逆向工程技術(shù)概述1關(guān)于課程2.本課程的研究對象及內(nèi)容：研究對象：實物、樣件、軟件或影像作。

研究內(nèi)容：1）逆向工程數(shù)據(jù)測量與處理2)三維CAD模型重構(gòu)（UG軟件）

3）快速成型技術(shù)（快速成型數(shù)據(jù)處理、快速成型制造的典型工藝、后處理）3.學習目的:為模具產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計打下良好基礎(chǔ)為現(xiàn)有模具設(shè)計與制造的合理使用和革新改造打基礎(chǔ).為將來的就業(yè)打基礎(chǔ).培養(yǎng)綜合考慮問題的能力.4.學習方法:1)每個人的基礎(chǔ)不同,所以學習方法不一樣,但有一點是相同的就是:興趣。對該門課程感興趣,才有動力去學習.2)本門課程注重實踐,多觀察、分析與思考,是一門實訓做一體化課程,所以要求多做多練習.3).善于發(fā)現(xiàn)事物的共性、個性.5.本課程的學習要求（考核方式）本課程考核采取形成性考核+期末考試兩種方式，兩部分的比例為：課程考核成績=形成性考核成績（50%）+期末考（50%）本課程的形成性考核選擇平時表現(xiàn)考核、平時作業(yè)考核、實訓考核成績3種類型進行，3種類型的分數(shù)比例為：形成性考核成績=平時表現(xiàn)考核成績（30%）+平時作業(yè)考核成績（30%）+實訓考核成績（40%）二、逆向工程的定義：

1.逆向工程的發(fā)展歷史：

從20世紀60年代的“如何做的更多”、70年代的“如何做的更便宜”、80年代的“如何做的更好”、發(fā)展到90年代的“如何做的更快”。因此，市場要求技術(shù)革新，逆向工程技術(shù)在20世紀90年代開始引起各國工業(yè)界和學術(shù)界的重視，到目前只有十多年的歷史。所以可稱之為“新技術(shù)”。2.逆向工程的設(shè)計：A.傳統(tǒng)的正向產(chǎn)品造型設(shè)計，一般是對市場進行調(diào)研并確定了大量需求信息后，由設(shè)計人員分析、構(gòu)思產(chǎn)品模型的概念，草繪出產(chǎn)品零件平面圖，進行必要的設(shè)計計算與校核，形成產(chǎn)品稍完整的設(shè)計方案后，即著手完成三維簡約幾何造型，再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或試做簡易的實物模型。B.逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進一步利用CAD/CAE/CAM以及CIMS等先進技術(shù)對其進行處理。它的設(shè)計流程如下圖所示，與傳統(tǒng)正向設(shè)計的不同之處在于設(shè)計的起點不同，相應(yīng)的設(shè)計自由度和設(shè)計要求也不相同。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計：概念設(shè)計圖樣產(chǎn)品。逆向產(chǎn)品設(shè)計：產(chǎn)品圖樣產(chǎn)品。3.逆向工程概念：

1）.逆向工程（ReverseEngineening,RE），也稱為反求工程，反向工程。廣義的逆向工程包括：幾何形狀逆向、工藝逆向、材料逆向等是一個復雜的系統(tǒng)工程。本課程的研究的是幾何形狀逆向，即重建產(chǎn)品實物的CAD模型和最終產(chǎn)品的制造方面，又稱為“實物逆向工程”。狹義逆向工程：是將實物轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。舉例：汽車儀表盤逆向設(shè)計開發(fā)過程2）專業(yè)術(shù)語：

計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign,CAD)

計算機輔助制造（ComputerAidedManufactucturing,CAM）計算機輔助工程（ComputerAidedEngineering，CAE

）計算機輔助工藝過程設(shè)計（computeraidedprocessplanning,CAPP）快速成型制造（RapidPrototypeManufacturing,RPM）快速模具（Rapidtooling,RT）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ProductDataMangement,PDM）計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSistem,CIMS）三、逆向工程的工作流程

逆向工程的一般過程可分為：（見圖1-3）樣件三維數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)處理CAD三維模型重構(gòu)模型制造。1.數(shù)據(jù)測量：是逆向工程的第一步，是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)測量的設(shè)備：三坐標測量機（CMM）、激光三維掃描、結(jié)構(gòu)光測量，光柵照相式三維掃描儀、CT掃描儀等。就測頭結(jié)構(gòu)原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種，其中，接觸式測頭又可分為硬測頭和軟測頭兩種，這種測頭與被測頭物體直接接觸，獲取數(shù)據(jù)信息。非接觸式測頭則是應(yīng)用光學及激光的原理進行的。（將在第二章詳細講解）

實訓室使用的：是西安交大生產(chǎn)的面結(jié)構(gòu)光投影照相式三維掃描儀。2.數(shù)據(jù)處理：通過三坐標測量機得到的點數(shù)據(jù)，存在著噪聲和誤差等，需要將點數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)化，噪聲濾除、平滑、對齊、合并、插值補點，數(shù)據(jù)精簡，數(shù)據(jù)分割等一系列的數(shù)據(jù)處理。3.三維模型重構(gòu)（第三章詳解）1）模型重構(gòu)是對上一步驟處理的數(shù)據(jù)利用逆向工程軟件進行曲面擬合，讓然后通過點線面的求交，拼接，匹配，連接成光滑曲面，從而活得產(chǎn)品模型的一個過程，是逆向工程中最重要和最復雜的一個階段。

2）專用逆向工程軟件簡介：（1）Imageware由美國EDS公司出品，是最著名的逆向工程軟件，正被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設(shè)計與制造領(lǐng)域。具有強大的測量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測功能，具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。

（2）Geomagic由美國Raindrop(雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測軟件。GeomagicStudio可輕易地從掃描所得的點云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為NURBS曲面。該軟件也是除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件。（3）CopyCAD是由英國DELCAM公司出品的功能強大的逆向工程系統(tǒng)軟件，它能允許從已存在的零件或?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型。該軟件為來自數(shù)字化數(shù)據(jù)的CAD曲面的產(chǎn)生提供了復雜的工具。CopyCAD能夠接受來自坐標測量機床的數(shù)據(jù)，同時跟蹤機床和激光掃描器。

（4）RapidForm是韓國INUS公司出品的全球四大逆向工程軟件之一，RapidForm提供了新一代運算模式，可實時將點云數(shù)據(jù)運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為三維掃描后處理之最佳化的接口。

RapidForm主要優(yōu)勢包括：多點云數(shù)據(jù)管理介面、多點云處理技術(shù)、快速點云轉(zhuǎn)換成多邊形曲面的計算法、彩色點云數(shù)據(jù)處理及點云合并功能。

4.快速成型制造

是逆向工程的最后一個步驟，是制造業(yè)的技術(shù)革新，快速成型技術(shù)的工藝方法有很多，其中常見的是：光固化成型（SLA），選擇性激光燒結(jié)（SLS）,分層實體制造（LOM），熔融沉積制造（FDM）等。SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計算機控制激光束對光敏樹脂為原料的表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層（約十分之幾毫米）產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離，以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反復，直到整個原型制造完畢。由于光聚合反應(yīng)是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。此外，因為沒有熱擴散，加上鏈式反應(yīng)能夠很好地控制，能保證聚合反應(yīng)不發(fā)生在激光點之外，因而加工精度高，表面質(zhì)量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀復雜、精細的零件，效率高。對于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進行制作。

美國、日本、德國、比利時等都投入了大量的人力、物力研究該技術(shù)，并不斷有新產(chǎn)品問世。我國西安交通大學也研制成功了立體光造型機LPS600A。目前，全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品。四、逆向工程系統(tǒng)的組成

逆向工程是一個系統(tǒng)工程，它在工程分析的基礎(chǔ)上，數(shù)控加工出產(chǎn)品模具，最后制成產(chǎn)品。實現(xiàn)產(chǎn)品或模型→設(shè)計→產(chǎn)品的整個生產(chǎn)流程。包含的系統(tǒng)軟硬件有：

1.測量機與測量探頭2.（CAD）模型重構(gòu)軟件3.CAE軟件4.CNC加工設(shè)備5.快速成型機6.產(chǎn)品制造設(shè)備

五、逆向工程的應(yīng)用隨著制造業(yè)的發(fā)展逆向工程應(yīng)用場合越來越多：1）對產(chǎn)品外形的美學有特別要求的領(lǐng)域。2）對設(shè)計需要通過測試實驗才能定型生產(chǎn)的模型。3）有產(chǎn)品，沒有產(chǎn)品的設(shè)計圖樣或設(shè)計圖樣不完整，沒有CAD模型的情況下，可使用逆向技術(shù)復制一個相同零件。4）應(yīng)用在模具行業(yè)。（應(yīng)用在經(jīng)常需要反復修改原始設(shè)計的模具型面）5）用在一些藝術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域。6）應(yīng)用在新產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計上。7）應(yīng)用在破損的文物、藝術(shù)品的修復上。8）特種服裝、頭盔的制造需要使用者的身體作為原始設(shè)計依據(jù)。9）從已有產(chǎn)品零件直接快速生成STL模型，用于快速成型（RP）或模具設(shè)計，等等。模具樣品開發(fā)：汽機車類、家電制品、運動器材、玩具、陶瓷等。

快速原型制作：古董、人像、藝術(shù)品、卡通人物、玩具等。

人體形狀測量：人體外形測量、醫(yī)療器材制作等。

造型設(shè)計：立體動畫、多媒體虛擬實景、廣告動畫等。

六、逆向工程與產(chǎn)品創(chuàng)新1.創(chuàng)新設(shè)計的定義：是指設(shè)計者利用已有的相關(guān)科學技術(shù)成果進行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計出具有科學性、創(chuàng)造性、新穎性及實用性產(chǎn)品的一種實踐活動。2.創(chuàng)新設(shè)計的基本特征：新穎性與創(chuàng)造性。3.創(chuàng)新設(shè)計的類型是：原創(chuàng)型與基于原型的創(chuàng)新設(shè)計。4.創(chuàng)新設(shè)計的方法：組合、類比、轉(zhuǎn)化等。5.逆向與創(chuàng)新的聯(lián)系：在設(shè)計制造領(lǐng)域大約70%的技術(shù)都來自于逆向工程，逆向工程所追求的不是簡單的仿制，而是提高和創(chuàng)造，到創(chuàng)新。把逆向工程從簡單仿制的代名詞變成創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)。面向創(chuàng)新設(shè)計的逆向工程是一個“認識原型——再現(xiàn)原型——超越原型”的過程。七、逆向工程技術(shù)存在的問題及展望

（一）問題：1.技術(shù)方面：1）測量技術(shù)存在誤差和遺漏。2）復雜曲面重構(gòu)技術(shù)不成熟3）曲面光順和模型評價4）CAD軟件不夠完善5）集成系統(tǒng)不夠成熟。2.工具方面：逆向工程設(shè)備包括軟硬件，因為是新技術(shù)，設(shè)備的成本非常昂貴，多數(shù)企業(yè)只能選配一種方式的設(shè)備和軟件，每種設(shè)備和軟件都有本身的優(yōu)缺點，使技術(shù)的通用性受到一定的限制。3.技術(shù)人員方面逆向工程技術(shù)是一項專業(yè)性很強的工作，每個環(huán)節(jié)需要經(jīng)驗豐富的工程師，因為逆向工程技術(shù)發(fā)展歷史比較短，缺乏逆向工程技術(shù)人員。（二）、逆向工程主要發(fā)展方面:

(1)數(shù)據(jù)測量方面:發(fā)展面向逆向工程的專用測量設(shè)備，能夠高速、高精度的實現(xiàn)產(chǎn)品幾何形狀的三維數(shù)字化，并能進行自動