逆向工程概述

人人是老师人人是学生吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute逆向工程技术概述主讲：任科时间:2011年8月28日吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute2主要内容一、逆向工程技术介绍二、点云数据的获取三、点云数据的处理及曲面构造四、应用实例吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute3一、逆向工程技术介绍吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute4逆向工程技术介绍1.逆向工程技术的定义逆向工程技术也叫反向工程（ReverseEngineering）技术，它是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术相结合的一门综合性技术。随着计算机技术和上述相关技术的发展与成熟，近年来在新产品设计开发中越来越多的被应用。吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute5逆向工程技术介绍2.逆向工程技术应用领域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，在对零件原型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制出相同的零件。当设计需要通过实验验证才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程技术。比如设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零件的依据。修复破损的艺术品或缺乏供应的零件，可以借助逆向技术。吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute逆向工程技术介绍3.逆向工程的工艺流程逆向工程以已存在的产品或者模型作为研究对象，将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用的曲面处理软件CAD/CAM系统构造实物的CAD模型，输出NC加工指令或用STL文件驱动快速成型机制造出产品或原型，其工艺流程如图1所示。其中实线部分是文中讨论的逆向工程的技术流程。实物原型三维数据扫描数据处理数据重构（CAD）、CAE分析、创新设计等快速成型制造STL文件产品NC加工NC代码生成图1逆向工程工艺流程图产品快速模具制造产品吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute7逆向工程技术介绍2.逆向工程技术发展方向测量数据方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现实物几何形状的三维数字化数据处理方面：开发一种通用的数据接口软件，改善数据处理的算法，使处理速度更快集成技术方面：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术，逆向工程技术与有限元分析技术的集成吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute8二、点云数据的获取吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute9点云数据的获取1.点云数据的获取是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据。根据测量探头或传感器是否和实物接触，可分为接触式和非接触式两类。１.１接触式测量方法三坐标测量机是广泛采用的接触式测量设备，作为一种大型精密的测量仪器，它开始是用于制造产品的检测，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行测量。在逆向工程应用上面，三坐标测量及也可以作为数据采集的主要手段，具有测量精度高、适应性强的优点，缺点是测量效率低，对一些软质表面无法进行测量。吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute10点云数据的获取１.２非接触式测量法非接触式测量根据测量原理不同，有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。在这里简单介绍光学三角原理测量法中的激光扫描。手持式激光扫描仪吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute点云数据的获取测量设备（关节臂、三坐标测量机）吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute点云数据的获取1.2.1激光扫描的原理采用激光作为光源的三角形法是一种基于三角测量原理的主动式结构光编码测量技术，即光切法(LightSectioning)，通过将一激光线结构光投射到三维物面上，利用CCD摄取物面上的二维变形线图像，即可解算出相应的三维坐标。吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute点云数据的获取如图2所示，点P(x,y,z)为被测物表面上一点，P‘（u,v）为P在摄像机CCD上的成像点，其在以镜头中心O为原点的坐标系中的坐标为(u，v)，f为摄像机的焦距，b为光源中心与摄像机中心的距离，α是被测点与光源中心形成的直线和x轴的夹角。然后可以对其进行以下公式推导。f/u=z/x(1)(b+x)/z=cotα(2)由公式1、2得x=bu/(fcotα-u)在YOZ平面上有：f/v=z/yx/y=u/v同理得y=bv/(fcotα-v)z=bf/(fcotα-u)点P(x,y,z)点P(bu/(fcotα-u),bv/(fcotα-v),bf/(fcotα-u))图2光切法原理示意图吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute14三、点云数据的处理及曲面构造吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute点云数据的处理及曲面构造1.逆向软件伴随着逆向工程及其相关技术的发展，其商业应用也越来越受到重视。目前市面上较具代表性的逆向软件有Imageware（Surfacer）Geomagicstuio、Paraform、CopyCAD、Surfacereconstruction以及catia软件的DSE、GSO模块等等。吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute16点云数据的处理及曲面构造2.点云数据处理的一般流程打开扫描点数据或其他曲线用适当的方式显示出来（display）点云数据优化处理（删除、过滤）点云数据编辑（合并、对齐、网格化）将点云分割成易处理的截面从点云截面中构造出新的点云，以便构造曲线用曲线和点云构造出曲面评估曲面品质，修改吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute17四、应用实例吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例数据导入多个数据的合并，只要多次打开就可以将数据合并在一起吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例数据显示（display）如果后面多边形方式选择项是灰色的，代表点云没有多边形计算吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例数据优化处理（删除、过滤）吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例点云编辑（对齐）截取所需要的一个平面，并由点云拟合出平面，作为对齐的参考元素吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例点云编辑（对齐）所要对齐的平面，一般为XY、XZ、YZ等平面拟合平面吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例点云编辑（对齐）用最佳拟合功能，把拟合平面对齐到所需要的平面上吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例点云编辑（对齐）对齐之前对齐之后吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造曲线由点云截取轮廓线点云，并构造成曲线吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造曲面改变起始点，由曲线购造成LOFT面吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造曲面着色后着色前吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造曲面由点云补中间的那个孔，并与周围的曲面的曲率保持连续吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造曲面中间孔补齐后的完整效果吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造帽檐曲面由点云构造帽檐部分的曲面吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例构造帽檐曲面帽檐部分和圆帽部分一般需要经过倒角处理吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例曲面光顺性检查吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute应用实例通过控制点手动调节曲面红色部分指构造曲面与点云误差较大，通过控制点可以手动调节，直到满意为止吉利汽车研究院GeelyAutomobileInstitute34谢谢大家！