机械CAD—CAM(第二版)机械CAD—CAM(第二版)第9章逆向工程技术课件.ppt

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1、第 9 章逆向工程技术第9章逆向工程技术9.1逆向工程概述逆向工程概述9.2逆向工程系统组成及工作原理逆向工程系统组成及工作原理9.3逆向工程应用实例逆向工程应用实例第 9 章逆向工程技术 9.1 逆向工程概述逆向工程概述1.正向工程每个零部件都有设计图纸，按确定的工艺文件加工。这种开发模式称为预定模式(Prescriptive Model)，此类开发工程称为正向工程(Forward Engineering)，也被称为顺向工程。产品正向开发的流程如图9-1所示。第 9 章逆向工程技术图9-1 正向工程开发流程图第 9 章逆向工程技术2.逆向工程随着计算机和网络技术的发展，信息高速公路加快了科技

2、信息的传播速度，产品的生命周期越来越短，人们追求完美与个性化的消费需求使产品品种越来越多、批量越来越小，企业间的竞争不再只是质量与成本上的竞争，而更重要的是时间的竞争。逆向工程技术在此背景下受到人们的关注。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术图9-2 逆向工程流程图第 9 章逆向工程技术逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同，它根据已经存在的产品或零件原型来构造产品或零件的工程设计模型，在此基础上对已有产品进行剖析和改进，是对已有设计的再设计。传统的产品开发过程遵从正向工程的思维进行。逆向工程则是按照产品引进、消化、吸收与创新的思路，以实物原理功能三维重构再设计的框架进行工作的。其最

3、主要的任务是将原始模型转化为产品数字化模型。第 9 章逆向工程技术 逆向工程一方面为提高设计质量和效率提供充足的信息，另一方面充分利用先进的CADCAECAM技术对已有的产品进行再创新服务。正向工程中从抽象的概念到产品数字化模型的建立是一个计算机辅助产品的“物化”过程；而逆向工程是对一个“物化”产品的再设计，强调产品数字化模型建立的快捷性，以满足产品更新换代和快速响应市场的要求。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术（3）零件原型CAD模型的重建：将三维测量数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合，并通过各表面片的求交、裁剪和拼接来获取零件原型的CAD模型。（4）CAD模型的检验与修正：根

4、据对重构的CAD模型重新测量或加工出样品等方法，检验构建的CAD模型是否满足精度要求，对不满足要求者，重复以上的模型重建过程，直至达到零件的设计要求。第 9 章逆向工程技术4.逆向工程的关键技术零件的数字化和计算机辅助反向建模（Computer Aided Reverse Modeling，CARM）是逆向工程的两项关键技术。零件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法来获取零件表面离散点的几何坐标数据的。CARM通过对测量数据的处理，提取建模所需的有效数据，对零件进行曲面和实体造型的分析，以得到原型的CAD模型。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术(2)当设计需要通过实验测试才能定型的

5、工件模型时，通常采用逆向工程的方法。比如航天、航空、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学等的要求，首先要求在实体模型、缩小模型的基础上经过各种性能测试(如风洞实验等)建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的，最终确认的实验模型必须借助逆向工程，转换为产品的三维CAD模型。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术(4)由于各相关学科发展水平的限制，对零件的功能和性能分析还不能完全由CAE来完成，往往需要通过实验来最终确定零件的形状，如在模具制造中经常需要通过反复试冲和修改模具型面方可得到最终符合要求的模具。借助于逆向工程的功能和再设计，设计者可以建立或修改在制造过程中

6、变更过的设计模型，大大减少修模量，提高模具生产效率，降低模具制造成本。第 9 章逆向工程技术(5)很多物品很难用基本几何来表现与定义，例如流线型产品、艺术浮雕等，如果利用通用CAD软件，以正向设计的方式来重建这些物体的CAD模型，在功能、速度及精度方面都将异常困难。在这种场合下，引入逆向工程可以加速产品设计，降低开发的难度。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术(7)逆向工程也广泛用于修复破损的文物、艺术品，或缺乏供应的损坏零件等。(8)特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据，此时，需运用逆向工程技术建立人体的几何模型。第 9 章逆向工程技术(9)在快速原型制造（RPM）中，

7、逆向工程主要表现为，通过逆向工程，可以方便地对快速原型制造的原型产品进行快速、准确的测量，找出产品设计的不足，进行重新设计，经过反复多次迭代可使产品完善。第 9 章逆向工程技术(10)在休闲娱乐方面，逆向工程可用于制作立体动画、多媒体虚拟实境、广告动画等。(11)在医学科技方面，如在人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造、人体外形量测、医疗器材制作等领域，逆向工程也有其应用价值。第 9 章逆向工程技术 9.2 逆向工程系统组成及工作原理逆向工程系统组成及工作原理1.逆向工程系统组成（1）测量测头：分接触式（如触发测头、扫描测头）和非接触式（包括激光位移测头、激光干涉仪测头、线结构光及CCD扫描测

8、头、面结构光及CCD扫描测头等）两大类。第 9 章逆向工程技术（2）测量机：有三坐标测量机、多轴关节式机械臂及激光追踪站等。（3）数据处理软件：由坐标测量机得到的外形点数据在进行CAD模型重建以前，必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等数据处理。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术（5）CAE软件：完成计算机辅助工程分析，包括机构运动分析、结构仿真、流场及温度场分析等，可提高设计成功率。目前较流行的分析软件有Ansys、Nastran、I-Deas、Moldf1ow、ADMAS等。（6）数控加工设备：进行原型制作或模具制作。第 9 章逆向工程技术（7）快

9、速原型机：快速产生模型（有立体印刷成型、层合实体制造、选域激光烧结、熔融沉积造型、三维喷涂黏结、焊接成型和数码累积造型等方法）。（8）产品批量生产设备：包括注射成型机、冲床、钣金成型机等。第 9 章逆向工程技术2.逆向工程的测量技术1）测量方式一个物体可用游标卡尺、测微仪等作一维长度测量，也可用投影机、工具显微镜等在X、Y方向作二维平面测量。逆向工程多用三维立体测量，具体有接触式测量与非接触式测量。接触式测量主要利用三坐标测量机实现；非接触式测量主要包括光学测量、超声波测量、电磁测量等方法。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术 接触式测量的缺点有：为了确定测量基准点，需使用特殊的夹具，

10、测量费用较高。测量系统的支撑结构存在一定的静态及动态误差。检测某些轮廓时，可能会有先天的限制。如测量内圆直径时，触发测头的直径必定要小于被测内圆直径。第 9 章逆向工程技术 接触式触发测头以逐点进出方式进行测量，测量速度慢。接触测头测量时，测头尖端部分与被测件之间会发生局部变形，这将影响测量值的实际读数。不当的操作容易降低样件某些重要部位的表面精度，也会使测头磨耗、损坏；为了维持一定的精度，需要经常校正测头的直径。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术如要求得物体真实外形，则需要对测头半径进行补偿。图9-3（b）所示是测头半径补偿原理图。当测量某一曲面时，测头尖端与被测件之间的接触点为A

11、，A点至球心C点有一偏差量。所以，必须沿法线负方向补正一个测头半径值。这将使整个曲面补正计算繁杂、冗长，可能导致修正误差。第 9 章逆向工程技术图9-3 测头半径补偿第 9 章逆向工程技术（2）非接触式测量。非接触式光学测量有如下优点：没有测量力，可以用来测量各种柔软的和易变形的物体，也无摩擦。可以快速对物体进行扫描测量，测量速度和采样频率较高。不必进行测头半径的补偿。第 9 章逆向工程技术 不少光学测头具有大的量程，如10 mm乃至数十毫米，这是一般接触测头难以达到的。同时探测的信息丰富。例如，CCD摄像机可以同时探测到视场内大量的二维信息(接触式只能一点一点探测)，还能测得物体的光学特性。

12、第 9 章逆向工程技术但非接触式测量也还存在以下缺点：测量精度较差，非接触式测头大多使用光敏位置探测器（Position Sensitive Detector，PSD）来检测光点位置，目前PSD的精度仍不够高，误差一般在20 m以上。使用CCD作探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度,当工件几何外形变化大时，成像可能失焦，导致成像模糊。第 9 章逆向工程技术 非接触式测头是通过接收工件表面的反射光或散射光来测量物体的，测量结果易受环境光线及工件表面的反射特性的影响，噪声较高，噪声信号的处理比较麻烦，工件表面的粗糙度、颜色、斜率等均影响测量结果。为避免CCD摄像头在取像时受外界杂散光的干扰，可在

13、CCD镜头前加带通滤光镜，限制摄取的光线波长。第 9 章逆向工程技术表9-1对比了非接触式激光扫描测量和三坐标测量机接触式测量的技术特点。第 9 章逆向工程技术第 9 章逆向工程技术2）测量设备（1）坐标测量机。坐标测量机（Coordinate Measuring Machine，CMM）是一种精密的三坐标测量仪器。三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大部分，如图9-4所示。主机结构如图9-5所示。三坐标测量机通过在三个相互垂直的导轨上移动测量头，来测量具有复杂形状工件的空间尺寸。第 9 章逆向工程技术三个方向的位移由测量系统（如光栅尺）经计算机（或数据处理器）计算后，得出工件的各点坐标（

14、x，y，z）。在逐点式扫描测量时，通常是将测头在横向等速或等间距逐点移动，再在等时间或等间隔位置量取工件在Z轴的坐标。第 9 章逆向工程技术当工件轮廓有明显的起伏变化时，需要增加测量点来提高分辨率。最简单的方式是取X+Z为常数，X和Z分别是X轴和Z轴的分辨率。当Z变大时，X相应变小，测量点将更加密集。也就是说，当工件斜率变大时，测量速度减慢。此方法称为速度追踪。第 9 章逆向工程技术图9-4 三坐标测量机的组成第 9 章逆向工程技术图9-5 三坐标测量机的主机结构第 9 章逆向工程技术CMM是典型的接触式测量系统，一般采用触发式接触测头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。英国RENISHAW

15、公司研制了一种三维力-位移传感扫描测头，该测头可以在工件上滑动测量，连续获取表面的坐标信息，扫描速度可达8 m/s，数字化速度最高可达500点/秒，精度约为0.03 mm。这种测头价格昂贵，未在CMM上广泛应用。第 9 章逆向工程技术（2）多轴关节式机械臂。机械臂（Robot）也属于接触式测量仪。机械臂为一关节式机构，具有多自由度，可用作弹性坐标测量机，其传感器装置在爪部，各关节的旋转角度可由旋转编码器获取，由机构学原理可求得传感器在空间的坐标位置。这种测量机几乎不受方向限制，可在工作空间做任意方向的测量。第 9 章逆向工程技术（3）激光扫描测量仪。激光扫描测量仪用于非接触式测量。四自由度激光

16、扫描测量仪工作台具有线性位移及旋转的功能，可带动CCD测头做逐线扫描，并配合工件的旋转完成多角度扫描的功能。扫描过程中只要决定点的密度、扫描范围即可。若遇到不感光或是全反射的表面，则必须喷漆或做另外的处理。第 9 章逆向工程技术（4）激光跟踪测量系统。激光跟踪测量系统属球坐标式测量仪器，径向使用激光干涉仪，可做位移测量，角度测量是由两个伺服电机及旋转编码器完成的，工作原理如图9-6所示。测量时，将反射镜沿着工件表面移动，根据四象限位置探测器输出的光电位移信号来驱动两旋转伺服电机，从而保持光线跟踪反射镜。反射镜的逐点移动位置（，）由球坐标的探针可得知。第 9 章逆向工程技术图9-6 激光跟踪测量

17、系统原理图第 9 章逆向工程技术3）接触式测头及其工作原理接触式测头分为硬式测头（Hard Probe或Mechanical Probe）、触发式测头（Touch Trigger Probe）及模拟式测头（Analog Probe）等三种。其工作原理如图9-7所示。第 9 章逆向工程技术图9-7 接触式测头工作原理第 9 章逆向工程技术图9-8 三点接触触发式测头第 9 章逆向工程技术（1）硬式测头。硬式测头即机械测头，是最早使用的测头，主要用于人工直接操作的手动测量，部分也可用于自动测量。硬测头多用于精度要求不太高的小型测量机中，成本较低，操作简单。第 9 章逆向工程技术（2）触发式测头。触

18、发式测头采用电子开关机构，当测头碰触到工件表面时，开关变化，将电子信号由On转成Off，即将此时坐标锁住。图9-8为RENISHAW公司的专利产品三点接触触发式测头，任意方向碰触到工件表面都会造成至少一点的机构开关产生变化，使得原先串联的电子通路转换成断路。第 9 章逆向工程技术（3）模拟式测头。模拟式测头接触工件时会有侧向位移，光栅尺被感应，产生电压变化，此模拟电压信号被转换成数字信号后送入处理器并记录下来，这种测量方式称为模拟式测量。图9-9所示为德国Zeiss公司生产的双片簧层叠式三维电感测头结构。在转接器上布置有五个探针，可以进行探针互换，其中，X向有两个、Y向有两个、Z向有一个，可方

19、便地对工件进行接触测量。第 9 章逆向工程技术图9-9 Zeiss三维电感测头第 9 章逆向工程技术4）非接触式测头及其工作原理光学测头一般基于三角法测量原理，以激光作为光源，其结构模式可分为点测量、线测量及面测量三种，如图9-10所示。激光照射到被测物体表面，光电敏感元件在另一位置接收激光的反射光，根据光点或光条在物体上成像的偏移，由被测物体基平面、像点、像距等之间的关系计算出物体的深度信息。第 9 章逆向工程技术图9-10 非接触式三角法测量模式第 9 章逆向工程技术（1）三角法位移测量原理。单点式激光三角法测量有直射式和斜射式两种结构。直射式三角法测量原理如图9-11（a）所示。图中，激

20、光器1发出的光线，经汇聚透镜2聚焦后垂直照射在被测物体表面3上，物体移动或表面变化时，入射光点沿入射光轴移动。接收透镜4接收来自入射光点处的散射光，并将其成像在光电探测器5（如PSD、CCD）上。第 9 章逆向工程技术照明光轴与成像光轴间有一夹角，称为三角成像角，若光点在成像面上的位移为x，则被测表面的位移x为（9-1）式中：a激光束光轴和接收透镜光轴的交点到接收透 镜前主面的距离；b接收透镜后主面到成像面中心点的距离；激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角。第 9 章逆向工程技术图9-11 三角法测量原理图第 9 章逆向工程技术图9-11(b)所示为斜射式三角法测量原理图。激光器发出的光和被测表

21、面的法线成一定角度照射在被测表面上，同样用接收透镜接收光点在被测表面的散射光或反射光。若光点成像在探测器敏感面上移动x，则物体表面沿法线方向的移动距离x为（9-2）式中：1激光束光轴和被测表面法线的夹角；2成像透镜光轴和被测表面法线的夹角。第 9 章逆向工程技术直射式结构和斜射式结构相比各有特点：斜射式结构可接收来自被测物体的正反射光，当被测物表面为镜面时，不会由于散射光过弱而导致光电探测器输出信号太小，无法进行测量。直射式由于其接收散射光的特点，适合于测量散射性能好的表面。当被测物体发生图9-11所示位移x时，斜射式入射光点照射在物体不同的点上，因而无法知道被测物体某点的位移情况，而直射式却

22、可以。第 9 章逆向工程技术 斜射式传感器分辨率高于直射式，但它的测量范围小、体积大。根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器。其光源一般采用半导体激光器（Laser Diode，LD），功率在5 mW左右，光敏位置探测器可采用PSD或CCD。PSD属于非分割型位置探测器，分辨率高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差，需要精确标定。第 9 章逆向工程技术（2）视觉测量基本原理。随着CCD等光电器件的快速发展，以三角法测量技术为基础的快速轮廓视觉测量技术得到应用。视觉测量一般也使用三种激光光源：点结构光、线结构光和面条纹结构光。图9-12所示为使用线结构光测量物体表面轮廓结构示意

23、图。第 9 章逆向工程技术用激光穿过平行等距直线的振幅光栅组件，或使用干涉仪形成直线干涉条纹，即形成面条纹结构光，将此面条纹结构光投射到工件表面，由于表面曲率或深度的变化使条纹变形，利用CCD摄像机摄取此变形条纹的图像，即可分析物体表面轮廓的变化。第 9 章逆向工程技术图9-12 线结构光测量物体表面轮廓结构示意图第 9 章逆向工程技术（3）立体视觉测量技术。立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个（或多个）摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄象机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值的。立体视觉测量方法可以对处于两个（或多个）摄像机共同视野内的目标特征点进行测量，而无需伺服机

24、构等扫描装置。第 9 章逆向工程技术3.测量数据预处理技术1）数据平滑数据平滑的目的是消除测量噪声，以得到精确的模型和好的特征提取效果。数据平滑通常采用标推Gaussian(高斯)、平均(Averaging)或中值(Median)滤波算法，滤波效果如图9-13所示。第 9 章逆向工程技术图9-13 三种常用的滤波方法第 9 章逆向工程技术2）多视数据对齐定位 在逆向工程实际过程中，对实物样件进行数字化时，往往不能在同一坐标系下将产品的几何数据一次测出。其原因有两个：一是产品尺寸超出测量机的行程；二是在部分区域测头受被测实物几何形状的干涉阻碍，不能触及产品的反面。第 9 章逆向工程技术3）数据补

25、全由于实物拓扑结构以及测量机的限制，在实物数字化时会存在一些测头无法测到的区域，另外，在实物造型中存在经剪裁或“布尔减”运算等生成的外形特征（如表面凹边、孔及槽等），使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据“空白”现象，使逆向建模变得困难。第 9 章逆向工程技术4）数据分割数据分割方法分为基于测量的分割和自动分割两种。基于测量的分割是在测量过程中，操作人员根据实物的外形特征将外形曲面划分成不同的子曲面，并对曲面的轮廓、孔、槽边界及表面脊线等特征进行标记，在此基础上进行测量路径规划。第 9 章逆向工程技术4.模型重建技术1）曲线拟合造型曲线是构建曲面的基础，在逆向工程中，一种常用的模型重建方法是

26、：先将数据点通过插值(Interpolation)或逼近(Approximation)拟合成样条曲线(或参数曲线)，然后利用造型工具（如Sweep、Blend、Lofting等）完成曲面片造型，再通过延伸、剪裁和过渡等曲面编辑，得到完整的曲面模型。图9-14给出了基于曲线的模型重建过程。第 9 章逆向工程技术图9-14 基于曲线的模型重建过程第 9 章逆向工程技术(1)曲线拟合（插值与逼近）。给定一组有序的数据点Pi(i=0，1，n)，这些点既可以是从实物测量得到的，也可是设计人员给出的，要求构造一条曲线，顺序通过这些数据点，称为对这些数据点进行插值。所构造的曲线称为插值曲线，所采用的数学方法

27、称为曲线插值法。第 9 章逆向工程技术以插值方式来建立曲线，其优点是所得到的曲线能够通过所有测量的点数据，因此曲线与点数据的误差为零；缺点是当点数据过多时，曲线控制点也过多。插值法的过程如图9-15所示。第 9 章逆向工程技术图9-15 曲线插值过程第 9 章逆向工程技术采用逼近法，首先指定一个允许的误差值，并设定控制点的数目(曲线的)，基于所有测量数据点，用最小二乘法求出一条曲线后，计算测量点到曲线的距离。若最大的距离大于设定的误差值，则需增加控制点的数目，重新以最小二乘法拟合曲线，直到误差满足要求为止，如图9-16所示。类似地，可将曲线逼近推广到曲面。第 9 章逆向工程技术图9-16 曲线

28、逼近过程第 9 章逆向工程技术(2)曲线修编。当通过插值或逼近得到拟合曲线后，在进行曲面造型之前，应通过各种编辑功能对曲线进行修形操作。这样做一方面是修补由于测量数据的不完整带来的拟合曲线缺陷；另一方面，从曲面造型的角度出发，也要求曲线具有完整、连续、光滑的特点，以保证生成曲面的光顺性。曲线的编辑操作主要是依据CAD软件提供的各种编辑功能进行的。第 9 章逆向工程技术(3)基于曲线的曲面重建。在曲线造型完成后，可以通过不同曲面造型方法进行曲面模型的重建工作。主要的曲面造型方法有边界曲面、N边曲面、平行曲面、扫掠、混合、旋转、拉伸和直纹面等。第 9 章逆向工程技术2）曲面拟合造型上面介绍的先根据

29、数据点拟合成曲线，再由曲线进行曲面造型的方法通常适合于数据量不大且数据呈有序排列的情况。如果数据量较大（如点云数据）且数据呈无序排列，则可以采用曲面模型重建的另一种方法，即直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片后，经过过渡、混合、连接，形成最终的曲面模型。其过程如图9-17所示。曲面直接拟合造型既能处理有序点，也能处理点云数据。第 9 章逆向工程技术3）曲面编辑逆向工程软件中的曲面编辑工具与一般CAD软件相似，主要有曲面延伸、曲面修剪、曲面参数重新定义等，较高级的软件则会提供用拖曳曲面控制点的方法编辑曲面的工具，或者提供曲面平滑化、曲面贴合点数据等。在曲面编辑之前，如能利用软件的分析功能来

30、充分掌握各构建曲线的精度与控制点，则构建出高质量曲面的可能性较大。第 9 章逆向工程技术4）点数据网格化目前多数的商品化CAD/CAM系统都是以实体模型为基础的，因为有限元分析、快速原型制造等应用都需要实体模型的支持。但在曲面转换为实体时，常常会出现一些问题,例如，由于不同的软件系统精度不同，在模型转换时需要对面片进行修补,因此经常存在不能转换的区域和转换失败的现象。第 9 章逆向工程技术与曲面模型相比，网格化实体模型表示物体形状能实现计算的自动化和少的冗余，而且随着计算机硬件的发展和技术的进步，原来网格化所需要的大量运算时间已缩短。因此，在某些应用上用网格化实体模型代替曲面模型能简化造型过程

31、，获得较高的效率。第 9 章逆向工程技术5）模型精度的评价（1）模型精度评价指标。精度反映逆向工程重建模型和实物以及模型和产品之间差距的大小。评价指标分为整体指标和局部指标，还可分为量化指标和非量化指标。第 9 章逆向工程技术整体指标指的是实物或模型的总体性质，如整体几何尺寸、体积、面积(表面积)以及几何特征间的几何约束关系，如孔、槽之间的尺寸和定位关系。局部指标指的是曲面片与实物对应曲面的偏离程度。量化指标指精度的数值大小；非量化指标主要用于曲面模型的评价，如面的光顺性等。第 9 章逆向工程技术（2）模型精度评价方法。位置连续（0阶连续）：表示曲线间或曲面间仅有边界上相接的关系。这种相接的关

32、系可能形成一个尖锐的边界。切线连续（1阶连续）：说明曲线间或曲面间的连续处有相同的切线角度。切线连续可以满足工业上大多数应用的需求。第 9 章逆向工程技术曲率连续（2阶连续）：要求曲线间或曲面间的连续处有相同的曲率。曲率连续曲面不太容易构建，一般用于具有流线外形的汽车等特殊产品。第 9 章逆向工程技术5.逆向工程软件1）Imageware软件Imageware由美国 EDS 公司出品，后被德国Siemens PLM Software收购，现在并入其旗下的NX产品线，是最著名的逆向工程软件。Imageware因其强大的点云处理能力、曲面编辑能力和A级曲面的构建能力而被广泛应用于汽车、航空、航天、

33、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。第 9 章逆向工程技术2）Geomagic Studio软件Geomagic Studio是美国Raindrop Geomagic(雨滴)软件公司推出的逆向工程软件。该软件具有强大的点云处理及曲面构建功能，从点云处理到三维曲面重建的时间通常只有同类产品的1/3。利用Geomagic Studio可轻易地由扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面。第 9 章逆向工程技术3）RapidForm软件RapidForm是由韩国INUS Technology公司推出的专业逆向系列软件。主要包括RapidForm XOR(R

34、edesign)、RapidFormXOS(Scan)和RapidForm XOV(Verifier)。RapidForm 软件具有高度的集成环境，从点云处理、多边形模型构建到 NURBS 曲面，各种处理模块都在RapidForm得到有效的集成。第 9 章逆向工程技术9.3 逆向工程应用实例逆向工程应用实例1.获取表面点数据由于摩托车前罩的表面具有明显的棱线，为了便于后续的曲面重构工作，需要重点测出零件表面的边界以及零件的纵向和横向特征线。三坐标测量机测得的摩托车前罩表面数据点如图9-18所示。第 9 章逆向工程技术图9-18 三坐标测量机测出的摩托车前罩的表面数据点第 9 章逆向工程技术2.

35、测量数据预处理测量数据的预处理包括测量数据的拼合、噪声点清除、坐标校正、截面数据点获取、数据点重新取样、截面数据点重新排序等步骤。对于三坐标测量机测量的数据，预处理前的测量数据点如图9-19所示。由于在测量过程中因机械的因素和人为的因素可能造成测量误差，所以要对测量数据进行噪声点清除，删除有明显误差的数据点和过于密集的数据点。预处理后的数据点如图9-20所示。第 9 章逆向工程技术图9-19 预处理前的测量数据点第 9 章逆向工程技术图9-20 预处理后的数据点第 9 章逆向工程技术3.曲线拟合在对数据点进行拟合前，有时需要对曲线的端点切矢条件进行编辑，如对称面上的点，其端点切矢条件应该为ce

36、nterline，其它端点切矢条件根据情况可分别调为natural、vertical、horizontal等。曲线的端点切矢条件设置以及拟合后的曲线如图9-21所示。第 9 章逆向工程技术图9-21 曲线的端点切矢条件设置及拟合后的曲线第 9 章逆向工程技术4.曲线修编由测量点直接生成的曲线，其光顺性有时不能满足设计要求，需要对曲线进行修编。在修编曲线的过程中，主要是分析曲线的曲率，应尽量使曲线的曲率变化不要过于剧烈。如图9-22所示是由测量点直接拟合的一条曲线的曲率变化图，可以看到其曲率变化比较大，因此需要对其进行修编，使其光顺。第 9 章逆向工程技术图9-22 由测量点直接拟合的曲线的曲率

37、图第 9 章逆向工程技术在曲线光顺时，除了保证曲线的曲率变化尽量平缓这一基本原则之外，还要尽量使得修编后的曲线符合零件原来的形状和特征要求。如果盲目追求光顺，会使零件变形过大，也不能满足设计要求。图9-23所示是经过修编后的曲线曲率变化图。第 9 章逆向工程技术图9-23 修编后的曲线曲率图第 9 章逆向工程技术5.曲面构建根据摩托车前罩的结构特征可以将其表面分为四个部分，前部较平缓的曲面是一部分，后部分为三个部分，分别用面1、面2、面3、面4来表示，如图9-24所示。第 9 章逆向工程技术图9-24 摩托车前罩表面的分片第 9 章逆向工程技术将摩托车前罩表面分片之后，对每一个曲面片分别进行重

38、构。比如，对于曲面片1的重构方法是，先将已经拟合出的曲线延伸，构造出完整的四边界控制网格，如图9-25所示，在此基础上构建四边界曲面，渲染后的四边界面1如图9-26所示。第 9 章逆向工程技术图9-25 面1的四边界控制网格第 9 章逆向工程技术图9-26 渲染后的面1第 9 章逆向工程技术6.曲面编辑通过对构建好的每一个曲面片进行裁剪和拼接，可以获得摩托车前罩表面。经过编辑的曲面片14的控制网格如图9-27所示。第 9 章逆向工程技术图9-27 裁剪和拼接后的前罩曲面控制网格第 9 章逆向工程技术通过镜像对称就可以构造出完整的摩托车前罩表面的CAD模型，渲染后的摩托车前罩如图9-28所示。图9-28 渲染后的摩托车前罩