù)數(shù)。。4）材材料料國國產(chǎn)產(chǎn)化化，，局局部部改改進(jìn)進(jìn)原原型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)以以適適應(yīng)應(yīng)工工藝藝水水平平。。由由于于材材料料對對加加工工方方法法的的選選擇擇起起決決定定性性作作用用，，所所以以，，在在無無法法保保證證使使用用原原產(chǎn)產(chǎn)品品的的制制造造材材料料時時，，或或在在使使用用原原產(chǎn)產(chǎn)品品的的制制造造材材料料后后，，工工藝藝水水平平不不能能滿滿足足要要求求時時，，可可以以使使用用國國產(chǎn)產(chǎn)化化材材料料，，以以適適應(yīng)應(yīng)目目前前的的工工藝藝水水平平。。精度度的的分分析析產(chǎn)品品的的精精度度直直接接影影響響到到產(chǎn)產(chǎn)品品的的性性能能，，對對反反求求分分析析的的產(chǎn)產(chǎn)品品進(jìn)進(jìn)行行精精度度分分析析，，是是反反求求分分析析的的重重要要組組成成部部分分。。反求求對對象象精精度度的的分分析析包包括括了了反反求求對對象象形形體體尺尺寸寸的的確確定定、、精精度度的的分分配配等等內(nèi)內(nèi)容容。。根據(jù)據(jù)反反求求對對象象為為實實物物、、影影象象或或軟軟件件的的不不同同，，在在形形體體尺尺寸寸的的確確定定時時，，所所選選用用的的方方法法也也有有所所不不同同。。若若是是實實物物反反求求，，則則可可通通過過常常用用的的測測量量設(shè)設(shè)備備如如萬萬能能量量具具、、投投影影儀儀、、坐坐標(biāo)標(biāo)機(jī)機(jī)等等對對產(chǎn)產(chǎn)品品直直接接進(jìn)進(jìn)行行測測量量，，以以確確定定形形體體尺尺寸寸；；若若是是軟軟件件反反求求和和影影象象反反求求，，則則可可采采用用參參照照物物對對比比法法，，利利用用透透視視成成像像的的原原理理和和作作圖圖技技術(shù)術(shù)并并結(jié)結(jié)合合人人機(jī)機(jī)工工程程學(xué)學(xué)和和相相關(guān)關(guān)的的專專業(yè)業(yè)知知識識，，通通過過分分析析計計算算來來確確定定形形體體尺尺寸寸。。在進(jìn)進(jìn)行行精精度度的的分分配配時時，，根根據(jù)據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品品的的精精度度指指標(biāo)標(biāo)及及總總的的技技術(shù)術(shù)條條件件，，產(chǎn)產(chǎn)品品的的工工作作原原理理圖圖，，并并且且綜綜合合考考慮慮生生產(chǎn)產(chǎn)的的技技術(shù)術(shù)水水平平、、產(chǎn)產(chǎn)品品生生產(chǎn)產(chǎn)的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性和和國國家家技技術(shù)術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)等等，，按按以以下下步步驟驟進(jìn)進(jìn)行行：：1）明明確確產(chǎn)產(chǎn)品品的的精精度度指指標(biāo)標(biāo)；；2）綜合考考慮理論論誤差和和原理誤誤差，進(jìn)進(jìn)行產(chǎn)品品工作原原理設(shè)計計和安排排總體布布局；3）在完成成草圖設(shè)設(shè)計后，，找出全全部的誤誤差源，，進(jìn)行總總的精度度計算；；4）編寫技技術(shù)設(shè)計計說明書書，確定定精度；；5）在產(chǎn)品品的研制制、生產(chǎn)產(chǎn)的全過過程中，，根據(jù)實實際的生生產(chǎn)情況況，對所所作的精精度分配配進(jìn)行調(diào)調(diào)整、修修改。造型的分分析產(chǎn)品造型型設(shè)計是是產(chǎn)品設(shè)設(shè)計與藝藝術(shù)設(shè)計計相結(jié)合合的綜合合性技術(shù)術(shù)。其主主要目的的是運用用工業(yè)美美學(xué)、產(chǎn)產(chǎn)品造型型原理、、人機(jī)工工程學(xué)原原理等對對產(chǎn)品的的外形構(gòu)構(gòu)型、色色彩設(shè)計計等進(jìn)行行分析，，以提高高產(chǎn)品的的外觀質(zhì)質(zhì)量和舒舒適方便便程度。。例如，在在數(shù)控系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計中，，就要充充分考慮慮到數(shù)控控系統(tǒng)的的顯示器器的布局局問題，，圖形顯顯示和漢漢字顯示示問題，，數(shù)控系系統(tǒng)操作作面板的的造型問問題、色色彩問題題，各個個功能操操作按鍵鍵的造型型、色彩彩、布局局問題等等等。系列化、、模塊化化分析分析反求求對象時時，要做做到思路路開闊，，要考慮慮到所引引進(jìn)的產(chǎn)產(chǎn)品是否否已經(jīng)系系列化了了，是否否為系列列型譜中中的一個個，在系系列型譜譜中是否否具有代代表性，，產(chǎn)品的的模塊化化程度如如何等具具體問題題，使在在設(shè)計制制造時少少走彎路路，提高高產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量，降降低成本本，生產(chǎn)產(chǎn)出多品品種、多多規(guī)格、、通用化化較強(qiáng)的的產(chǎn)品，，提高產(chǎn)產(chǎn)品的市市場競爭爭力。從設(shè)計角角度而言言，反求求工程的的研究內(nèi)內(nèi)容主要要包括以以下幾個個部分：：1）分析所所引進(jìn)產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)設(shè)計指導(dǎo)導(dǎo)思想；；2）功能和和原理方方案分析析；3）結(jié)構(gòu)分分析；4）形體尺尺寸分析析；5）精度分分析；6）材料分分析；7）工作性性能分析析；8）造型設(shè)設(shè)計分析析；9）工藝分分析；10）使用和和維修分分析；11）包裝技技術(shù)分析析。反求工程程的研究究內(nèi)容在反求分分析的基基礎(chǔ)上可可進(jìn)行測測繪仿制制、變參參數(shù)設(shè)計計、適應(yīng)應(yīng)性設(shè)計計或開發(fā)發(fā)性設(shè)計計。進(jìn)行反求求設(shè)計實物反求求工程系系統(tǒng)對象：以以產(chǎn)品的的實物、、軟件(圖紙、程程序、技技術(shù)文件件和工藝藝流程等等)、影象(圖片、照照片)作為研究究對象，，通過分分析和研研究，進(jìn)進(jìn)而開發(fā)發(fā)出同類類的產(chǎn)品品。實物反求求工程：：由于產(chǎn)產(chǎn)品實物物是面向向消費市市場最廣廣、最多多的一類類設(shè)計成成果，也也是最容容易獲得得的研究究對象。。目前，這這種從實實物樣件件獲取產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)學(xué)學(xué)模型并并制造得得到新產(chǎn)產(chǎn)品的相相關(guān)技術(shù)術(shù)，發(fā)展展成為一一個相對對獨立的的領(lǐng)域。。以產(chǎn)品的的實物等等作為研研究對象象，通過過各種測測量方法法獲得產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)數(shù)據(jù)，然然后通過過重建產(chǎn)產(chǎn)品CAD模型來實實現(xiàn)產(chǎn)品品的設(shè)計計，然后后通過改改進(jìn)的產(chǎn)產(chǎn)品CAD模型的樣樣品制造造，進(jìn)行行測試的的過程；；是數(shù)字字化測量量方法、、幾何模模型重建建技術(shù)和和原型產(chǎn)產(chǎn)品制造造技術(shù)的的總稱，，是將已已有產(chǎn)品品或?qū)嵨镂锬Ｐ娃D(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為工工程設(shè)計計模型和和概念模模型，在在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上對已已有產(chǎn)品品進(jìn)行解解剖、深深化和再再創(chuàng)造的的過程。。（1）數(shù)據(jù)獲獲取技術(shù)術(shù)零件原形形的數(shù)字字化：通常采用用三坐標(biāo)標(biāo)測量機(jī)機(jī)(CMM)或激光掃掃描等測測量裝置置來獲取取零件原原形表面面點的三三維坐標(biāo)標(biāo)值。從測量數(shù)數(shù)據(jù)中提提取零件件原形的的幾何特特征：按測量數(shù)數(shù)據(jù)的幾幾何屬性性對其進(jìn)進(jìn)行分割割，采用用幾何特特征匹配配與識別別的方法法來獲取取零件原原形所具具有的設(shè)設(shè)計與加加工特征征。零件原形形CAD模型的重重建：將分割后后的三維維數(shù)據(jù)在在CAD系統(tǒng)中分分別做表表面模型型的擬合合，并通通過各表表面片的的求交與與拼接獲獲取零件件原形表表面的CAD模型。重建CAD模型的檢驗驗與修正：：采用根據(jù)獲獲得的CAD模型重新測測量和加工工出樣品的的方法來檢檢驗重建的的CAD模型是否滿滿足精度或或其他試驗驗性能指標(biāo)標(biāo)的要求，，對不滿足足要求者重重復(fù)以上過過程，直至至達(dá)到零件件的設(shè)計要要求。7.1.4反求工程的的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)（2）產(chǎn)品建模模技術(shù)當(dāng)零件原形形數(shù)字化后后形成一系系列的空間間離散點，，生成原形形的CAD模型就是要要在這些離離散點的基基礎(chǔ)上，應(yīng)應(yīng)用計算機(jī)機(jī)輔助幾何何設(shè)計的有有關(guān)技術(shù)，，構(gòu)造零件件原形的CAD模型。通常常對于含有有自由曲面面的復(fù)雜型型面，用一一張曲面來來擬合所有有的數(shù)據(jù)點點是不可行行的，一般般首先按照照原形所具具有的特征征，將測量量數(shù)據(jù)點分分割成不同同的區(qū)域，，各個區(qū)域域分別擬合合出不同的的曲面，然然后應(yīng)用曲曲面求交或或曲面間過過渡的方法法將不同的的曲面連接接起來構(gòu)成成一個體。。有效的三三維測量數(shù)數(shù)據(jù)分割和和擬合技術(shù)術(shù)是反求工工程中重要要內(nèi)容。7.1.4反求工程的的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)（1）在沒有設(shè)設(shè)計圖紙或或者設(shè)計圖圖紙不完整整以及沒有有CAD模型的情況況下，在對對零件原形形進(jìn)行測量量的基礎(chǔ)上上形成零件件的設(shè)計圖圖紙或CAD模型，并以以此為依據(jù)據(jù)生成數(shù)控控加工的NC代碼，加工工復(fù)制出一一個相同的的零件。（2）當(dāng)要設(shè)計計需要通過過實驗測試試才能定型型的工件模模型時，通通常采用反反求工程的的方法。比比如航天航航空領(lǐng)域，，建立符合合對空氣動動力學(xué)的要求（如風(fēng)風(fēng)洞實驗等等）的產(chǎn)品品模型，這這類零件一一般具有復(fù)復(fù)雜的自由由曲面外型型，最終的的實驗?zāi)Ｐ托蛯⒊蔀樵O(shè)設(shè)計這類零零件及反求求其模具的的依據(jù)。（3）在美學(xué)設(shè)設(shè)計特別重重要的領(lǐng)域域，例如汽汽車外型設(shè)設(shè)計廣泛采采用真實比比例的木制制或泥塑模模型來評估估設(shè)計的美美學(xué)效果，，而不采用用在計算機(jī)機(jī)屏幕上縮縮小比例的的物體投視視圖的方法法，此時需需用反求工工程的設(shè)計計方法。（4）另一個重重要的應(yīng)用用如修復(fù)破破損的藝術(shù)術(shù)品或缺乏乏供應(yīng)的損損壞零件等等。7.1.5反求工程的的應(yīng)用領(lǐng)域域應(yīng)用場合工業(yè)休閑娛樂方方面（恐龍龍）醫(yī)學(xué)科技（（人體量量測、三軍軍醫(yī)大）在對產(chǎn)品外外形的美學(xué)學(xué)有特殊要要求的流線線型產(chǎn)品當(dāng)設(shè)計需要要通過實驗驗測試才能能定型的工工件模型時時（風(fēng)洞洞實驗）在沒有設(shè)計計圖紙或者者設(shè)計圖紙紙不完整以以及沒有CAD模型的情況況下反求工程在在創(chuàng)新設(shè)計計上同樣具具有相當(dāng)高高的應(yīng)用價價值（目目前的汽車車摩托車））修復(fù)破損的的文物（北北京故宮））、藝術(shù)品品，藝術(shù)浮浮雕及或缺缺乏供應(yīng)的的損壞零件件等、特種種服裝、頭頭盔等目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建與后處理7.4反求工程在工業(yè)設(shè)計中的作用7.2實體數(shù)據(jù)測測量與反求求7.2.1實體數(shù)據(jù)測量方法7.2.2

測量數(shù)據(jù)類型7.2.3測量數(shù)據(jù)預(yù)處理7.2.1實體數(shù)據(jù)測測量方法實體數(shù)據(jù)測測量方法,又稱產(chǎn)品表表面數(shù)字化化（數(shù)據(jù)測測量）、反反求工程數(shù)數(shù)字化方法法，是指通通過特定的的測量設(shè)備備和測量方方法，將物物體的表面面形狀轉(zhuǎn)換換成離散的的幾何點坐坐標(biāo)數(shù)據(jù)。。高效、高高精度的數(shù)數(shù)據(jù)采集是是反求工程程中最基本本、最不可可缺少的步步驟。近十年來，，隨著傳感感技術(shù)、控控制技術(shù)、、圖像處理理和計算機(jī)機(jī)視覺等相相關(guān)技術(shù)的的發(fā)展，出出現(xiàn)了各種種各樣的產(chǎn)產(chǎn)品表面的的幾何數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)字化獲獲取方法。。不同的測測量方式，，不但決定定了測量本本身的精度度、速度和和經(jīng)濟(jì)性，，還造成了了測量數(shù)據(jù)據(jù)類型及后后續(xù)處理方方式的不同同。根據(jù)測測量探頭是是否和零件件表面接觸觸，反求工工程中物體體表面三維維數(shù)據(jù)的獲獲取方法基基本上可分分為兩大類類，即接觸觸式與非接接觸式。非非接觸式按按其原理不不同，又可可分為光學(xué)學(xué)式和非光光學(xué)式等。。實體數(shù)據(jù)測測量方法分分類圖實體數(shù)據(jù)測測量方法分分類根據(jù)測量探探頭是否和和零件表面面接觸：接觸式：觸發(fā)式和連連續(xù)式非接觸式：：光學(xué)式：三三角形法、、結(jié)構(gòu)光法法、計算機(jī)機(jī)視覺法、、激光干涉涉法、激光光衍射法等等主動式：由由物體輻射射信號或物物體表面反反射信號生生成圖像，，成像設(shè)備備不發(fā)出信信號。測量量方法有時時間飛行法法、相位測測量法、結(jié)結(jié)構(gòu)光法和和數(shù)字全息息法等，被動式：由由成像設(shè)備備發(fā)出一束束信號，通通過接收從從物體表面面反射回來來的或穿透透物體的信信號生成圖圖像。測量量方法有雙雙眼立體視視覺法和多多眼立體視視覺法等。。非光學(xué)式：：CT測量法、MRI測量法、超超聲波法、、層析法等等接觸式測量量方法接觸式測量量探頭種類類：硬式探探頭、觸發(fā)發(fā)式探頭、、模擬探頭頭硬式探頭（（剛性探頭頭）：最早早使用的探探頭，通過過手動探頭頭接觸工件件表面，由由人眼及感感覺作判斷斷，再利用用腳踏開關(guān)關(guān)觸發(fā)，將將此點坐標(biāo)標(biāo)傳送到處處理器觸發(fā)式探頭頭：利用電電子開關(guān)機(jī)機(jī)構(gòu)，當(dāng)探探頭碰觸到到工件表面面，則電子子開關(guān)機(jī)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生開關(guān)關(guān)變化，將將電子信號號由NO轉(zhuǎn)成OFF即將此時坐坐標(biāo)鎖住并并送到處理理器作處理理模擬式探頭頭：接觸工工件時會右右側(cè)向位移移，經(jīng)可變變線圈感應(yīng)應(yīng)或光柵尺尺感應(yīng)，產(chǎn)產(chǎn)生一相對對的電壓變變化，此模模擬電壓信信號轉(zhuǎn)換成成數(shù)字信號號送入處理理器。這種種方式稱為為模擬式測測量。使用用模擬式探探頭時須保保持與工件件接觸，但但位移量超超過探頭測測量范圍時時，須控制制機(jī)臺的移移動使探頭頭回到其測測量范圍內(nèi)內(nèi)。因模擬擬式測量為為連續(xù)測量量，無絕對對坐標(biāo)，故故不能中途途離開工件件表面。這這種測量適適用于曲率率平滑的曲曲面，不適適用曲率大大的工件表表面。這種種探頭常用用于CNC工具機(jī)做CNC和CMM線上檢測。。接觸式測量量機(jī)工作方式：點觸發(fā)，，連續(xù)或間間斷式數(shù)據(jù)據(jù)采集特點：不受物體體表面顏色色及光照的的限制，對對物體邊界界也能產(chǎn)生生準(zhǔn)確的測測量結(jié)果缺點：由于測頭頭的限制，，可能丟失失某些測頭頭不可到達(dá)達(dá)的細(xì)節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)不能測量軟軟材料測量速度受受到機(jī)構(gòu)運運動的限制制三坐標(biāo)測量量機(jī)CMM在接觸式測測量方法中中，三坐標(biāo)標(biāo)測量機(jī)(CMM)是應(yīng)用最為為廣泛的一一種測量設(shè)設(shè)備。三坐坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)（CoordinateMeasuringMachine，CMM）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起起來的一種種高效率的的新型精密密測量儀器器，是一種種具有很強(qiáng)強(qiáng)柔性的大大型精密三三坐標(biāo)測量量設(shè)備。它它廣泛應(yīng)用用于制造、、電子、汽汽車和航空空航天等工工業(yè)中，是是一類使用用得最為廣廣泛和可靠靠的測量和和檢測設(shè)備備。三坐標(biāo)測量量機(jī)的原理理將被測物物體置于三三坐標(biāo)機(jī)的的測量空間間，采用觸觸式探頭感感應(yīng)物體表表面，可獲獲得被測物物體上各測測點的坐標(biāo)標(biāo)位置，根根據(jù)這些點點的空間坐坐標(biāo)值，經(jīng)經(jīng)計算可求求出被測對對象的幾何何尺寸、形形狀和位置置。相對與與光學(xué)測量量，由于探探頭直接接接觸工件表表面，與工工件表面的的反射特性性、顏色及及曲率關(guān)系系不大。接接觸式探頭頭發(fā)展相當(dāng)當(dāng)成熟，有有較高的準(zhǔn)準(zhǔn)確性和可可靠性。CMM系統(tǒng)組成計算機(jī)控制零件程程序的執(zhí)行行和進(jìn)行結(jié)結(jié)果處理，，實現(xiàn)與外外設(shè)的通訊訊數(shù)控設(shè)備計算機(jī)和測測量機(jī)的接接口，控制制測量機(jī)運運動測量機(jī)機(jī)體體底座、工作作臺、立柱柱、導(dǎo)軌、、測頭、驅(qū)驅(qū)動電機(jī)三坐標(biāo)測量量機(jī)（CMM）一般工作臺臺面是花崗崗巖，測頭頭為寶石意大利COORD3公司半橋式式CMM測量機(jī)機(jī)械手式測測量機(jī)測量方法：操作者手手持測量手手臂，末端端探針接觸觸被測量物物體表面時時按下按鈕鈕，記錄坐坐標(biāo)和探針針手柄方向向，通過串串口線傳到到各種軟件件包上FaroARM手動式精度低，范范圍大Cimcore手動式然而接觸式式測量有一一些缺點，，如在對三三維曲面的的測量探頭頭與被測零零件間的接接觸點與球球心不在一一個位置，，而CMM記錄為探頭頭的球心數(shù)數(shù)據(jù)，必須須沿法線負(fù)負(fù)方向補(bǔ)正正一個探頭頭半徑值。。由于曲面面每一點的的法線方向向多變而且且曲面形狀狀未知，準(zhǔn)準(zhǔn)確補(bǔ)償煩煩瑣并存在在一定誤差差?？偟膩碇v接接觸測量方方法具有精精度高、重重復(fù)性好等等優(yōu)點，其其缺點是：：速度慢、、效率低、、不適于柔柔軟實物的的測量，在在曲面測量量中補(bǔ)償還還有待進(jìn)一一步研究。。光學(xué)測量方方法隨著計算機(jī)機(jī)及光電技技術(shù)的發(fā)展展，以計算算機(jī)圖像處處理為主要要手段的無無接觸式測測量技術(shù)正正在迅速發(fā)發(fā)展，它們們利用聲、、光、電、、磁等能與與物體表面面發(fā)生相互互作用的物物理現(xiàn)象來來獲取其三三維信息。。其中光學(xué)學(xué)方法應(yīng)用用最為廣泛泛。光學(xué)方方法雖然對對陡壁和透透光模型數(shù)數(shù)據(jù)采集困困難，而且且價格昂貴貴，但測量量效率非常常高，采集集的數(shù)據(jù)就就是實際的的表面坐標(biāo)標(biāo)值，不需需要三維補(bǔ)補(bǔ)償，應(yīng)用日益益廣泛。。特點：高高速測量量，短時時間內(nèi)測測量大量量的點缺點：對對表面粗粗糙和表表面漫反反射率敏敏感（如如透明、、高光））三角法測測量原理理如圖所示示,半導(dǎo)體激激光器LD發(fā)出的激激光入射射在基準(zhǔn)準(zhǔn)參考平平面上0點,經(jīng)反射成成像于CMOS攝像機(jī)的的靶面基基準(zhǔn)參考考兩面的的法線與與成像透透鏡光軸軸夾角β，與入射射光軸夾夾角θ，成像透透鏡L2距0點長度a，距靶面面長度b?，F(xiàn)有一一厚度為為h的平板置置于基準(zhǔn)準(zhǔn)參考平平面上，，入射光光經(jīng)被測測物體表表面反射射，通過過成像透透鏡，成成像于CMOS攝像機(jī)的的靶面，，產(chǎn)生位位移x。經(jīng)過幾何何計算可可得：上式說明明，被測物體體相對于于探頭的的位置變變化h，可由光光斑位置置x唯一確定定。光斑斑位置x可通過CMOS視頻輸出出經(jīng)過硬硬件處理理獲得。。基于三角角測量原原理的結(jié)結(jié)構(gòu)光法法成為使使用最為為廣泛的的方法。。結(jié)構(gòu)光光法可分分為點結(jié)結(jié)構(gòu)光法法、線結(jié)結(jié)構(gòu)光法法、多線線結(jié)構(gòu)光光法和彩彩色結(jié)構(gòu)構(gòu)光法等等等點線面三三角法測測量原理理這種測量量方法根根據(jù)光學(xué)學(xué)三角型型測量原原理，以以光作為為光源，，其結(jié)構(gòu)構(gòu)模式可可以分為為光點、、單線條條、多光光條等，，將其投投射到被被測物體體表面，，并采用用光電敏敏感元件件在另一一位置接接收激光光的反射射能量，，根據(jù)光光點或光光條在物物體上成成象的偏偏移，通通過被測測物體基基平面、、象點、、象距等等之間的的關(guān)系計計算物體體的深度度信息。。激光三角角法位移移測量的的原理激光三角角法位移移測量的的原理是是，用一一束激光光以某一一角度聚聚焦在被被測物體體表面，，然后從從另一角角度對物物體表面面上的激激光光斑斑進(jìn)行成成像，物物體表面面激光照照射點的的位置高高度不同同，所接接受散射射或反射射光線的的角度也也不同，，用CCD光電探測測器測出出光斑像像的位置置，就可可以計算算出主光光線的角角度，從從而計算算出物體體表面激激光照射射點的位位置高度度。當(dāng)物物體沿激激光線方方向發(fā)生生移動時時，測量量結(jié)果就就將發(fā)生生改變，，從而實實現(xiàn)用激激光測量量物體的的位移。。彩色三維維激光掃掃描測量量方法激光三角角形法原理：激光帶帶投射到到被測物物體表面面，反射射光在圖圖象傳感感器上成成像，按按照預(yù)設(shè)設(shè)定的三三角形光光路原理理的測到到被測物物體的坐坐標(biāo)，物物體的全全輪廓是是通過多多軸可控控機(jī)械運運動輔助助獲得。laserstripetriangulation23,000pointspersecond.CyberWare測量機(jī)構(gòu)成：平臺傳感器（（光學(xué)系系統(tǒng)）計算機(jī)處理軟件件Cyberware公司的三三維掃描描儀，在在80年代就被被迪斯尼尼等動畫畫和特技技公司采采用，用用于"終結(jié)者II"，"侏羅紀(jì)公公園"，"蝙蝠俠II"，"機(jī)械戰(zhàn)警警"等影片。。還用于于快速雕雕塑系統(tǒng)統(tǒng)。90年代的掃掃描儀可可對人體體全身掃掃描，給給出對象象的多邊邊形、NURBS曲面、點點、Spline曲線方式式描述，，可進(jìn)行行彩色掃掃描。掃掃描速率率可達(dá)1.4萬點/秒。3030RGB型掃描物物體的尺尺寸在30cm，深度方方向測量量精度100-400μm，用于動畫、、人類學(xué)研究究、服裝設(shè)計計等方面。Cyberware投影光柵法采用普通白光光將矩形光柵柵投影于物體體表面，攝取取變形光柵圖圖像，根據(jù)灰灰度值變化，，算出空間坐坐標(biāo)。光柵編碼法測測量組成原理理如圖所示，，光源照射光光柵，經(jīng)過投投射系統(tǒng)將光光柵條紋投射射到被測物體體上，經(jīng)過被被測物體形面面調(diào)制形成測測量條紋，由由雙目攝像機(jī)機(jī)接受測量條條紋，應(yīng)用特特征匹配技術(shù)術(shù)、外極線約約束準(zhǔn)則和立立體視覺技術(shù)術(shù)獲得測量曲曲面的三維數(shù)數(shù)據(jù)。ATOS流動光學(xué)三坐坐標(biāo)測量系統(tǒng)統(tǒng)基于相位偏移移測量原理的的莫爾條紋法法

這種測量量方法將光柵柵條紋投射到到被測物體表表面，光柵條條紋受物體表表面形狀的調(diào)調(diào)制，其條紋紋間的相位關(guān)關(guān)系會發(fā)生變變化，數(shù)字圖圖像處理的方方法解析出光光柵條紋圖像像的相位變化化量來獲取被被測物體表面面的三維信息息。貼標(biāo)簽定位

機(jī)器視覺機(jī)器視覺是研研究用計算機(jī)機(jī)來模擬生物物外顯或宏觀觀視覺功能的的科學(xué)和技術(shù)術(shù)。機(jī)器視覺覺系統(tǒng)的首要要目標(biāo)是用圖圖像創(chuàng)建或恢恢復(fù)現(xiàn)實世界界模型，然后后認(rèn)知現(xiàn)實世世界。機(jī)器視視覺系統(tǒng)獲取取的場景圖像像一般是灰度度圖像，即三三維場景在二二維平面上的的投影。此時時，場景三維維信息只能通通過灰度圖像像或灰度圖像像序列來恢復(fù)復(fù)處理，這種種恢復(fù)需要進(jìn)進(jìn)行多點對一一點的映射逆逆變換。在信信息恢復(fù)過程程中，還需要要有關(guān)的場景景知識和投影影幾何知識。。機(jī)器視覺是在在20世紀(jì)50年代從統(tǒng)計模模式識別開始始的，當(dāng)時的的工作主要集集中在二維圖圖像分析和識識別上，如光光學(xué)字符識別別、工件表面面、顯微圖片片和航空圖片片的分析和解解釋等。60年代，Roberts(1965)通過計算機(jī)程程序從數(shù)字圖圖像中提取出出諸如立方體體、楔形體、、棱柱體等多多面體的三維維結(jié)構(gòu)，并對對物體形狀及及物體的空間間關(guān)系進(jìn)行描描述。Roberts的研究工作開開創(chuàng)了以理解解三維場景為為目的的三維維機(jī)器視覺的的研究。Roberts對積木世界的的創(chuàng)造性研究究給人們以極極大的啟發(fā)，，許多人相信信，一旦由白白色積木玩具具組成的三維維世界可以被被理解，則可可以推廣到理理解更復(fù)雜的的三維場景。。立體視覺測量量是根據(jù)同一一個三維空間間點在不同空空間位置的兩兩個（多個））攝象機(jī)拍攝攝的圖像中的的視差，以及及攝象機(jī)之間間位置的空間間幾何關(guān)系來來獲取該點的的三維坐標(biāo)值值。立體視覺覺測量方法可可以對處于兩兩個（多個））攝象機(jī)共同同視野內(nèi)的目目標(biāo)特征點進(jìn)進(jìn)行測量，而而無須伺服機(jī)機(jī)構(gòu)等掃描裝裝置。立體視視覺測量面臨臨的最大困難難是空間特征征點在多幅數(shù)數(shù)字圖象中提提取與匹配的的精度與準(zhǔn)確確性等問題。。近來出現(xiàn)了了以將具有空空間編碼的特特征的結(jié)構(gòu)光光投射到被測測物體表面制制造測量特征征的方法有效效解決了測量量特征提取和和匹配的問題題，但在測量量精度與測量量點的數(shù)量上上仍需改進(jìn)。。雙目立體視覺覺雙目立體視覺覺是機(jī)器視覺覺的一種重要要形式，它是是基于視差原原理并由多幅幅圖像獲取物物體三維幾何何信息的方法法。雙目立體體視覺系統(tǒng)一一般由雙攝像像機(jī)從不同角角度同時獲得得被測物的兩兩幅數(shù)字圖像像，或由單攝攝像機(jī)在不同同時刻從不同同角度獲得被被測物的兩幅幅數(shù)字圖像，，并基于視差差原理恢復(fù)出出物體的三維維幾何信息，，重建物體三三維輪廓及位位置。雙目立立體視覺系統(tǒng)統(tǒng)在機(jī)器視覺覺領(lǐng)域有著廣廣泛的應(yīng)用前前景。ICTCT(Computered

Tomography)是Hounsfield1969年設(shè)計成功，，1972年公諸于世的的。CT不同于X線成像，它是是用X線束對人體層層面進(jìn)行掃描描，取得信息息，經(jīng)計算機(jī)機(jī)處理而獲得得的重建圖像像。所顯示的的是斷面解剖剖圖像，其密密度分辨力明明顯優(yōu)于X線圖像。從而而顯著擴(kuò)大了了人體的檢查查范圍，提高高了病變的檢檢出率和診斷斷的準(zhǔn)確率。。CT也大大促進(jìn)了了醫(yī)學(xué)影像學(xué)學(xué)的發(fā)展。由由于這一貢獻(xiàn)獻(xiàn)，Hounsfield獲得了1979年的諾貝爾獎獎金。CT的成像基本原原理CT是用X線束對人體某某部一定厚度度的層面進(jìn)行行掃描，由探探測器接收透透過該層面的的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽梢姽夂?，由由光電轉(zhuǎn)換變變?yōu)殡娦盘?，，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸輸入計算機(jī)處處理。圖像形形成的處理有有如對選定層層面分成若干干個體積相同同的長方體，，稱之為體素素。掃描所得信息息經(jīng)計算而獲獲得每個體素素的X線衰減系數(shù)或或吸收系數(shù)，，再排列成矩矩陣，即數(shù)字字矩陣。數(shù)字字矩陣可存貯貯于磁盤或光光盤中。經(jīng)數(shù)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把把數(shù)字矩陣中中的每個數(shù)字字轉(zhuǎn)為由黑到到白不等灰度度的小方塊，，即象素，并并按矩陣排列列，即構(gòu)成CT圖像。所以，，CT圖像是重建圖圖象。每個體體素的X線吸收系數(shù)可可以通過不同同的數(shù)學(xué)方法法算出。CT設(shè)備CT設(shè)備主要有以以下三部分：：①掃描部分分由X線管、探測器器和掃描架組組成；②計算算機(jī)系統(tǒng)，將將掃描收集到到的信息數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行貯存運運算；③圖像像顯示和存儲儲系統(tǒng)，將經(jīng)經(jīng)計算機(jī)處理理、重建的圖圖像顯示在電電視屏上或用用多幅照相機(jī)機(jī)或激光照相相機(jī)將圖像攝攝下。不同掃描方式式探測器從原始始的1個發(fā)展到現(xiàn)在在的多達(dá)4800個。掃描方式式也從平移/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/固定，發(fā)展到到新近開發(fā)的的螺旋CT掃描（spiral

Ctscan）。計算機(jī)容容量大、運算算快，可達(dá)到到立即重建圖圖像。由于掃掃描時間短，，可避免運動動，例如，呼呼吸運動的干干擾，可提高高圖像質(zhì)量；；層面是連續(xù)續(xù)的，所以不不致于漏掉病病變，而且可可行三維重建建，注射造影影劑作血管造造影可得CT血管造影（（Ct

angiography，CTA）。超高速速CT掃描所用掃掃描方式與與前者完全全不同。掃掃描時間可可短到40ms以下，每秒秒可獲得多多幀圖像。。由于掃描描時間很短短，可攝得得電影圖像像，能避免免運動所造造成的偽影影，因此，，適用于心心血管造影影檢查以及及小兒和急急性創(chuàng)傷等等不能很好好的合作的的患者檢查查。不同的掃描描方式超聲波測距距原理超聲波發(fā)射射器向某一一方向發(fā)射射超聲波，，在發(fā)射時時刻的同時時開始計時時，超聲波波在空氣中中傳播，途途中碰到障障礙物就立立即返回來來，超聲波波接收器收收到反射波波就立即停停止計時。。超聲波在在空氣中的的傳播速度度為340m/s，根據(jù)計時時器記錄的的時間t，就可以計計算出發(fā)射射點距障礙礙物的距離離(s)，即：s=340t/2層析法利用高分辨辨率的數(shù)碼碼相機(jī)，拍拍攝多個圖圖像，利用用一個點在在多個圖像像中的相對對位置，通通過視差計計算距離，，從而得到到點的空間間坐標(biāo)。自動斷層掃掃描逐層去除材材料與逐層層掃描相結(jié)結(jié)合的方法法將待測零件件用專用樹樹脂材料（（填充石墨墨粉或顏料料）完全封封裝，待樹脂固化化后，固定定到銑床上上，進(jìn)行微微吃刀量切切削，得到到包含零件件和樹脂材材料的截面面，移到CCD攝像機(jī)下，，對當(dāng)前截截面進(jìn)行采采樣量化，，由于封裝裝材料與零零件存在明明顯邊界，，利用濾波波、邊緣提提取、紋理理分析、二二值化等數(shù)數(shù)字圖像處處理技術(shù)進(jìn)進(jìn)行邊界輪輪廓提取，，得到各輪輪廓的坐標(biāo)標(biāo)值。重復(fù)步驟2、3，再到銑床床上切削，，再分析。。自動斷層掃掃描數(shù)據(jù)各自的特點點和應(yīng)用范范圍。到現(xiàn)現(xiàn)在為止，，還沒有找找到一種完完全適用于于產(chǎn)品開發(fā)發(fā)要求的快快速、精確確數(shù)字化測測量方法。。一是改造傳傳統(tǒng)的測量量設(shè)備，向向著高速、、高精度、、系統(tǒng)化、、集成化、、智能化的的方向發(fā)展展。比如對對CMM機(jī)在提高測測量速度的的同時，發(fā)發(fā)展CMM與光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)組合的自自動測量系系統(tǒng)。二是開發(fā)研研制新的測測量方法和和測量手段段。在分析析已有數(shù)字字化掃描方方法的特點點和使用場場合的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，提出出了一種新新型的基于于液面的物物體輪廓數(shù)數(shù)字化掃描描方法。新方法與已已有方法不不同的是以以液體作為為中間介質(zhì)質(zhì)，物體零零件放入裝裝有液體的的容器中時時，液面與與物體之間間形成的交交線，就是是被測物體體的截面線線。通過圖圖象采集、、邊緣處理理并幾何建建?？梢垣@獲得物體的的幾何模型型?；谝后w的的輪廓數(shù)字字化掃描方方法的原理理1容器2、液體3、產(chǎn)品零件件4、光學(xué)測量量裝置5、液面高度度測量裝置置6、橫梁7、立柱8、平臺掃描系統(tǒng)系系統(tǒng)組成圖象采集系系統(tǒng)液面控制系系統(tǒng)運動控制系系統(tǒng)圖象采集控控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1）液體的制制備和物體體表面處理理2）圖象采集集方案3）控制系統(tǒng)統(tǒng)和協(xié)調(diào)4）圖象處理理邊緣提取取5）標(biāo)定方法法基于液體的的輪廓掃描描方法的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)樣機(jī)裝置應(yīng)用實例外形狀為兔兔子形的兒兒童電動汽汽車玩具外外殼實物，，其最大尺尺寸為長X128mm，寬Y68mm，高Z60mm。我們用這這種基于液液體的技術(shù)術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品品輪廓的數(shù)數(shù)據(jù)采集。。采集間距距為1mm，每層采集集時間為16秒，共采集集了61張圖象。測量中的問問題精度標(biāo)定透鏡變形，，非線性因因素等的影影響，存在在系統(tǒng)傳感感誤差不可測量性性陰影、障礙礙物，夾具具多個視點測測量，再進(jìn)進(jìn)行多視拼拼合測量噪聲被測物體表表面特征的的影響光潔度、表表面涂層對對光線的反反射率頭發(fā)測量，，粗糙表面面的典型實實例7.2.2測量數(shù)據(jù)類類型散亂點云（（PointCloud）掃描線點云云網(wǎng)格化點云云三角網(wǎng)格點點云多邊形點云云散亂點云數(shù)數(shù)據(jù)測量點沒有有明顯的幾幾何分布特特征，呈散散亂無序狀狀態(tài)隨機(jī)掃描下下的CMM，光學(xué)測量量系統(tǒng)多張張數(shù)據(jù)拼合合后掃描線點云云數(shù)據(jù)點云由一組組掃描線組組成，掃描描線上的所所有點位于于掃描平面面內(nèi)CMM、激光三角角形測量系系統(tǒng)沿直線線掃描、線線結(jié)構(gòu)光掃掃描測量掃描線點云云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化電云云數(shù)據(jù)表示示點云中所有有點都與參參數(shù)域中一一個均勻網(wǎng)網(wǎng)格的頂點點對應(yīng)網(wǎng)格化插值值三角網(wǎng)格點點云數(shù)據(jù)點云中的點點與鄰點構(gòu)構(gòu)成三角網(wǎng)網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)關(guān)系A(chǔ)TOS流動光學(xué)三三坐標(biāo)測量量機(jī)多邊形點云云數(shù)據(jù)測量點分布布在一系列列平行平面面內(nèi)，用一一小線段將將同一平面面內(nèi)距離最最小的若干干相鄰點依依次連接，，可形成有有嵌套的平平行多邊形形層切法、核核磁共振、、工業(yè)CT7.2.3測量數(shù)據(jù)預(yù)預(yù)處理數(shù)據(jù)拼合數(shù)據(jù)光滑數(shù)據(jù)簡化數(shù)據(jù)修復(fù)數(shù)據(jù)分塊數(shù)據(jù)拼合也叫多視拼拼合，因為為一次測量量完成對全全體件的數(shù)數(shù)字化是很很困難的CMM中多次裝夾夾光學(xué)測量儀儀中，多視視角測量可以在測量量過程中由由軟件自動動拼合，也也可以在測測量結(jié)束后后輸入到反反求工程軟軟件中拼合合拼合方法點位法：測測量點中確確定三個非非共線點，，作為分視視圖的局部部坐標(biāo)系標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)拼合結(jié)果數(shù)據(jù)光滑實際測量過過程中受到到人為或隨隨機(jī)因素的的影響，使使得測量結(jié)結(jié)果包含噪噪聲，為了了降低或消消除噪聲對對后續(xù)建模模質(zhì)量的影影響，有必必要對數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行平滑滑濾波。人機(jī)交互程序濾波變形光順人工交互濾波方法高斯濾波：指定域內(nèi)內(nèi)的權(quán)重為為高斯分布布，平均效效果較小，，在濾波的的同時能較較好的保持持原數(shù)據(jù)的的形貌。DK=D*G平均濾波：采樣點的的值取濾波波窗口內(nèi)各各數(shù)據(jù)點的的統(tǒng)計平均均值。中值濾波：采樣點的的值取濾波波窗口內(nèi)各各數(shù)據(jù)點的的統(tǒng)計中值值，消除數(shù)數(shù)據(jù)毛刺的的效果較好好。典型的的低通濾波波器。在圖圖像處理中中，就是指指把以某點點(x,y)為中心的小小窗口內(nèi)的的所有像素素的灰度按按從大到小小的順序排排列，將中中間值作為為(x,y)處的灰度值值(若窗口中有有偶數(shù)個像像素，則取取兩個中間間值的平均均)。濾波示意圖圖程序濾波局部特征去去除光順效果數(shù)據(jù)修復(fù)測量過程中中因為貼定定位片、遮遮擋等原因因?qū)е虏糠址謹(jǐn)?shù)據(jù)測量量不完整重新測量軟件中修補(bǔ)補(bǔ)數(shù)據(jù)修復(fù)修復(fù)數(shù)據(jù)簡化按數(shù)據(jù)點間間的距離指定數(shù)據(jù)點點間的臨界界距離，兩兩個測點間間的距離小小于臨界距距離，則刪刪除其中的的一個。按給定的法法向精度根據(jù)刪除一一個點在曲曲面法向引引起的誤差差大小作為為測點刪除除的依據(jù)。。測點到最最小二乘擬擬合曲面的的垂直距離離作為刪除除該點引起起的近似法法向誤差，，若小于某某一閾值，，刪除該點點。曲率較較小的地方方分布較少少的點，曲曲率大或尖尖銳棱邊保保留較多的的點。給定距離簡簡化目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建與后處理7.4反求工程在工業(yè)設(shè)計中的作用7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建建與后處理理7.3.1基于反求工程的產(chǎn)品模型7.3.2

基于曲線的曲面模型構(gòu)建7.3.3特征技術(shù)在反求工程中的應(yīng)用7.3.4

反求工程特征建模實例1）數(shù)字化/數(shù)據(jù)處理/NC集成系統(tǒng)實物數(shù)字化化以后，不不建立CAD模型，數(shù)據(jù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換換為NC代碼。系統(tǒng)集成好好，掃描與與加工一體體化。缺點是精度度較低，無無法實現(xiàn)再再設(shè)計以及及產(chǎn)品資料料積累。2）三維模型型重構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)三維模型重重構(gòu)系統(tǒng)是是國內(nèi)外學(xué)學(xué)術(shù)界,尤其是CAD/CAM領(lǐng)域廣泛關(guān)關(guān)注的熱點點問題之一一。要求是保型型性和快捷捷性。目前研究的的熱點是三三維測量數(shù)數(shù)據(jù)分割和和擬合技術(shù)術(shù)。三維模型重重建的研究究現(xiàn)狀7.3.1基于反求工工程的產(chǎn)品品模型反求工程三三維CAD模型的幾何何建模稱為為模型重構(gòu)構(gòu)（或重建建），是為為了進(jìn)行模模型的修改改和再設(shè)計計，這是反反求工程的的一個必不不可少的關(guān)關(guān)鍵步驟。。產(chǎn)品模型通通過幾何建建模軟件來來實現(xiàn)，幾幾何建模主主要處理零零件的幾何何信息和拓拓?fù)湫畔?。。一般意義義建模有線線框建模、、表面建模模和實體建建模。描述三維CAD模型方式描述三維CAD模型主要有有邊界表示示法B-rep，構(gòu)造立體體幾何法CSG，小平面模模型等，從計算機(jī)內(nèi)內(nèi)部組織來來描述產(chǎn)品品實體幾何何建模的主主要是邊界界模式B-rep和小平面片片模式?；诜辞蠊すこ痰漠a(chǎn)品品模型常規(guī)的曲面面或?qū)嶓w幾幾何模型小平面STL模型混合模型7.3.2基于曲線的的曲面模型型的構(gòu)建表面片的擬擬合：將采采集的數(shù)據(jù)據(jù)點擬合為為要求的表表面。主要采取插插值與逼近近方法。插值（通過過點）逼近近（FIT）與曲面構(gòu)構(gòu)建流程7.3.3特征技術(shù)在在反求工程程中的應(yīng)用用在反求工程程中，采集集的數(shù)據(jù)點點集僅僅表表達(dá)了物體體表面上的的組成點以以及點的位位置，不能能表達(dá)產(chǎn)品品各部分間間的拓?fù)潢P(guān)關(guān)系等，而而利用這些些點直接構(gòu)構(gòu)建幾何表表面或希望望采用特征征自動識別別方法很困困難的，因因此如何快快速的進(jìn)行行產(chǎn)品模型型的重構(gòu)是是目前反求求工程一個個難點。特征技術(shù)特征的定義義：特征被定義義為形狀特特征和（或或）語義。。特征：=形狀特征ν語義特征模型的的生成方法法：交互式特征征定義特征識別別基于特征征設(shè)計特征的抽抽象和分分類原則則：(1)特征要滿滿足設(shè)計計和制造造需求(2)特征要具具有典型型性和普普遍性(3)注重特征征間相互互聯(lián)系(4)特征要便便于描述述和表達(dá)達(dá)面向反求求工程的的特征技技術(shù)根據(jù)在對對零件的的特點以以及在逆逆向建模模的具體體要求，，用特征征建模的的設(shè)計思思想進(jìn)行行模型的的重構(gòu)是是符合實實際的建建模思想想。因此我們們提出將將反求工工程的建建模作為為一種特殊殊的產(chǎn)品品類別來考慮，，建立符符合反求求工程的的建模的的特征分分類和有有效的特特征庫，，實現(xiàn)快快速的建建模方法法。反求工程程中的特特征的抽抽象和分分類：功能特征征（是通過過設(shè)