工業(yè)設(shè)計工程基礎(chǔ)

第七章反求工程基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)計工程基礎(chǔ)

第七章反求工程基礎(chǔ)引言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。引言INTRODUCTION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)計中的作用目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.7.1反求工程概念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反求工程概念7.1.1反求工程含義7.1.2反7.1.1反求工程含義以已有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，進(jìn)行消化、吸收并加以創(chuàng)新改進(jìn)，使之成為新產(chǎn)品的產(chǎn)品開發(fā)模式，即為反求工程(ReverseEngineering)。反求工程也是一項涉及多學(xué)科、多種技術(shù)交叉的綜合工程。在機(jī)械領(lǐng)域中，反求工程是在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現(xiàn)有零件的模型（稱為零件原形），利用各種數(shù)字化技術(shù)及CAD技術(shù)重新構(gòu)造原形CAD模型的過程。據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗，給人們有益的啟示。其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競爭力。7.1.1反求工程含義以已有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，進(jìn)行消化、吸收并加工業(yè)設(shè)計與反求工程工業(yè)設(shè)計是解決工業(yè)產(chǎn)品中“人與物”關(guān)系問題的創(chuàng)造性學(xué)科，研究產(chǎn)品的使用方法設(shè)計、使用功能設(shè)計、外觀造型設(shè)計、色彩設(shè)計、操作指示及表面裝飾設(shè)計等。工業(yè)設(shè)計分類：視覺傳達(dá)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、環(huán)境設(shè)計現(xiàn)行設(shè)計條件困擾：零件形狀復(fù)雜，用CAD準(zhǔn)確造型困難；造型設(shè)計大師用手繪或手工捏塑的設(shè)計方案難以用電腦在現(xiàn)；在沒有圖樣和參數(shù)的情況下需要用實物仿制、再設(shè)計和改進(jìn)，特別是復(fù)雜曲面；計算機(jī)模型不能提供產(chǎn)品的全部信息，如手感；計算機(jī)模型智能模擬我們已知的環(huán)境，也需要檢驗。工業(yè)設(shè)計與反求工程工業(yè)設(shè)計是解決工業(yè)產(chǎn)品中“人與物”關(guān)系問題反求工程定義反求工程，也稱逆向工程、反向工程等，是近幾年來迅速發(fā)展的一門工程技術(shù)．它集光學(xué)、電子、自動控制、機(jī)械、計算機(jī)視覺和數(shù)字圖象處理等高新技術(shù)為一體。以產(chǎn)品的實物、軟件（圖紙、程序、技術(shù)文件和工藝流程等）、影象（圖片、照片）作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論、生產(chǎn)工程學(xué)、材料科學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行深入系統(tǒng)地分析和研究，進(jìn)而開發(fā)出同類的產(chǎn)品。廣義的產(chǎn)品反求工程包括形狀（幾何）反求、工藝反求和材料反求等狹義的實物反求工程：由于產(chǎn)品實物是面向消費(fèi)市場最廣、最多的一類設(shè)計成果，也是最容易獲得的研究對象。目前，這種從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型并制造得到新產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，發(fā)展成為一個相對獨(dú)立的領(lǐng)域。反求工程定義反求工程，也稱逆向工程、反向工程等，是近幾年來迅反求工程流程正向設(shè)計：市場調(diào)研、設(shè)計要求設(shè)計制造產(chǎn)品反求工程：已有產(chǎn)品信息消化、理解、再創(chuàng)新新產(chǎn)品反求工程流程正向設(shè)計：市場調(diào)研、設(shè)計要求設(shè)計制造產(chǎn)品反反求工程基礎(chǔ)課件在設(shè)計階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工藝等觀點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品的造型設(shè)計。不同的產(chǎn)品規(guī)劃，導(dǎo)致了不同的產(chǎn)品設(shè)計方法。通常全新產(chǎn)品的設(shè)計就是通常意義的設(shè)計，也稱為正向設(shè)計。而隨著目前產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短和多品種、小批量生產(chǎn)模式使新產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越短，改進(jìn)往往只是將已經(jīng)有的產(chǎn)品設(shè)計方案作局部的或布局方面的較小的改動使之呈現(xiàn)出美觀、多樣化的特點(diǎn)。反求工程技術(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計制造系統(tǒng)的一個有機(jī)補(bǔ)充部分，在新品開發(fā)及改型設(shè)計中應(yīng)運(yùn)而生。目前逆向設(shè)計已經(jīng)成為產(chǎn)品開發(fā)中的一個重要的方法。

7.1.2反求工程起源在設(shè)計階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊(yùn)含著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承和應(yīng)用借鑒。因而反求思維在工程中的應(yīng)用已源遠(yuǎn)流長，而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究，則是60年代初出現(xiàn)的。二次大戰(zhàn)中，幾十個國家卷入戰(zhàn)禍，二戰(zhàn)結(jié)束后，急于恢復(fù)和振興經(jīng)濟(jì)。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進(jìn)，二代國產(chǎn)化，三代改進(jìn)出口，四代占領(lǐng)國際市場”其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。為要國產(chǎn)化的改進(jìn)，迫切需要對別國產(chǎn)品進(jìn)行消化、吸收、改進(jìn)和挖潛。這就是反求設(shè)計（InverseDesign）或反求工程（Inverse

Engineering），這兩者是同一內(nèi)涵，僅是不同國家的不同提法。發(fā)展到現(xiàn)在，己成為世界各國在發(fā)展經(jīng)濟(jì)中不可缺少的手段或重要對策，反求工程的大量采用為日本的經(jīng)濟(jì)振興、進(jìn)而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好基礎(chǔ)。

實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊(yùn)含著對已有先進(jìn)產(chǎn)品通常是采用先進(jìn)的設(shè)計手段和工具設(shè)計的。先進(jìn)的設(shè)計理論和設(shè)計方法是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的理論基礎(chǔ)，而先進(jìn)的設(shè)計手段和工具則是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的實踐技術(shù)。在進(jìn)行反求工程分析的過程中，除了要求工程技術(shù)人員要具有基礎(chǔ)理論（如數(shù)學(xué)，力學(xué)等）和有關(guān)專業(yè)的理論和知識外，還要求具有系統(tǒng)工程、價值工程、優(yōu)化設(shè)計、工業(yè)造型、相似理論、人機(jī)工程學(xué)等現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，并且還要求工程技術(shù)人員及時地跟蹤有關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動向，能準(zhǔn)確地把握住該類產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)，以求達(dá)到對研究對象的全面的分析、研究。

先進(jìn)產(chǎn)品通常是采用先進(jìn)的設(shè)計手段和工具設(shè)計的。先進(jìn)的設(shè)計理論2007年9月11-23日，以“科技和綠色”為主題的法蘭克福車展盛裝開幕，雙環(huán)CEO展出而雙環(huán)小貴族而未參展，立刻成為中外媒體關(guān)注的焦點(diǎn)(石家莊雙環(huán)汽車股份有限公司)

。法蘭克福車展開幕前起訴了該車的進(jìn)口商（雙環(huán)小貴族被指抄襲Smart）法蘭克福車展后，寶馬起訴了該車的進(jìn)口商（雙環(huán)CEO被指抄襲寶馬X5）8月28日來華訪問的德國總理默克爾在中國科學(xué)院演講時表示：“如果一輛酷似Smart的轎車突然出現(xiàn)在你面前，但它其實并不是Smart，而是通過不完全合法的手段生產(chǎn)出來的抄襲車款，這非常不好。”默克爾表示，德國將公開提出這種剽竊和盜版的問題，她認(rèn)為這種抄襲行為不僅損害了外國公司的利益，而且也會損傷中國汽車的獨(dú)創(chuàng)性。被正在中國訪問的客人當(dāng)面發(fā)出抗議及警告，無疑是在國人臉上打了一巴掌，盡管現(xiàn)在我們?nèi)詿o法確定雙環(huán)究竟是模仿還是抄襲。2004/12/17奇瑞QQ并不是抄襲通用SPARK

2007年9月11-23日，以“科技和綠色”為主題的法蘭克福戴姆勒-克萊斯勒公司則認(rèn)為雙環(huán)小貴族迷你車的外觀設(shè)計與其SmartFortwo的相似，并在法蘭克福車展開幕前起訴了該車的進(jìn)口商，并稱，可能是起訴導(dǎo)致了小貴族沒能在車展展出。不告訴你誰是誰，你分辨得出哪是小貴族，哪是SmartFortwo嗎？戴姆勒-克萊斯勒公司則認(rèn)為雙環(huán)小貴族迷你車的外觀設(shè)計與其Sm雙環(huán)CEO寶馬X5

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雙環(huán)CEO寶馬X5

http://auto.163.co國家專利局的25項專利無疑為ＱＱ提供了一道天然屏障。模仿并非壞事。魯迅先生曾說：“世上本無路，走的人多了，也便成了路?！钡谝粋€探路的人當(dāng)然是英雄，可緊接著模仿前者而跟進(jìn)的，何嘗不是好漢？錢鐘書所說的“模仿引進(jìn)創(chuàng)造，附庸風(fēng)雅會養(yǎng)成內(nèi)行的鑒賞，世界上不少真貨色都是從冒牌起來的”。在中國民族自主品牌的發(fā)展道路上，暫時的模仿只是一種表象；而不斷的尋求突破和超越創(chuàng)新才是靈魂。但如何進(jìn)行反求？國家專利局的25項專利無疑為ＱＱ提供了一道天然屏障。7.1.3反求工程的設(shè)計程序

（l）確定反求對象（2）分析反求對象（3）進(jìn)行反求設(shè)計7.1.3反求工程的設(shè)計程序

（l）確定反求對象

反求工程技術(shù)的研究對象反求工程技術(shù)的研究對象多種多樣，所包含的內(nèi)容也比較多，主要可以分為以下三大類：①實物反求：主要是指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實物本身；信息源為產(chǎn)品實物模型，應(yīng)用最廣；②軟件反求：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖樣、程序、技術(shù)文件等；信息源為產(chǎn)品工程圖樣、數(shù)控程序、技術(shù)文件等技術(shù)軟件；③影像反求：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片、照片或以影像形式出現(xiàn)的資料；信息源為圖片、照片或影像等資料。

反求工程技術(shù)的研究對象反求工程技術(shù)的研究對象反求工程影響因素實現(xiàn)影響因素信息源的形式反求對象的形狀、結(jié)構(gòu)和精度要求制造企業(yè)的軟、硬件條件及工程技術(shù)人員本身的素質(zhì)反求工程影響因素實現(xiàn)影響因素

對反求對象分析從功能、原理方案、零部件結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、加工裝配工藝等有全面深入的了解，明確其關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)，對設(shè)計特點(diǎn)和不足之處作出必要的評估。在對反求對象的各種分析中，功能及原理方案是關(guān)鍵。

設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析材料的分析工藝、裝配分析精度的分析造型的分析系列化、模塊化分析對反求對象分析從功能、原理方案、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析

要分析一個產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想分析入手。產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想決定了產(chǎn)品的設(shè)計方案，深入分析并掌握產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想是分析了解整個產(chǎn)品設(shè)計的前提。

充分了解反求對象的功能有助于對產(chǎn)品原理方案的分析、理解和掌握，才有可能在進(jìn)行反求設(shè)計時得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案，這才是反求工程技術(shù)的精髓所在。

設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析

要分析一個產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品材料的分析對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結(jié)構(gòu)的分析和材料的性能檢測幾大部分。其中，常用的材料成分分析方法有：鋼種的火花鑒別法，鋼種聽音鑒別法，原子發(fā)射光譜分析法，紅外光譜分析法和化學(xué)分析微探針分析技術(shù)等；材料的結(jié)構(gòu)分析主要是分析研究材料的組織結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及相之間的位相關(guān)系，可分為宏觀組織分析和微觀組織分析；性能檢測主要是檢測其力學(xué)性能和磁、電、聲、光、熱等物理性能。反求對象材料分析的一般過程如圖所示。在對反求對象進(jìn)行材料分析時，要充分考慮到材料表面的改性處理技術(shù)。

材料的分析對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組制造工藝、裝配分析反求設(shè)計和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可。在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)備與先進(jìn)工藝方法和未掌握某些技術(shù)訣竅的情況下，對反求對象進(jìn)行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法：

l）采用反判法編制工藝規(guī)程。以零件的技術(shù)要求如尺寸精度、形位公差、表面質(zhì)量等為依據(jù)，查明設(shè)計基準(zhǔn)，分析關(guān)鍵工藝，優(yōu)選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規(guī)程。

2）改進(jìn)工藝方案，保證引進(jìn)技術(shù)的原設(shè)計要求。在保證引進(jìn)技術(shù)的設(shè)計要求和功能的前提條件下，局部地改進(jìn)某些實現(xiàn)較為困難的工藝方案。對反求對象進(jìn)行裝配分析主要是考慮用什么裝配工藝來保證性能要求、能否將原產(chǎn)品的若干個零件組合成一個部件及如何提高裝配速度等等。

3）用曲線對應(yīng)法反求工藝參數(shù)。先將需分析的產(chǎn)品的性能指標(biāo)或工藝參數(shù)建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據(jù)已知點(diǎn)或某些特殊點(diǎn)把工藝參數(shù)及其有關(guān)的量與性能的關(guān)系擬合出一條曲線，并按曲線的規(guī)律適當(dāng)拓寬，從曲線中找出相對于第一參照系性能指標(biāo)的工藝參數(shù)，就是需求的工藝參數(shù)。

4）材料國產(chǎn)化，局部改進(jìn)原型結(jié)構(gòu)以適應(yīng)工藝水平。由于材料對加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無法保證使用原產(chǎn)品的制造材料時，或在使用原產(chǎn)品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求時，可以使用國產(chǎn)化材料，以適應(yīng)目前的工藝水平。制造工藝、裝配分析反求設(shè)計和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可精度的分析產(chǎn)品的精度直接影響到產(chǎn)品的性能，對反求分析的產(chǎn)品進(jìn)行精度分析，是反求分析的重要組成部分。反求對象精度的分析包括了反求對象形體尺寸的確定、精度的分配等內(nèi)容。根據(jù)反求對象為實物、影象或軟件的不同，在形體尺寸的確定時，所選用的方法也有所不同。若是實物反求，則可通過常用的測量設(shè)備如萬能量具、投影儀、坐標(biāo)機(jī)等對產(chǎn)品直接進(jìn)行測量，以確定形體尺寸；若是軟件反求和影象反求，則可采用參照物對比法，利用透視成像的原理和作圖技術(shù)并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)和相關(guān)的專業(yè)知識，通過分析計算來確定形體尺寸。

精度的分析產(chǎn)品的精度直接影響到產(chǎn)品的性能，對反求分析的產(chǎn)品進(jìn)在進(jìn)行精度的分配時，根據(jù)產(chǎn)品的精度指標(biāo)及總的技術(shù)條件，產(chǎn)品的工作原理圖，并且綜合考慮生產(chǎn)的技術(shù)水平、產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，按以下步驟進(jìn)行：

1）明確產(chǎn)品的精度指標(biāo)；

2）綜合考慮理論誤差和原理誤差，進(jìn)行產(chǎn)品工作原理設(shè)計和安排總體布局；

3）在完成草圖設(shè)計后，找出全部的誤差源，進(jìn)行總的精度計算；

4）編寫技術(shù)設(shè)計說明書，確定精度；

5）在產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)的全過程中，根據(jù)實際的生產(chǎn)情況，對所作的精度分配進(jìn)行調(diào)整、修改。

在進(jìn)行精度的分配時，根據(jù)產(chǎn)品的精度指標(biāo)及總的技術(shù)條件，產(chǎn)品的造型的分析產(chǎn)品造型設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計與藝術(shù)設(shè)計相結(jié)合的綜合性技術(shù)。其主要目的是運(yùn)用工業(yè)美學(xué)、產(chǎn)品造型原理、人機(jī)工程學(xué)原理等對產(chǎn)品的外形構(gòu)型、色彩設(shè)計等進(jìn)行分析，以提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和舒適方便程度。

例如，在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計中，就要充分考慮到數(shù)控系統(tǒng)的顯示器的布局問題，圖形顯示和漢字顯示問題，數(shù)控系統(tǒng)操作面板的造型問題、色彩問題，各個功能操作按鍵的造型、色彩、布局問題等等。造型的分析產(chǎn)品造型設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計與藝術(shù)設(shè)計相結(jié)合的綜合性技術(shù)系列化、模塊化分析分析反求對象時，要做到思路開闊，要考慮到所引進(jìn)的產(chǎn)品是否已經(jīng)系列化了，是否為系列型譜中的一個，在系列型譜中是否具有代表性，產(chǎn)品的模塊化程度如何等具體問題，使在設(shè)計制造時少走彎路，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，生產(chǎn)出多品種、多規(guī)格、通用化較強(qiáng)的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

系列化、模塊化分析分析反求對象時，要做到思路開闊，要考慮到所從設(shè)計角度而言，反求工程的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分：

1）分析所引進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想；

2）功能和原理方案分析；

3）結(jié)構(gòu)分析；

4）形體尺寸分析；

5）精度分析；

6）材料分析；

7）工作性能分析；

8）造型設(shè)計分析；

9）工藝分析；

10）使用和維修分析；

11）包裝技術(shù)分析。反求工程的研究內(nèi)容從設(shè)計角度而言，反求工程的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分：

在反求分析的基礎(chǔ)上可進(jìn)行測繪仿制、變參數(shù)設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計或開發(fā)性設(shè)計。

進(jìn)行反求設(shè)計在反求分析的基礎(chǔ)上可進(jìn)行測繪仿制、變參數(shù)設(shè)計、適應(yīng)性反求工程基礎(chǔ)課件實物反求工程系統(tǒng)對象：以產(chǎn)品的實物、軟件(圖紙、程序、技術(shù)文件和工藝流程等)、影象(圖片、照片)作為研究對象，通過分析和研究，進(jìn)而開發(fā)出同類的產(chǎn)品。實物反求工程：由于產(chǎn)品實物是面向消費(fèi)市場最廣、最多的一類設(shè)計成果，也是最容易獲得的研究對象。目前，這種從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型并制造得到新產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，發(fā)展成為一個相對獨(dú)立的領(lǐng)域。以產(chǎn)品的實物等作為研究對象，通過各種測量方法獲得產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，然后通過重建產(chǎn)品CAD模型來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計，然后通過改進(jìn)的產(chǎn)品CAD模型的樣品制造，進(jìn)行測試的過程；是數(shù)字化測量方法、幾何模型重建技術(shù)和原型產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。實物反求工程系統(tǒng)對象：以產(chǎn)品的實物、軟件(圖紙、程序、技術(shù)文

（1）數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

零件原形的數(shù)字化：通常采用三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)或激光掃描等測量裝置來獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。

從測量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征：按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設(shè)計與加工特征。

零件原形CAD模型的重建：將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。

重建CAD模型的檢驗與修正：采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標(biāo)的要求，對不滿足要求者重復(fù)以上過程，直至達(dá)到零件的設(shè)計要求。7.1.4反求工程的關(guān)鍵技術(shù)（1）數(shù)據(jù)獲取技術(shù)7.1.4反求工程的關(guān)鍵技術(shù)（2）產(chǎn)品建模技術(shù)當(dāng)零件原形數(shù)字化后形成一系列的空間離散點(diǎn)，生成原形的CAD模型就是要在這些離散點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計算機(jī)輔助幾何設(shè)計的有關(guān)技術(shù)，構(gòu)造零件原形的CAD模型。通常對于含有自由曲面的復(fù)雜型面，用一張曲面來擬合所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)是不可行的，一般首先按照原形所具有的特征，將測量數(shù)據(jù)點(diǎn)分割成不同的區(qū)域，各個區(qū)域分別擬合出不同的曲面，然后應(yīng)用曲面求交或曲面間過渡的方法將不同的曲面連接起來構(gòu)成一個體。有效的三維測量數(shù)據(jù)分割和擬合技術(shù)是反求工程中重要內(nèi)容。

7.1.4反求工程的關(guān)鍵技術(shù)（2）產(chǎn)品建模技術(shù)7.1.4反求工程的關(guān)鍵技術(shù)（1）在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，在對零件原形進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼，加工復(fù)制出一個相同的零件。（2）當(dāng)要設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用反求工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，建立符合對空氣動力學(xué)的要求（如風(fēng)洞實驗等）的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實驗?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計這類零件及反求其模具的依據(jù)。（3）在美學(xué)設(shè)計特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計廣泛采用真實比例的木制或泥塑模型來評估設(shè)計的美學(xué)效果，而不采用在計算機(jī)屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時需用反求工程的設(shè)計方法。（4）另一個重要的應(yīng)用如修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等。7.1.5反求工程的應(yīng)用領(lǐng)域（1）在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情應(yīng)用場合工業(yè)休閑娛樂方面（恐龍）醫(yī)學(xué)科技（人體量測、三軍醫(yī)大）在對產(chǎn)品外形的美學(xué)有特殊要求的流線型產(chǎn)品當(dāng)設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時（風(fēng)洞實驗）在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下反求工程在創(chuàng)新設(shè)計上同樣具有相當(dāng)高的應(yīng)用價值（目前的汽車摩托車）修復(fù)破損的文物（北京故宮）、藝術(shù)品，藝術(shù)浮雕及或缺乏供應(yīng)的損壞零件等、特種服裝、頭盔等應(yīng)用場合工業(yè)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)計中的作用目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求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實體數(shù)據(jù)測量與反求7.2.1實體數(shù)據(jù)測量方法實體數(shù)據(jù)測量方法實體數(shù)據(jù)測量方法,

又稱產(chǎn)品表面數(shù)字化（數(shù)據(jù)測量）、反求工程數(shù)字化方法，是指通過特定的測量設(shè)備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。高效、高精度的數(shù)據(jù)采集是反求工程中最基本、最不可缺少的步驟。近十年來，隨著傳感技術(shù)、控制技術(shù)、圖像處理和計算機(jī)視覺等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的產(chǎn)品表面的幾何數(shù)據(jù)數(shù)字化獲取方法。不同的測量方式，不但決定了測量本身的精度、速度和經(jīng)濟(jì)性，還造成了測量數(shù)據(jù)類型及后續(xù)處理方式的不同。根據(jù)測量探頭是否和零件表面接觸，反求工程中物體表面三維數(shù)據(jù)的獲取方法基本上可分為兩大類，即接觸式與非接觸式。非接觸式按其原理不同，又可分為光學(xué)式和非光學(xué)式等。7.2.1實體數(shù)據(jù)測量方法實體數(shù)據(jù)測量方法,又稱產(chǎn)品表實體數(shù)據(jù)測量方法分類圖實體數(shù)據(jù)測量方法分類圖實體數(shù)據(jù)測量方法分類根據(jù)測量探頭是否和零件表面接觸：接觸式：觸發(fā)式和連續(xù)式

非接觸式：光學(xué)式：三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計算機(jī)視覺法、激光干涉法、激光衍射法等主動式：由物體輻射信號或物體表面反射信號生成圖像，成像設(shè)備不發(fā)出信號。測量方法有時間飛行法、相位測量法、結(jié)構(gòu)光法和數(shù)字全息法等，被動式：由成像設(shè)備發(fā)出一束信號，通過接收從物體表面反射回來的或穿透物體的信號生成圖像。測量方法有雙眼立體視覺法和多眼立體視覺法等。非光學(xué)式：CT測量法、MRI測量法、超聲波法、層析法等實體數(shù)據(jù)測量方法分類根據(jù)測量探頭是否和零件表面接觸：

接觸式測量方法接觸式測量探頭種類：硬式探頭、觸發(fā)式探頭、模擬探頭硬式探頭（剛性探頭）：最早使用的探頭，通過手動探頭接觸工件表面，由人眼及感覺作判斷，再利用腳踏開關(guān)觸發(fā)，將此點(diǎn)坐標(biāo)傳送到處理器觸發(fā)式探頭：利用電子開關(guān)機(jī)構(gòu)，當(dāng)探頭碰觸到工件表面，則電子開關(guān)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生開關(guān)變化，將電子信號由NO轉(zhuǎn)成OFF即將此時坐標(biāo)鎖住并送到處理器作處理模擬式探頭：接觸工件時會右側(cè)向位移，經(jīng)可變線圈感應(yīng)或光柵尺感應(yīng)，產(chǎn)生一相對的電壓變化，此模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入處理器。這種方式稱為模擬式測量。使用模擬式探頭時須保持與工件接觸，但位移量超過探頭測量范圍時，須控制機(jī)臺的移動使探頭回到其測量范圍內(nèi)。因模擬式測量為連續(xù)測量，無絕對坐標(biāo)，故不能中途離開工件表面。這種測量適用于曲率平滑的曲面，不適用曲率大的工件表面。這種探頭常用于CNC工具機(jī)做CNC和CMM線上檢測。

接觸式測量方法接觸式測量探頭種類：硬式探頭接觸式測量機(jī)工作方式：點(diǎn)觸發(fā)，連續(xù)或間斷式數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)：不受物體表面顏色及光照的限制，對物體邊界也能產(chǎn)生準(zhǔn)確的測量結(jié)果缺點(diǎn)：由于測頭的限制，可能丟失某些測頭不可到達(dá)的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)不能測量軟材料測量速度受到機(jī)構(gòu)運(yùn)動的限制接觸式測量機(jī)工作方式：點(diǎn)觸發(fā)，連續(xù)或間斷式數(shù)據(jù)采集三坐標(biāo)測量機(jī)CMM在接觸式測量方法中，三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)是應(yīng)用最為廣泛的一種測量設(shè)備。三坐標(biāo)測量機(jī)（CoordinateMeasuringMachine，CMM）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，是一種具有很強(qiáng)柔性的大型精密三坐標(biāo)測量設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中，是一類使用得最為廣泛和可靠的測量和檢測設(shè)備。三坐標(biāo)測量機(jī)的原理將被測物體置于三坐標(biāo)機(jī)的測量空間，采用觸式探頭感應(yīng)物體表面，可獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算可求出被測對象的幾何尺寸、形狀和位置。相對與光學(xué)測量，由于探頭直接接觸工件表面，與工件表面的反射特性、顏色及曲率關(guān)系不大。接觸式探頭發(fā)展相當(dāng)成熟，有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。三坐標(biāo)測量機(jī)CMM在接觸式測量方法中，三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)CMM系統(tǒng)組成計算機(jī)控制零件程序的執(zhí)行和進(jìn)行結(jié)果處理，實現(xiàn)與外設(shè)的通訊數(shù)控設(shè)備計算機(jī)和測量機(jī)的接口，控制測量機(jī)運(yùn)動測量機(jī)機(jī)體底座、工作臺、立柱、導(dǎo)軌、測頭、驅(qū)動電機(jī)CMM系統(tǒng)組成計算機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）一般工作臺面是花崗巖，測頭為寶石意大利COORD3公司半橋式CMM測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）一般工作臺面是花崗巖，測頭為寶石意大利機(jī)械手式測量機(jī)

測量方法：操作者手持測量手臂，末端探針接觸被測量物體表面時按下按鈕，記錄坐標(biāo)和探針手柄方向，通過串口線傳到各種軟件包上FaroARM手動式

精度低，范圍大Cimcore手動式機(jī)械手式測量機(jī)測量方法：操作者手持測量手臂，末端探針接觸被然而接觸式測量有一些缺點(diǎn)，如在對三維曲面的測量探頭與被測零件間的接觸點(diǎn)與球心不在一個位置，而CMM記錄為探頭的球心數(shù)據(jù)，必須沿法線負(fù)方向補(bǔ)正一個探頭半徑值。由于曲面每一點(diǎn)的法線方向多變而且曲面形狀未知，準(zhǔn)確補(bǔ)償煩瑣并存在一定誤差?？偟膩碇v接觸測量方法具有精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是：速度慢、效率低、不適于柔軟實物的測量，在曲面測量中補(bǔ)償還有待進(jìn)一步研究。然而接觸式測量有一些缺點(diǎn)，如在對三維曲面的測量探頭與被測零件

光學(xué)測量方法隨著計算機(jī)及光電技術(shù)的發(fā)展，以計算機(jī)圖像處理為主要手段的無接觸式測量技術(shù)正在迅速發(fā)展，它們利用聲、光、電、磁等能與物體表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來獲取其三維信息。其中光學(xué)方法應(yīng)用最為廣泛。光學(xué)方法雖然對陡壁和透光模型數(shù)據(jù)采集困難，而且價格昂貴，但測量效率非常高，采集的數(shù)據(jù)就是實際的表面坐標(biāo)值，不需要三維補(bǔ)償，應(yīng)用日益廣泛。特點(diǎn)：高速測量，短時間內(nèi)測量大量的點(diǎn)缺點(diǎn)：對表面粗糙和表面漫反射率敏感（如透明、高光）光學(xué)測量方法隨著計算機(jī)及光電技術(shù)的發(fā)展，以計三角法測量原理如圖所示,半導(dǎo)體激光器LD發(fā)出的激光入射在基準(zhǔn)參考平面上0點(diǎn),經(jīng)反射成像于CMOS攝像機(jī)的靶面基準(zhǔn)參考兩面的法線與成像透鏡光軸夾角β，與入射光軸夾角θ，成像透鏡L2距0點(diǎn)長度a，距靶面長度b?，F(xiàn)有一厚度為h的平板置于基準(zhǔn)參考平面上，入射光經(jīng)被測物體表面反射，通過成像透鏡，成像于CMOS攝像機(jī)的靶面，產(chǎn)生位移x。經(jīng)過幾何計算可得：上式說明，被測物體相對于探頭的位置變化h，可由光斑位置x唯一確定。光斑位置x可通過CMOS視頻輸出經(jīng)過硬件處理獲得。三角法測量原理如圖所示,半導(dǎo)體激光器LD發(fā)出的激光入射在基準(zhǔn)基于三角測量原理的結(jié)構(gòu)光法成為使用最為廣泛的方法。結(jié)構(gòu)光法可分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法、線結(jié)構(gòu)光法、多線結(jié)構(gòu)光法和彩色結(jié)構(gòu)光法等等

基于三角測量原理的結(jié)構(gòu)光法成為使用最為廣泛的方法。結(jié)構(gòu)光法可點(diǎn)線面三角法測量原理這種測量方法根據(jù)光學(xué)三角型測量原理，以光作為光源，其結(jié)構(gòu)模式可以分為光點(diǎn)、單線條、多光條等，將其投射到被測物體表面，并采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，根據(jù)光點(diǎn)或光條在物體上成象的偏移，通過被測物體基平面、象點(diǎn)、象距等之間的關(guān)系計算物體的深度信息。

點(diǎn)線面三角法測量原理這種測量方法根據(jù)光學(xué)三角型測量原理，以光激光三角法位移測量的原理激光三角法位移測量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被測物體表面，然后從另一角度對物體表面上的激光光斑進(jìn)行成像，物體表面激光照射點(diǎn)的位置高度不同，所接受散射或反射光線的角度也不同，用CCD光電探測器測出光斑像的位置，就可以計算出主光線的角度，從而計算出物體表面激光照射點(diǎn)的位置高度。當(dāng)物體沿激光線方向發(fā)生移動時，測量結(jié)果就將發(fā)生改變，從而實現(xiàn)用激光測量物體的位移。

激光三角法位移測量的原理激光三角法位移測量的原理是，用一束激彩色三維激光掃描測量方法彩色三維激光掃描測量方法激光三角形法原理：激光帶投射到被測物體表面，反射光在圖象傳感器上成像，按照預(yù)設(shè)定的三角形光路原理的測到被測物體的坐標(biāo)，物體的全輪廓是通過多軸可控機(jī)械運(yùn)動輔助獲得。laserstripetriangulation

23,000pointspersecond.

激光三角形法原理：激光帶投射到被測物體表面，反射光在圖象傳感CyberWare測量機(jī)構(gòu)成：平臺傳感器（光學(xué)系統(tǒng)）計算機(jī)處理軟件

Cyberware公司的三維掃描儀，在80年代就被迪斯尼等動畫和特技公司采用，用于"終結(jié)者II"，"侏羅紀(jì)公園"，"蝙蝠俠II"，"機(jī)械戰(zhàn)警"等影片。還用于快速雕塑系統(tǒng)。90年代的掃描儀可對人體全身掃描，給出對象的多邊形、NURBS曲面、點(diǎn)、Spline曲線方式描述，可進(jìn)行彩色掃描。掃描速率可達(dá)1.4萬點(diǎn)/秒。3030RGB型掃描物體的尺寸在30cm，深度方向測量精度100-400μm，用于動畫、人類學(xué)研究、服裝設(shè)計等方面。CyberWare測量機(jī)構(gòu)成：Cyberware公司的三維掃CyberwareCyberware投影光柵法采用普通白光將矩形光柵投影于物體表面，攝取變形光柵圖像，根據(jù)灰度值變化，算出空間坐標(biāo)。光柵編碼法測量組成原理如圖所示，光源照射光柵，經(jīng)過投射系統(tǒng)將光柵條紋投射到被測物體上，經(jīng)過被測物體形面調(diào)制形成測量條紋，由雙目攝像機(jī)接受測量條紋，應(yīng)用特征匹配技術(shù)、外極線約束準(zhǔn)則和立體視覺技術(shù)獲得測量曲面的三維數(shù)據(jù)。投影光柵法采用普通白光將矩形光柵投影于物體表面，攝取變形光反求工程基礎(chǔ)課件ATOS流動光學(xué)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)ATOS流動光學(xué)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)基于相位偏移測量原理的莫爾條紋法

這種測量方法將光柵條紋投射到被測物體表面，光柵條紋受物體表面形狀的調(diào)制，其條紋間的相位關(guān)系會發(fā)生變化，數(shù)字圖像處理的方法解析出光柵條紋圖像的相位變化量來獲取被測物體表面的三維信息。

基于相位偏移測量原理的莫爾條紋法

這種測量方法將光柵條紋投射貼標(biāo)簽定位

貼標(biāo)簽定位

反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件機(jī)器視覺機(jī)器視覺是研究用計算機(jī)來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學(xué)和技術(shù)。機(jī)器視覺系統(tǒng)的首要目標(biāo)是用圖像創(chuàng)建或恢復(fù)現(xiàn)實世界模型，然后認(rèn)知現(xiàn)實世界。機(jī)器視覺系統(tǒng)獲取的場景圖像一般是灰度圖像，即三維場景在二維平面上的投影。此時，場景三維信息只能通過灰度圖像或灰度圖像序列來恢復(fù)處理，這種恢復(fù)需要進(jìn)行多點(diǎn)對一點(diǎn)的映射逆變換。在信息恢復(fù)過程中，還需要有關(guān)的場景知識和投影幾何知識。機(jī)器視覺是在20世紀(jì)50年代從統(tǒng)計模式識別開始的，當(dāng)時的工作主要集中在二維圖像分析和識別上，如光學(xué)字符識別、工件表面、顯微圖片和航空圖片的分析和解釋等。60年代，Roberts(1965)通過計算機(jī)程序從數(shù)字圖像中提取出諸如立方體、楔形體、棱柱體等多面體的三維結(jié)構(gòu)，并對物體形狀及物體的空間關(guān)系進(jìn)行描述。Roberts的研究工作開創(chuàng)了以理解三維場景為目的的三維機(jī)器視覺的研究。Roberts對積木世界的創(chuàng)造性研究給人們以極大的啟發(fā)，許多人相信，一旦由白色積木玩具組成的三維世界可以被理解，則可以推廣到理解更復(fù)雜的三維場景。機(jī)器視覺機(jī)器視覺是研究用計算機(jī)來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的立體視覺測量是根據(jù)同一個三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個（多個）攝象機(jī)拍攝的圖像中的視差，以及攝象機(jī)之間位置的空間幾何關(guān)系來獲取該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。立體視覺測量方法可以對處于兩個（多個）攝象機(jī)共同視野內(nèi)的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測量，而無須伺服機(jī)構(gòu)等掃描裝置。立體視覺測量面臨的最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配的精度與準(zhǔn)確性等問題。近來出現(xiàn)了以將具有空間編碼的特征的結(jié)構(gòu)光投射到被測物體表面制造測量特征的方法有效解決了測量特征提取和匹配的問題，但在測量精度與測量點(diǎn)的數(shù)量上仍需改進(jìn)。

立體視覺測量是根據(jù)同一個三維空間點(diǎn)在不同空間位置的兩個（多個雙目立體視覺雙目立體視覺是機(jī)器視覺的一種重要形式，它是基于視差原理并由多幅圖像獲取物體三維幾何信息的方法。雙目立體視覺系統(tǒng)一般由雙攝像機(jī)從不同角度同時獲得被測物的兩幅數(shù)字圖像，或由單攝像機(jī)在不同時刻從不同角度獲得被測物的兩幅數(shù)字圖像，并基于視差原理恢復(fù)出物體的三維幾何信息，重建物體三維輪廓及位置。雙目立體視覺系統(tǒng)在機(jī)器視覺領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。雙目立體視覺雙目立體視覺是機(jī)器視覺的一種重要形式，它是基于視ICTCT(Computered

Tomography)是Hounsfield

1969年設(shè)計成功，1972年公諸于世的。CT不同于X線成像，它是用X線束對人體層面進(jìn)行掃描，取得信息，經(jīng)計算機(jī)處理而獲得的重建圖像。所顯示的是斷面解剖圖像，其密度分辨力明顯優(yōu)于X線圖像。從而顯著擴(kuò)大了人體的檢查范圍，提高了病變的檢出率和診斷的準(zhǔn)確率。CT也大大促進(jìn)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展。由于這一貢獻(xiàn)，Hounsfield獲得了1979年的諾貝爾獎金。ICTCT(Computered

TomogCT的成像基本原理CT是用X線束對人體某部一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂螅晒怆娹D(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計算機(jī)處理。圖像形成的處理有如對選定層面分成若干個體積相同的長方體，稱之為體素。CT的成像基本原理CT是用X線束對人體某部一定厚度的層面進(jìn)行掃描所得信息經(jīng)計算而獲得每個體素的X線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，即數(shù)字矩陣。數(shù)字矩陣可存貯于磁盤或光盤中。經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把數(shù)字矩陣中的每個數(shù)字轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即象素，并按矩陣排列，即構(gòu)成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖象。每個體素的X線吸收系數(shù)可以通過不同的數(shù)學(xué)方法算出。掃描所得信息經(jīng)計算而獲得每個體素的X線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再CT設(shè)備CT設(shè)備主要有以下三部分：①掃描部分由X線管、探測器和掃描架組成；②計算機(jī)系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行貯存運(yùn)算；③圖像顯示和存儲系統(tǒng)，將經(jīng)計算機(jī)處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機(jī)或激光照相機(jī)將圖像攝下。CT設(shè)備CT設(shè)備主要有以下三部分：①掃描部分由X線管、探測器不同掃描方式探測器從原始的1個發(fā)展到現(xiàn)在的多達(dá)4800個。掃描方式也從平移/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)/固定，發(fā)展到新近開發(fā)的螺旋CT掃描（spiral

Ct

scan）。計算機(jī)容量大、運(yùn)算快，可達(dá)到立即重建圖像。由于掃描時間短，可避免運(yùn)動，例如，呼吸運(yùn)動的干擾，可提高圖像質(zhì)量；層面是連續(xù)的，所以不致于漏掉病變，而且可行三維重建，注射造影劑作血管造影可得CT血管造影（Ct

angiography，CTA）。超高速CT掃描所用掃描方式與前者完全不同。掃描時間可短到40ms以下，每秒可獲得多幀圖像。由于掃描時間很短，可攝得電影圖像，能避免運(yùn)動所造成的偽影，因此，適用于心血管造影檢查以及小兒和急性創(chuàng)傷等不能很好的合作的患者檢查。不同掃描方式探測器從原始的1個發(fā)展到現(xiàn)在的多達(dá)4800個。掃反求工程基礎(chǔ)課件不同的掃描方式不同的掃描方式

超聲波測距原理

超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2超聲波測距原理

超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超

層析法利用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，拍攝多個圖像，利用一個點(diǎn)在多個圖像中的相對位置，通過視差計算距離，從而得到點(diǎn)的空間坐標(biāo)。層析法利用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，拍攝多個圖像，

自動斷層掃描逐層去除材料與逐層掃描相結(jié)合的方法將待測零件用專用樹脂材料（填充石墨粉或顏料）完全封裝，待樹脂固化后，固定到銑床上，進(jìn)行微吃刀量切削，得到包含零件和樹脂材料的截面，移到CCD攝像機(jī)下，對當(dāng)前截面進(jìn)行采樣量化，由于封裝材料與零件存在明顯邊界，利用濾波、邊緣提取、紋理分析、二值化等數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行邊界輪廓提取，得到各輪廓的坐標(biāo)值。重復(fù)步驟2、3，再到銑床上切削，再分析。

自動斷層掃描逐層去除材料與逐層掃描相結(jié)合的自動斷層掃描數(shù)據(jù)自動斷層掃描數(shù)據(jù)各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。到現(xiàn)在為止，還沒有找到一種完全適用于產(chǎn)品開發(fā)要求的快速、精確數(shù)字化測量方法。一是改造傳統(tǒng)的測量設(shè)備，向著高速、高精度、系統(tǒng)化、集成化、智能化的方向發(fā)展。比如對CMM機(jī)在提高測量速度的同時，發(fā)展CMM與光學(xué)系統(tǒng)組合的自動測量系統(tǒng)。二是開發(fā)研制新的測量方法和測量手段。在分析已有數(shù)字化掃描方法的特點(diǎn)和使用場合的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的基于液面的物體輪廓數(shù)字化掃描方法。各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。到現(xiàn)在為止，還沒有找到一種完全適用于產(chǎn)新方法與已有方法不同的是以液體作為中間介質(zhì)，物體零件放入裝有液體的容器中時，液面與物體之間形成的交線，就是被測物體的截面線。通過圖象采集、邊緣處理并幾何建模可以獲得物體的幾何模型。

基于液體的輪廓數(shù)字化掃描方法的原理1容器2、液體3、產(chǎn)品零件4、光學(xué)測量裝置5、液面高度測量裝置6、橫梁7、立柱8、平臺

新方法與已有方法不同的是以液體作為中間介質(zhì)，物體零件放入裝有掃描系統(tǒng)系統(tǒng)組成

圖象采集系統(tǒng)液面控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)圖象采集控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)掃描系統(tǒng)系統(tǒng)組成圖象采集系統(tǒng)1）液體的制備和物體表面處理2）圖象采集方案3）控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)4）圖象處理邊緣提取5）標(biāo)定方法基于液體的輪廓掃描方法的關(guān)鍵技術(shù)

1）液體的制備和物體表面處理基于液體的輪廓掃描方法的關(guān)鍵技樣機(jī)裝置樣機(jī)裝置應(yīng)用實例

外形狀為兔子形的兒童電動汽車玩具外殼實物，其最大尺寸為長X128mm，寬Y68mm，高Z60mm。我們用這種基于液體的技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品輪廓的數(shù)據(jù)采集。采集間距為1mm，每層采集時間為16秒，共采集了61張圖象。

應(yīng)用實例外形狀為兔子形的兒童電動汽車玩具外殼實物，其最大尺反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件測量中的問題

精度標(biāo)定透鏡變形，非線性因素等的影響，存在系統(tǒng)傳感誤差不可測量性陰影、障礙物，夾具多個視點(diǎn)測量，再進(jìn)行多視拼合測量噪聲

被測物體表面特征的影響光潔度、表面涂層對光線的反射率頭發(fā)測量，粗糙表面的典型實例測量中的問題精度標(biāo)定7.2.2測量數(shù)據(jù)類型

散亂點(diǎn)云（PointCloud）掃描線點(diǎn)云網(wǎng)格化點(diǎn)云

三角網(wǎng)格點(diǎn)云

多邊形點(diǎn)云

7.2.2測量數(shù)據(jù)類型散亂點(diǎn)云（PointCloud）散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)測量點(diǎn)沒有明顯的幾何分布特征，呈散亂無序狀態(tài)隨機(jī)掃描下的CMM，光學(xué)測量系統(tǒng)多張數(shù)據(jù)拼合后散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)測量點(diǎn)沒有明顯的幾何分布特征，呈散亂無序狀態(tài)掃描線點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云由一組掃描線組成，掃描線上的所有點(diǎn)位于掃描平面內(nèi)CMM、激光三角形測量系統(tǒng)沿直線掃描、線結(jié)構(gòu)光掃描測量

掃描線點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云由一組掃描線組成，掃描線上的所有點(diǎn)位于掃描掃描線點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描線點(diǎn)云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化電云數(shù)據(jù)表示點(diǎn)云中所有點(diǎn)都與參數(shù)域中一個均勻網(wǎng)格的頂點(diǎn)對應(yīng)網(wǎng)格化插值

網(wǎng)格化電云數(shù)據(jù)表示點(diǎn)云中所有點(diǎn)都與參數(shù)域中一個均勻網(wǎng)格的頂點(diǎn)反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件三角網(wǎng)格點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云中的點(diǎn)與鄰點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系A(chǔ)TOS流動光學(xué)三坐標(biāo)測量機(jī)

三角網(wǎng)格點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云中的點(diǎn)與鄰點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系多邊形點(diǎn)云數(shù)據(jù)測量點(diǎn)分布在一系列平行平面內(nèi)，用一小線段將同一平面內(nèi)距離最小的若干相鄰點(diǎn)依次連接，可形成有嵌套的平行多邊形層切法、核磁共振、工業(yè)CT多邊形點(diǎn)云數(shù)據(jù)測量點(diǎn)分布在一系列平行平面內(nèi)，用一小線段將同一7.2.3測量數(shù)據(jù)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7.2.3測量數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)拼合數(shù)據(jù)拼合也叫多視拼合，因為一次測量完成對全體件的數(shù)字化是很困難的CMM中多次裝夾光學(xué)測量儀中，多視角測量可以在測量過程中由軟件自動拼合，也可以在測量結(jié)束后輸入到反求工程軟件中拼合數(shù)據(jù)拼合也叫多視拼合，因為一次測量完成對全體件的數(shù)字化是很困反求工程基礎(chǔ)課件拼合方法點(diǎn)位法：測量點(diǎn)中確定三個非共線點(diǎn)，作為分視圖的局部坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)拼合方法點(diǎn)位法：測量點(diǎn)中確定三個非共線點(diǎn)，作為分視圖的局部坐拼合結(jié)果拼合結(jié)果數(shù)據(jù)光滑實際測量過程中受到人為或隨機(jī)因素的影響，使得測量結(jié)果包含噪聲，為了降低或消除噪聲對后續(xù)建模質(zhì)量的影響，有必要對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波。人機(jī)交互程序濾波變形光順數(shù)據(jù)光滑實際測量過程中受到人為或隨機(jī)因素的影響，使得測量結(jié)果人工交互人工交互濾波方法高斯濾波：指定域內(nèi)的權(quán)重為高斯分布，平均效果較小，在濾波的同時能較好的保持原數(shù)據(jù)的形貌。DK=D*G平均濾波：采樣點(diǎn)的值取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計平均值。中值濾波：采樣點(diǎn)的值取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計中值，消除數(shù)據(jù)毛刺的效果較好。典型的低通濾波器。在圖像處理中，就是指把以某點(diǎn)(x,y)為中心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度按從大到小的順序排列，將中間值作為(x,y)處的灰度值(若窗口中有偶數(shù)個像素，則取兩個中間值的平均)。濾波方法高斯濾波：指定域內(nèi)的權(quán)重為高斯分布，平均效果較小，在濾波示意圖濾波示意圖程序濾波程序濾波局部特征去除局部特征去除光順效果光順效果數(shù)據(jù)修復(fù)測量過程中因為貼定位片、遮擋等原因?qū)е虏糠謹(jǐn)?shù)據(jù)測量不完整重新測量軟件中修補(bǔ)數(shù)據(jù)修復(fù)測量過程中因為貼定位片、遮擋等原因?qū)е虏糠謹(jǐn)?shù)據(jù)測量不數(shù)據(jù)修復(fù)數(shù)據(jù)修復(fù)修復(fù)修復(fù)數(shù)據(jù)簡化按數(shù)據(jù)點(diǎn)間的距離指定數(shù)據(jù)點(diǎn)間的臨界距離，兩個測點(diǎn)間的距離小于臨界距離，則刪除其中的一個。按給定的法向精度根據(jù)刪除一個點(diǎn)在曲面法向引起的誤差大小作為測點(diǎn)刪除的依據(jù)。測點(diǎn)到最小二乘擬合曲面的垂直距離作為刪除該點(diǎn)引起的近似法向誤差，若小于某一閾值，刪除該點(diǎn)。曲率較小的地方分布較少的點(diǎn)，曲率大或尖銳棱邊保留較多的點(diǎn)。數(shù)據(jù)簡化按數(shù)據(jù)點(diǎn)間的距離反求工程基礎(chǔ)課件給定距離簡化給定距離簡化目錄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)計中的作用目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建與后處理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7.3產(chǎn)品三維CAD模型的重建與后處理7.3.1基于反求1）數(shù)字化/數(shù)據(jù)處理/NC集成系統(tǒng)實物數(shù)字化以后，不建立CAD模型，數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為NC代碼。系統(tǒng)集成好，掃描與加工一體化。缺點(diǎn)是精度較低，無法實現(xiàn)再設(shè)計以及產(chǎn)品資料積累。2）三維模型重構(gòu)系統(tǒng)三維模型重構(gòu)系統(tǒng)是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界,尤其是CAD/CAM領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。要求是保型性和快捷性。目前研究的熱點(diǎn)是三維測量數(shù)據(jù)分割和擬合技術(shù)。三維模型重建的研究現(xiàn)狀1）數(shù)字化/數(shù)據(jù)處理/NC集成系統(tǒng)三維模型重建的研究現(xiàn)狀7.3.1基于反求工程的產(chǎn)品模型

反求工程三維CAD模型的幾何建模稱為模型重構(gòu)（或重建），是為了進(jìn)行模型的修改和再設(shè)計，這是反求工程的一個必不可少的關(guān)鍵步驟。

產(chǎn)品模型通過幾何建模軟件來實現(xiàn)，幾何建模主要處理零件的幾何信息和拓?fù)湫畔?。一般意義建模有線框建模、表面建模和實體建模。

7.3.1基于反求工程的產(chǎn)品模型反求工程三維CAD模型的描述三維CAD模型方式描述三維CAD模型主要有邊界表示法B-rep，構(gòu)造立體幾何法CSG，小平面模型等，從計算機(jī)內(nèi)部組織來描述產(chǎn)品實體幾何建模的主要是邊界模式B-rep和小平面片模式。

描述三維CAD模型方式描述三維CAD模型主要有邊界表示法B-基于反求工程的產(chǎn)品模型

常規(guī)的曲面或?qū)嶓w幾何模型

小平面STL模型

混合模型

基于反求工程的產(chǎn)品模型7.3.2基于曲線的曲面模型的構(gòu)建

表面片的擬合：將采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為要求的表面。主要采取插值與逼近方法。

插值（通過點(diǎn)）逼近（FIT）與曲面構(gòu)建流程

7.3.2基于曲線的曲面模型的構(gòu)建表面片的擬合：將采集的7.3.3特征技術(shù)在反求工程中的應(yīng)用

在反求工程中，采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)集僅僅表達(dá)了物體表面上的組成點(diǎn)以及點(diǎn)的位置，不能表達(dá)產(chǎn)品各部分間的拓?fù)潢P(guān)系等，而利用這些點(diǎn)直接構(gòu)建幾何表面或希望采用特征自動識別方法很困難的，因此如何快速的進(jìn)行產(chǎn)品模型的重構(gòu)是目前反求工程一個難點(diǎn)。

7.3.3特征技術(shù)在反求工程中的應(yīng)用在反求工程中，采集的特征技術(shù)特征的定義：特征被定義為形狀特征和（或）語義。特征：=形狀特征ν語義特征模型的生成方法：交互式特征定義特征識別基于特征設(shè)計

特征的抽象和分類原則：(1)

特征要滿足設(shè)計和制造需求(2)特征要具有典型性和普遍性(3)注重特征間相互聯(lián)系(4)特征要便于描述和表達(dá)特征技術(shù)特征的定義：特征被定義為形狀特征和（或）語義。面向反求工程的特征技術(shù)

根據(jù)在對零件的特點(diǎn)以及在逆向建模的具體要求，用特征建模的設(shè)計思想進(jìn)行模型的重構(gòu)是符合實際的建模思想。因此我們提出將反求工程的建模作為一種特殊的產(chǎn)品類別來考慮，建立符合反求工程的建模的特征分類和有效的特征庫，實現(xiàn)快速的建模方法。反求工程中的特征的抽象和分類：

功能特征（是通過設(shè)計理論而不是采取形狀逆向）裝配特征（裝配位置和尺寸的精度設(shè)計）自由曲面的特征（曲面的構(gòu)建理論和分析技術(shù)）其他特征（設(shè)計一般比較隨意）面向反求工程的特征技術(shù)根據(jù)在對零件的特點(diǎn)以及在逆向建模的具基于UG的反求工程特征建模

根據(jù)反求工程曲面構(gòu)建的步驟和特征建模方法進(jìn)行開發(fā)，符合反求工程模型構(gòu)建的思維方式。反求工程菜單由數(shù)據(jù)導(dǎo)入、曲線擬合與處理、曲面特征、裝配特征、功能特征、和其他特征組成?；赨G的反求工程特征建模根據(jù)反求工程曲面構(gòu)建的步驟和特征7.3.4反求工程特征建模實例

基于曲線的曲面模型重構(gòu)實例

1）慶鈴汽車方燈支架

2）LONCIN摩托車大梁

7.3.4反求工程特征建模實例基于曲線的曲面模型重構(gòu)實例反求工程特征建模事例

1）摩托車燈座

2）望遠(yuǎn)鏡外殼反求工程特征建模事例1）摩托車燈座2）望遠(yuǎn)鏡外殼目錄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)計中的作用目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.7.4反求工程在工業(yè)設(shè)計中的作用反求工程是綜合性很強(qiáng)的術(shù)語，它是以設(shè)計方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計的設(shè)計，這就是反求工程的含義，特別強(qiáng)調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。。反求的目標(biāo)如僅限于仿制，是最原始、低級的模仿，其質(zhì)量和生命周期不會有競爭力，更嚴(yán)重的是侵權(quán)行為，要受產(chǎn)權(quán)保護(hù)制裁。正設(shè)計和反設(shè)計既有區(qū)別又相輔相成，具有豐富正設(shè)計經(jīng)驗和水平的人，可以顯著提高反求水平；反設(shè)計的成功經(jīng)驗可以促進(jìn)正設(shè)計的水平。但缺乏正設(shè)計經(jīng)驗者，反設(shè)計中也不能充分消化吸收。作為一個國家來說，吃透別人的技術(shù)僅僅是第一步，在此基礎(chǔ)上結(jié)合國情進(jìn)行再創(chuàng)造，變成有自主權(quán)和競爭力的新產(chǎn)品，才是反求工程的完整意義和目的。7.4反求工程在工業(yè)設(shè)計中的作用反求工程是綜合性很強(qiáng)的術(shù)產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中的反求工程已有產(chǎn)品分析認(rèn)識實物樣品表面數(shù)字化曲面重建產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計草圖CAID快速制造生產(chǎn)評估數(shù)據(jù)庫集成反求工程技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)模型產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中的反求工程已有產(chǎn)品分析認(rèn)識實物樣品表面數(shù)字化曲工業(yè)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計方法使用計算機(jī)進(jìn)行建模和修改時可以采用的創(chuàng)新設(shè)計方法：角形創(chuàng)新法：從正方形、等邊三角形、圓形可以演變成任意幾何形狀線性組合創(chuàng)新法：似變非變、以新帶舊、推陳出新，適合于同類產(chǎn)品的更新和開發(fā)藤形組合創(chuàng)新法：以獨(dú)家設(shè)計為主藤，向外延伸并與異類組合樹形組合創(chuàng)新法：線形組合、藤形組合的再組合，根深、干壯、枝繁、葉茂放大縮小創(chuàng)新法：要在放大縮小過程中進(jìn)行技術(shù)革新工業(yè)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計方法使用計算機(jī)進(jìn)行建模和修改時可以采用的反求工程對工業(yè)設(shè)計的推動作用開發(fā)產(chǎn)品時應(yīng)該注意的幾個方面：工業(yè)設(shè)計貫穿產(chǎn)品開發(fā)的全過程通過工業(yè)設(shè)計產(chǎn)生新的價值，提高市場競爭力從技術(shù)為主導(dǎo)的開發(fā)轉(zhuǎn)向需求為主導(dǎo)的開發(fā)反求工程與快速成形制造相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)：只有工業(yè)設(shè)計師與制造工程師通力合作才能設(shè)計出卓越的產(chǎn)品能夠培養(yǎng)優(yōu)秀的具有多方面能力的設(shè)計人才有利于加快我國產(chǎn)品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)國際競爭力，迅速接近國際水平反求工程對工業(yè)設(shè)計的推動作用開發(fā)產(chǎn)品時應(yīng)該注意的幾個方面：反求工程與知識產(chǎn)權(quán)任何一項新技術(shù)、新產(chǎn)品，應(yīng)該受到有關(guān)保護(hù)法（如專利法、知識產(chǎn)權(quán)法、商標(biāo)法等）的法律保護(hù)，這是國際性的共同行為規(guī)范，這才能引導(dǎo)正常的市場競爭和貿(mào)易。反求工程絕不等于偷技術(shù)，它是在科技道德和法律制約下，從學(xué)術(shù)、工程、技術(shù)方面來促進(jìn)科技的發(fā)展。這是因為：（1）任何產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)，總要借鑒、繼承已有的知識和技術(shù)，市場上的產(chǎn)品總要被別人借鑒，關(guān)鍵要劃清產(chǎn)權(quán)的界限。（2）青出于藍(lán)而勝于藍(lán)是發(fā)展規(guī)律，通過反求來發(fā)展新產(chǎn)品，起點(diǎn)高，周期短，成效快，決非照抄照搬。（3）科學(xué)的反求，有助于促進(jìn)技術(shù)革新，擴(kuò)大眼界，有助于盡快培養(yǎng)新人。

但應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，作為一個國家、民族，為發(fā)展科技和振興經(jīng)濟(jì)，不能全靠反求來生存；鼓勵獨(dú)立的創(chuàng)造性永遠(yuǎn)是主旋律或主題。

反求工程與知識產(chǎn)權(quán)任何一項新技術(shù)、新產(chǎn)品，應(yīng)該受到有關(guān)保護(hù)法模仿只是一個階段，要想取得真正的發(fā)展還是要靠自身的技術(shù)創(chuàng)新。因此，模仿的最終目的還是為了創(chuàng)新，就像錢鐘書所說的“模仿引進(jìn)創(chuàng)造，附庸風(fēng)雅會養(yǎng)成內(nèi)行的鑒賞，世界上不少真貨色都是從冒牌起來的”。在中國民族自主品牌的發(fā)展道路上，暫時的模仿只是一種表象；而不斷的尋求突破和超越創(chuàng)新才是靈魂。

模仿只是一個階段，要想取得真正的發(fā)展還是要靠自身的技術(shù)創(chuàng)新。如圖a所示，在葉輪基體數(shù)據(jù)采樣區(qū)域采集基體數(shù)據(jù)，然后讀入到專用反向處理軟件，經(jīng)過一系列處理后得到葉輪基體，如圖b所示。葉輪基體的反求設(shè)計如圖a所示，在葉輪基體數(shù)據(jù)采樣區(qū)域采集基體數(shù)據(jù)，然后讀入到專葉輪葉片的反求設(shè)計在葉片數(shù)據(jù)采樣區(qū)域采集四個自由曲面的數(shù)據(jù)，讀入到專用反向處理軟件，生成葉片外形曲面，如圖c所示，同時將曲面讀入大型CAD軟件中進(jìn)行處理，生成實體，然后通過實體切割，生成葉片實體，如圖d所示。在CAD系統(tǒng)中，對葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)陣列，并與葉輪基體組合，生成葉輪實體，然后對葉輪表面內(nèi)偏置測頭半徑1mm，完成最終造型，如圖e所示。

葉輪葉片的反求設(shè)計在葉片數(shù)據(jù)采樣區(qū)域采集四個自由曲面的數(shù)據(jù)，a圖是高爾夫球拍自由曲面掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)云。采用掃描技術(shù)對自由曲面進(jìn)行密集測量，將采集到數(shù)兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，有時甚至達(dá)到數(shù)十兆字節(jié)，這樣的測量結(jié)果可形象地稱之為“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量大，不便于快速處理，甚至CAD系統(tǒng)無法接受，因此，一般在計算機(jī)輔助反求設(shè)計中，經(jīng)常需要將數(shù)據(jù)壓縮，壓縮之后，數(shù)據(jù)量將大幅下降。

b圖是壓縮之后的掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)。將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)讀入到CAD系統(tǒng)，生成NURBS曲面。c圖是重構(gòu)之后的高爾夫球拍NURBS自由曲面。高爾夫球拍自由曲面的反求設(shè)計a圖是高爾夫球拍自由曲面掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)云。采用掃描技術(shù)對自由曲面下圖為某鞋廠新款鞋樣實施反求工程，采用線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器坐標(biāo)測量系統(tǒng)對鞋楦進(jìn)行測量、建模，獲得的模型。鞋樣的反求設(shè)計下圖為某鞋廠新款鞋樣實施反求工程，采用線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器坐標(biāo)反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件反求工程基礎(chǔ)課件ThankYou!ThankYou!工業(yè)設(shè)計工程基礎(chǔ)

第七章反求工程基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)計工程基礎(chǔ)

第七章反求工程基礎(chǔ)引言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。引言INTRODUCTION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)計中的作用目錄7.1反求工程概念7.2實體數(shù)據(jù)測量與反求7.7.1反求工程概念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反求工程概念7.1.1反求工程含義7.1.2反7.1.1反求工程含義以已有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，進(jìn)行消化、吸收并加以創(chuàng)新改進(jìn)，使之成為新產(chǎn)品的產(chǎn)品開發(fā)模式，即為反求工程(ReverseEngineering)。反求工程也是一項涉及多學(xué)科、多種技術(shù)交叉的綜合工程。在機(jī)械領(lǐng)域中，反求工程是在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現(xiàn)有零件的模型（稱為零件原形），利用各種數(shù)字化技術(shù)及CAD技術(shù)重新構(gòu)造原形CAD模型的過程。據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗，給人們有益的啟示。其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競爭力。7.1.1反求工程含義以已有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，進(jìn)行消化、吸收并加工業(yè)設(shè)計與反求工程工業(yè)設(shè)計是解決工業(yè)產(chǎn)品中“人與物”關(guān)系問題的創(chuàng)造性學(xué)科，研究產(chǎn)品的使用方法設(shè)計、使用功能設(shè)計、外觀造型設(shè)計、色彩設(shè)計、操作指示及表面裝飾設(shè)計等。工業(yè)設(shè)計分類：視覺傳達(dá)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、環(huán)境設(shè)計現(xiàn)行設(shè)計條件困擾：零件形狀復(fù)雜，用CAD準(zhǔn)確造型困難；造型設(shè)計大師用手繪或手工捏塑的設(shè)計方案難以用電腦在現(xiàn)；在沒有圖樣和參數(shù)的情況下需要用實物仿制、再設(shè)計和改進(jìn)，特別是復(fù)雜曲面；計算機(jī)模型不能提供產(chǎn)品的全部信息，如手感；計算機(jī)模型智能模擬我們已知的環(huán)境，也需要檢驗。工業(yè)設(shè)計與反求工程工業(yè)設(shè)計是解決工業(yè)產(chǎn)品中“人與物”關(guān)系問題反求工程定義反求工程，也稱逆向工程、反向工程等，是近幾年來迅速發(fā)展的一門工程技術(shù)．它集光學(xué)、電子、自動控制、機(jī)械、計算機(jī)視覺和數(shù)字圖象處理等高新技術(shù)為一體。以產(chǎn)品的實物、軟件（圖紙、程序、技術(shù)文件和工藝流程等）、影象（圖片、照片）作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論、生產(chǎn)工程學(xué)、材料科學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行深入系統(tǒng)地分析和研究，進(jìn)而開發(fā)出同類的產(chǎn)品。廣義的產(chǎn)品反求工程包括形狀（幾何）反求、工藝反求和材料反求等狹義的實物反求工程：由于產(chǎn)品實物是面向消費(fèi)市場最廣、最多的一類設(shè)計成果，也是最容易獲得的研究對象。目前，這種從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型并制造得到新產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，發(fā)展成為一個相對獨(dú)立的領(lǐng)域。反求工程定義反求工程，也稱逆向工程、反向工程等，是近幾年來迅反求工程流程正向設(shè)計：市場調(diào)研、設(shè)計要求設(shè)計制造產(chǎn)品反求工程：已有產(chǎn)品信息消化、理解、再創(chuàng)新新產(chǎn)品反求工程流程正向設(shè)計：市場調(diào)研、設(shè)計要求設(shè)計制造產(chǎn)品反反求工程基礎(chǔ)課件在設(shè)計階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工藝等觀點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品的造型設(shè)計。不同的產(chǎn)品規(guī)劃，導(dǎo)致了不同的產(chǎn)品設(shè)計方法。通常全新產(chǎn)品的設(shè)計就是通常意義的設(shè)計，也稱為正向設(shè)計。而隨著目前產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短和多品種、小批量生產(chǎn)模式使新產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越短，改進(jìn)往往只是將已經(jīng)有的產(chǎn)品設(shè)計方案作局部的或布局方面的較小的改動使之呈現(xiàn)出美觀、多樣化的特點(diǎn)。反求工程技術(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計制造系統(tǒng)的一個有機(jī)補(bǔ)充部分，在新品開發(fā)及改型設(shè)計中應(yīng)運(yùn)而生。目前逆向設(shè)計已經(jīng)成為產(chǎn)品開發(fā)中的一個重要的方法。

7.1.2反求工程起源在設(shè)計階段，就是根據(jù)產(chǎn)品特性模型，開始按功能、幾何、結(jié)構(gòu)、工實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊(yùn)含著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承和應(yīng)用借鑒。因而反求思維在工程中的應(yīng)用已源遠(yuǎn)流長，而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究，則是60年代初出現(xiàn)的。二次大戰(zhàn)中，幾十個國家卷入戰(zhàn)禍，二戰(zhàn)結(jié)束后，急于恢復(fù)和振興經(jīng)濟(jì)。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進(jìn)，二代國產(chǎn)化，三代改進(jìn)出口，四代占領(lǐng)國際市場”其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。為要國產(chǎn)化的改進(jìn)，迫切需要對別國產(chǎn)品進(jìn)行消化、吸收、改進(jìn)和挖潛。這就是反求設(shè)計（InverseDesign）或反求工程（Inverse

Engineering），這兩者是同一內(nèi)涵，僅是不同國家的不同提法。發(fā)展到現(xiàn)在，己成為世界各國在發(fā)展經(jīng)濟(jì)中不可缺少的手段或重要對策，反求工程的大量采用為日本的經(jīng)濟(jì)振興、進(jìn)而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好基礎(chǔ)。

實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊(yùn)含著對已有先進(jìn)產(chǎn)品通常是采用先進(jìn)的設(shè)計手段和工具設(shè)計的。先進(jìn)的設(shè)計理論和設(shè)計方法是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的理論基礎(chǔ)，而先進(jìn)的設(shè)計手段和工具則是先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的實踐技術(shù)。在進(jìn)行反求工程分析的過程中，除了要求工程技術(shù)人員要具有基礎(chǔ)理論（如數(shù)學(xué)，力學(xué)等）和有關(guān)專業(yè)的理論和知識外，還要求具有系統(tǒng)工程、價值工程、優(yōu)化設(shè)計、工業(yè)造型、相似理論、人機(jī)工程學(xué)等現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，并且還要求工程技術(shù)人員及時地跟蹤有關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動向，能準(zhǔn)確地把握住該類產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)，以求達(dá)到對研究對象的全面的分析、研究。

先進(jìn)產(chǎn)品通常是采用先進(jìn)的設(shè)計手段和工具設(shè)計的。先進(jìn)的設(shè)計理論2007年9月11-23日，以“科技和綠色”為主題的法蘭克福車展盛裝開幕，雙環(huán)CEO展出而雙環(huán)小貴族而未參展，立刻成為中外媒體關(guān)注的焦點(diǎn)(石家莊雙環(huán)汽車股份有限公司)

。法蘭克福車展開幕前起訴了該車的進(jìn)口商（雙環(huán)小貴族被指抄襲Smart）法蘭克福車展后，寶馬起訴了該車的進(jìn)口商（雙環(huán)CEO被指抄襲寶馬X5）8月28日來華訪問的德國總理默克爾在中國科學(xué)院演講時表示：“如果一輛酷似Smart的轎車突然出現(xiàn)在你面前，但它其實并不是Smart，而是通過不完全合法的手段生產(chǎn)出來的抄襲車款，這非常不好?！蹦藸柋硎荆聡鴮⒐_提出這種剽竊和盜版的問題，她認(rèn)為這種抄襲行為不僅損害了外國公司的利益，而且也會損傷中國汽車的獨(dú)創(chuàng)性。被正在中國訪問的客人當(dāng)面發(fā)出抗議及警告，無疑是在國人臉上打了一巴掌，盡管現(xiàn)在我們?nèi)詿o法確定雙環(huán)究竟是模仿還是抄襲。2004/12/17奇瑞QQ并不是抄襲通用SPARK

2007年9月11-23日，以“科技和綠色”為主題的法蘭克福戴姆勒-克萊斯勒公司則認(rèn)為雙環(huán)小貴族迷你車的外觀設(shè)計與其SmartFortwo的相似，并在法蘭克福車展開幕前起訴了該車的進(jìn)口商，并稱，可能是起訴導(dǎo)致了小貴族沒能在車展展出。不告訴你誰是誰，你分辨得出哪是小貴族，哪是SmartFortwo嗎？戴姆勒-克萊斯勒公司則認(rèn)為雙環(huán)小貴族迷你車的外觀設(shè)計與其Sm雙環(huán)CEO寶馬X5

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雙環(huán)CEO寶馬X5

http://auto.163.co國家專利局的25項專利無疑為ＱＱ提供了一道天然屏障。模仿并非壞事。魯迅先生曾說：“世上本無路，走的人多了，也便成了路?！钡谝粋€探路的人當(dāng)然是英雄，可緊接著模仿前者而跟進(jìn)的，何嘗不是好漢？錢鐘書所說的“模仿引進(jìn)創(chuàng)造，附庸風(fēng)雅會養(yǎng)成內(nèi)行的鑒賞，世界上不少真貨色都是從冒牌起來的”。在中國民族自主品牌的發(fā)展道路上，暫時的模仿只是一種表象；而不斷的尋求突破和超越創(chuàng)新才是靈魂。但如何進(jìn)行反求？國家專利局的25項專利無疑為ＱＱ提供了一道天然屏障。7.1.3反求工程的設(shè)計程序

（l）確定反求對象（2）分析反求對象（3）進(jìn)行反求設(shè)計7.1.3反求工程的設(shè)計程序

（l）確定反求對象

反求工程技術(shù)的研究對象反求工程技術(shù)的研究對象多種多樣，所包含的內(nèi)容也比較多，主要可以分為以下三大類：①實物反求：主要是指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實物本身；信息源為產(chǎn)品實物模型，應(yīng)用最廣；②軟件反求：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖樣、程序、技術(shù)文件等；信息源為產(chǎn)品工程圖樣、數(shù)控程序、技術(shù)文件等技術(shù)軟件；③影像反求：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片、照片或以影像形式出現(xiàn)的資料；信息源為圖片、照片或影像等資料。

反求工程技術(shù)的研究對象反求工程技術(shù)的研究對象反求工程影響因素實現(xiàn)影響因素信息源的形式反求對象的形狀、結(jié)構(gòu)和精度要求制造企業(yè)的軟、硬件條件及工程技術(shù)人員本身的素質(zhì)反求工程影響因素實現(xiàn)影響因素

對反求對象分析從功能、原理方案、零部件結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、加工裝配工藝等有全面深入的了解，明確其關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)，對設(shè)計特點(diǎn)和不足之處作出必要的評估。在對反求對象的各種分析中，功能及原理方案是關(guān)鍵。

設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析材料的分析工藝、裝配分析精度的分析造型的分析系列化、模塊化分析對反求對象分析從功能、原理方案、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析

要分析一個產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想分析入手。產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想決定了產(chǎn)品的設(shè)計方案，深入分析并掌握產(chǎn)品的設(shè)計指導(dǎo)思想是分析了解整個產(chǎn)品設(shè)計的前提。

充分了解反求對象的功能有助于對產(chǎn)品原理方案的分析、理解和掌握，才有可能在進(jìn)行反求設(shè)計時得到基于原產(chǎn)品而又高于原產(chǎn)品的原理方案，這才是反求工程技術(shù)的精髓所在。

設(shè)計指導(dǎo)思想、功能原理方案分析

要分析一個產(chǎn)品，首先要從產(chǎn)品材料的分析對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結(jié)構(gòu)的分析和材料的性能檢測幾大部分。其中，常用的材料成分分析方法有：鋼種的火花鑒別法，鋼種聽音鑒別法，原子發(fā)射光譜分析法，紅外光譜分析法和化學(xué)分析微探針分析技術(shù)等；材料的結(jié)構(gòu)分析主要是分析研究材料的組織結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及相之間的位相關(guān)系，可分為宏觀組織分析和微觀組織分析；性能檢測主要是檢測其力學(xué)性能和磁、電、聲、光、熱等物理性能。反求對象材料分析的一般過程如圖所示。在對反求對象進(jìn)行材料分析時，要充分考慮到材料表面的改性處理技術(shù)。

材料的分析對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組制造工藝、裝配分析反求設(shè)計和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可。在缺乏制造原型產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)備與先進(jìn)工藝方法和未掌握某些技術(shù)訣竅的情況下，對反求對象進(jìn)行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法：

l）采用反判法編制工藝規(guī)程。以零件的技術(shù)要求如尺寸精度、形位公差、表面質(zhì)量等為依據(jù)，查明設(shè)計基準(zhǔn)，分析關(guān)鍵工藝，優(yōu)選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規(guī)程。

2）改進(jìn)工藝方案，保證引進(jìn)技術(shù)的原設(shè)計要求。在保證引進(jìn)技術(shù)的設(shè)計要求和功能的前提條件下，局部地改進(jìn)某些實現(xiàn)較為困難的工藝方案。對反求對象進(jìn)行裝配分析主要是考慮用什么裝配工藝來保證性能要求、能否將原產(chǎn)品的若干個零件組合成一個部件及如何提高裝配速度等等。

3）用曲線對應(yīng)法反求工藝參數(shù)。先將需分析的產(chǎn)品的性能指標(biāo)或工藝參數(shù)建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據(jù)已知點(diǎn)或某些特殊點(diǎn)把工藝參數(shù)及其有關(guān)的量與性能的關(guān)系擬合出一條曲線，并按曲線的規(guī)律適當(dāng)拓寬，從曲線中找出相對于第一參照系性能指標(biāo)的工藝參數(shù)，就是需求的工藝參數(shù)。

4）材料國產(chǎn)化，局部改進(jìn)原型結(jié)構(gòu)以適應(yīng)工藝水平。由于材料對加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無法保證使用原產(chǎn)品的制造材料時，或在使用原產(chǎn)品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求時，可以使用國產(chǎn)化材料，以適應(yīng)目前的工藝水平。制造工藝、裝配分析反求設(shè)計和反求工藝是相互聯(lián)系的，缺一不可精度的分析產(chǎn)品的精度直接影響到產(chǎn)品的性能，對反求分析的產(chǎn)品進(jìn)行精度分析，是反求分析的