机械创新逆向工程技术课件.ppt

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1、,逆向工程技术Reverse Engineering,2,一、逆向工程简介,1. 逆向工程的定义,针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。它是以先进产品设备的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索其关键技术，进而开发出同类的先进产品。广义定义,3,广义逆向工程主要内容,逆向工程技术,产品设计意图与原理、几何形状和结构、材料、制造工艺、管理等,4,将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和

2、概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。,狭义定义,逆向工程技术,5,狭义流程,逆向工程技术,6,产品实物几何外形的数字化子系统,2.逆向工程系统组成,产品或模具的制造子系统,三维CAD模型重建子系统,建立一套完整的逆向工程系统需要下列基本配备：1）测量设备，例如：三坐标测量仪、三维扫描仪；2）点数据处理软件，即逆向工程软件，Imageware、Geomagic；3）CAD/CAM/CAE软件，例如：UG、Pro/E、CATIA;4）CNC机床、快速成型设备。,7,1.对产品外形的美学有特别要求的领域,二、逆向工程应用,8,2.当设计需要通过实验测试才能定型的产品,9,3.

3、在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD 模型的情况下。,10,4.在模具行业， 经常需要反复修模，而这些几何外形的变化并未反映在原始的CAD模型上。,11,5.逆向工程在新产品的开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值。,12,6 .逆向工程技术在医学领域的假体设计、制作、植入及外科手术规划等方面得到了应用，发展前景良好。,特种服装、头盔的制造等要以使用者的身体为原始的设计依据，此时需要利用逆向工程技术建立人体的几何模型。,13,7.逆向工程应用在正向设计结果的检验，也称为计算机辅助检测CAT。,8.艺术品、考古文物的修复与复制。,15,三、逆向工程常用的软件,16,Imageware

4、,Imageware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有BMW、GM、Boeing、Ford、Toyota；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等。,17,Geomagic,Geomagic是一家世界级的软件及服务公司。在众多工业领域，比如汽车、航空、医疗设备和消费产品，许多专业人士在使用Geomagic软件和服务。Geomagic Studio是被广泛应用的逆向软件。快速成长的Geomagic，正成为数字形状采样及处理（DSSP）的领导者。,18,逆向工程软件的选择,通用的CAD/CAM系统中集

5、成的逆向工程模块，自动化程度较高，但功能尚显单一。在完成高精度（0.1mm）的项目、点云质量不高和细节特征较多时，不能较好的完成任务。在根据特征划分点云方面还有待改进，人工控制能力也有待加强。 通用CAD软件和专用的逆向工程软件相结合是完成高精度模型重建的有效方法。,四、逆向工程测量系统,高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。,数据测量，即产品表面数字化，指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。,20,接触式 三坐标测量机 机械手 非接触式 光学测量 声学测量 磁学测

6、量 破坏式自动断层扫描,1.数据测量方法的分类,21,接触式测量的优点：,2.数据测量方法的优缺点比较,球形探头容易因接触力造成磨损；,逐点方式测量，速度慢,探头的力使被测件局部发生变形，影响精度；,接触过程可能损害工件某些重要部位表面精度；,需要进行探头半径补偿,检测一些内部元件要求探头直径小于被测内圆直径,Text,接触式测量主要缺点如下：,23,测量速度非常快，不必像接触触发探头那样逐点进行测量；,不必做探头半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置；,软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。,1,2,3,非接触式测量的优点：,（与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点）,

7、易受工件表面的反射特性的影响，如颜色、斜率；,测量精度较差,工件几何外形变化大时成像会失焦，成像模糊；,易受环境光线及杂散光影响，故噪声较高，困难；,工件表面的粗糙度会影响测量结果,对边线处理、凹边处理及不连续形状的处理较困难,Text,非接触式测量主要缺点如下：,25,各种测量方式比较：,26,从表中的数据可以看出，各种数据采集方式都有一定的局限性，对于逆向测量而言，数据采集方式应满足如下要求： （1） 采集精度应满足工程的实际需要； （2） 采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工 程中所占的时间； （3） 数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后期 的曲面重构带来障碍； （4） 数据采集过程中

8、不能破坏原形； （5） 降低测量成本。,27,3.逆向工程常用的测量设备,3.1接触式测量,三坐标测量机Coordinate Measuring Machine CMM,关节臂,几种典型的三坐标测量机,悬臂式测量机,活动桥式测量机,固定桥式测量机,29,几种典型的三坐标测量机,龙门移动式测量机,30,非接触式按其原理不同，又可分为：,3.2非接触式测量,手持式激光扫描仪,31,三维激光扫描仪,32,3DSS系列三维扫描仪Three Dimensional Sensing System,33,3DSS系列三维扫描仪Three Dimensional Sensing System,34,3.3测量

9、设备知名公司,Cyberware,FARO,GOM,ATOS,SOLUTIONIX,Rexcan,39,4.测量数据的输出,测量设备都带有自己的测量数据处理软件或集成其它逆向工程软件，对测量后的数据进行简单预处理，如数据的删减、对齐、点云的修补、误差点的识别和去除等，然后将处理好的数据以某种格式输出，为后面的实物三维CAD模型或产品或模具制造做准备。,五、数据处理,非接触方法获取的数据通常非常庞大，被称作点云（Point Clouds）。为了获得完整、准确的数据，需要在模型重建前进行数据处理。,1噪点去除,噪点：测量误差点,2多视对齐,Polyworks的IMAlign模块,粘贴特征点,3数据

10、光顺,在汽车、摩托车覆盖件的应用中，对表面的光顺性往往有很高的要求，通常要求达到A级(Class A)曲面品质。,G0连续：位置连续，即曲面间没有缝隙，但可能有锐利边缘，不常用。G1连续：切线连续，制作简单，成功率高，常用于小家电面的相交处。G2连续：曲率连续，视觉效果光滑流畅，是A级曲面的最低标准。G3连续：曲率的变化率连续G4连续：曲率变化率的变化率连续,反光效果完美，通常用于汽车设计,五、数据处理,4数据插补,原始点云,完成插补后的点云,样件复杂结构,测量机的限制,无法测到的区域（凹边、孔、突起、拐角等处）,数据“空白”,可用Polyworks软件的IMEdit模块来实现数据插补。,五、

11、数据处理,按距离精简,按弦偏差精简,原始点云,平均精简,5数据精简,采用非接触式测量仪对大型样件进行测量时，会得到海量点云。,五、数据处理,6数据分割,被测样件,多个自由曲面多个规则曲面多个平面,分割,单个的曲面或平面点云,合理的方法构造曲面片,整体曲面模型,拼接、缝合,五、数据处理,六、模型重构,曲面重构,实体模型,1曲面重构,Imageware：点处理模块、曲面处理模块和评价模块。,1.1 点云处理,1曲面重构,点云的圈选,沿任一方向截取点云,1曲面重构,1.1 点云处理,点云分割,沿某一轴线方向的系列平面截取点云,沿一条曲线的系列平面截取点云,1.1 点云处理,1曲面重构,1曲面重构,1

12、.2 曲面构造, 由点云拟合均匀曲面, 构造双向放样曲面,由边界曲线生成曲面,构造放样曲面,1曲面重构,1.2 曲面构造,由曲线网格构造曲面,构造旋转曲面,1曲面重构,1.2 曲面构造,构造扫略曲面,1.3 曲面修改,1曲面重构,1.2 曲面构造,调整曲面控制点,构建曲面凸缘,曲面倒圆,1曲面重构,1.3 曲面修改,曲面桥接,曲面合并,1曲面重构,1.3 曲面修改,曲面裁剪,1曲面重构,1.4 曲面评价,曲面与点云的误差,曲面的光顺度,六、模型重构,2CAD模型,在曲面重构软件中将曲面保存为igs格式，再导入CAD软件。,2CAD模型,六、模型重构,60,七、快速成型设备,61,七、快速成型设

13、备,八、逆向工程实例,1.Y型管罩,a、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。b、对点数据进行去除杂点、过滤精简等处理。,c、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。,d、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。e、取好后的特征线。,1.Y型管罩,g、利用特征线生成自由曲面。,h、生成过渡曲面。注意曲面之间要保证曲率(G2)连续。,f、对曲线进行曲率分析，对于不符合要求的曲线做光顺处理。,1.Y型管罩,j、误差分析,i、对生成的曲面进行光照反射分析。,k、在UG中生成实体，装配。,1.Y型管罩,2.汽车轮毂,这是韩国现代汽车的轮毂，厂方交给模具厂时只有这个实物，没有CAD数模。我们知道要想加工这样的型面是非用CNC不可的，可是没有CAD数模这一切都是空谈。我们对其进行了扫描、曲面重构，并做出它的五分之一样件进行了验证，客户利用该CAD数模完成了模具加工。,步骤一,3.义齿制作,步骤二,用微型照相机取像,步骤三,计算机辅助设计,步驟四,CNC加工陶瓷毛坯,步骤五,临床粘着修补完成,清理窩洞,試戴瓷塊,