逆向工程头盔的制作.ppt
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1、本课程内容,1、逆向工程概述2、逆向工程系统3、Imageware 逆向工程设计4、UG 逆向工程设计,课程总学时36学时,其中:课堂教学18学时,教学实践:18学时,(实验)2学时,(上机)16学时。,第一章 逆向工程概述,1、产品的开发、制造流程2、逆向工程的含义 3、逆向工程的应用 4、逆向工程的局限性,1-1 产品的开发、制造流程,产品设计开发的发展过程:,1、手工设计,2、计算机辅助二维设计,3、计算机辅助三维设计,4、集成辅助设计系统(CAD/CAM/CAE),1-2 逆向工程的含义,正向产品开发流程,1-2 逆向工程的含义,逆向工程与正向工程设计完全相反,逆向工程技术是根据已经存
2、在的产品或模型,用一定的测量设备对实物或模型进行测量,获得三维轮廓点数据,再根据测量得到的数据通过三维几何建模的方法重新构建实物的CAD模型,反向推出产品的设计数据的过程。,1-2 逆向工程的含义,逆向工程流程,1-2 逆向工程的含义,逆向工程流程,1-2 逆向工程的含义,逆向工程流程,1-2 逆向工程的含义,逆向工程流程,1-3 逆向工程的应用,1、新产品设计,主要用于产品的改型或新型设计。2、在对产品外形的美学有特别要求的领域。3、在设计需要通过实验测试才能定型的产品模型。4、已有零件的复制,再现原产品的设计意图。5、损坏或磨损零件的还原。6、代替难用基本几何来表达的产品。7、数字化模型的
3、检测。,1-4 逆向工程的局限性,逆向工程最突出的问题是客观模型与CAD模型之间的造型误差。影响误差的原因可分为以下4个主要因素。1、从测量设备来说,不管是接触式还是非接触式的,测量设备都会有一定的误差。2、CAD曲面重建会有误差。3、在产品加工中会产生误差,因为加工是从参数模型到实际模型的又一次近似。4、从采集点数据到加工成品的过程中有不同的操作者和设计人员参与,在整个产品的设计制造过程中会产生人员的主观误差。,1-4 逆向工程的局限性,逆向工程其他的局限性还有:1、如何从点数据资料进行分割曲面和规划曲面,需要工程技术人员的判断,无法参数化,或以数值量化;2、曲面构建完成后,需要再对比确认,
4、若点数据和曲面的误差超过允许范围,则需要微调曲面,所化时间较多;3、目前的CAD/CAM/CAE软件仍无法以参数化的方式构建曲面CAD模型,因此在修改、变动曲面时,相邻的曲面也需要修改。,第二章 逆向工程系统,1、逆向工程测量系统2、数据处理系统3、模型重建系统 4、产品制造系统,2-1 逆向工程测量系统,一、概述:数据测量,又称产品表面数字化,是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。,2-1 逆向工程测量系统,目前用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样,其原理也各不相同。,根据测量探头是否和零
5、件表面接触,逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本上可以分为两大类:即接触式和非接触式。根据测头的不同,接触式又可分为触发式和连续式;非接触式按其原理不同,又可分为光学式和非光学式。,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:在接触式测量方法中,三坐标测量机是应用最为广泛的一种测量设备。测量时可根据实物的特征和测量的要求选择侧头及其方向,确定测量点数及其分布,然后确定测量路径。,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:1、三坐标测量机的组成,主机机械系统侧头系统电气控制系统数据处理软件系统,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:2、三坐标测量机的原理,将被测物体置于三坐标测量机的工作台
6、上,通过手动或自动对物体进行逐点检测,将物体测量点的坐标位置经计算机处理成被测物体的几何尺寸和空间的的相互位置关系。,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:3、三坐标测量机的使用步骤,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:4、三坐标测量机的分类,根据测量机上测头安置的方位垂直式水平式便携式,2-1 逆向工程测量系统,二、接触式测量:5、接触式三坐标测量机的优缺点,缺点:(1)测量速度较慢。(2)测量探头容易磨损。(3)操作不当,会损坏工件表面或测量机。(4)对一些小尺寸的内部结构测量存在着局限性。(5)需要做测头补正动作。(6)测头一定时,由于惯性造成测量误差。,2-1 逆向工程测量系
7、统,三、非接触式测量:,非接触式设备是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象,如声、光、电磁等,来获取物体表面的三维坐标信息。其中以应用光学原理发展气流的测量方法应用最为广泛。随着“光机电一体化”技术的发展,结合了计算机、图像处理、激光技术以及精密机械的三维激光扫描机逐渐成为逆向工程中测量设备的主流。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:1、三维激光扫描机的组成,光源发生器CCD图像采集系统扫描测试平台数据处理系统,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:2、三维激光扫描机的工作原理,利用光源与光敏元件之间的位置和角度关系来计算零件表
8、面点的坐标数据。其基本原理是:利用具有规则几何形状的激光,投影到被测量表面,形成的漫光反射光点(光带)的图像,被安置于某一空间位置的图像传感器吸收,根据光点(光带)在物体上成像的偏移,通过被测物体基平面、像点、像距等之间的关系,按三角几何原理即可测量出被测物体的空间坐标。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:2、三维激光扫描机的工作原理,根据入射光的不同,以三角法为原理的测量方法可分为点光测量、线光测量和面光测量三种.,(1)点光源测量法。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:2、三维激光扫描机的工作原理,根据入射光的不同,以三角法为原理的测量方法可分为点光测量、线光测量和面光
9、测量三种.,(2)线光源测量法。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:2、三维激光扫描机的工作原理,根据入射光的不同,以三角法为原理的测量方法可分为点光测量、线光测量和面光测量三种.,(3)面光源测量法。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:3、三维激光扫描机的操作过程,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:4、三维激光扫描机的优缺点,优点:(1)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。(2)测量速度非常快,不必像接触触发探头那样逐点进行测量。(3)可之间测量材质较软的产品,如塑胶薄件、不可接触等高精密物件。,2-1 逆向工程测量系统,三、非接触式测量:4
10、、三维激光扫描机的优缺点,缺点:(1)测量精度较差。(2)因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或散射光,易受工件表面的反射特性的影响,(3)测量时易受环境光源影响,所以一般尽量在不受光源影响的环境下测量。(4)非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样,对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难。(5)测量角度必须要尽量垂直于被测表面,当角度过大时,误差会增大。,2-1 逆向工程测量系统,四、测量方式的选择:,数据采集的方式应满足下面这些要求:(1)采集精度应满足工程的实际需要,如汽车工业,其最终的整体符合精度不能低于0.1mm/m;(2)采集速度要快,尽量减少测量在整个逆向工程中所占有
11、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)数据采集过程中不能破坏原形;(5)降低测量成本;,2-2 逆向工程数据预处理系统,非接触式测量方法的应用越来越广,这种测量方法测得的数据非常庞大,并常常带有许多的杂点、噪声点,影响后续曲线、曲面的重构。因此,需要在曲面重构前,对点云进行一些必要的处理,以获得满意的数据,即为点云的预处理。,2-2 逆向工程数据预处理系统,数据预处理流程,点云的预处理:点云的拼合点云的过滤数据精简点云分块,2-2 逆向工程数据预处理系统,一、点云的对齐:,2-2 逆向工程数据预处理系统,一、点云的对齐:,从各个视觉分块测量得到多个独立的
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