逆向工程技术应用

shihaod

有没有逆向工程技术应用在热加工的成功案例！

独旅者

是否应该讲解的详细一些

forge

锻件设计过程就是逆向工程技术吧？

shihaod

3楼说的好像是那么回事

admin

逆向工程技术及应用


逆向工程的概念                                 
; M8 B, _7 ^; d! U& Y% z: I逆向工程（Reverse Engineering,RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。
8 p, I. n. X5 ^" ~6 s/ b$ A6 |; X逆向工程的分类
/ x; U2 Y7 ?0 r3 z5 X+ G6 _6 G  从广义讲，逆向工程可分以下三类：
, g7 `1 c1 z! |: y* ?( C(1)实物逆向：顾名思义，它是在己有实物条件下，通过试验、测绘和分折，提出再创造的关键;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、精度、使用规范等多方面的逆向。实物逆向对象可以是整机、部件、组件和零件。     
(2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、     图1 逆向工程的过程
技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向中有下类情况：1)既有实物，又有全套技术软件；2)有实物而无技术软件；3)无实物，仅有全套或部分技术软件。(3)影像逆向：无实物，无技术软件，仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等，要从其中去构思、想象来逆向，称为影像逆向，这是逆向对象中难度最大的。影像逆向本身就是创新过程。日前还未形成成热的技术，一般要利用透视变换和透视投影，形成小同透视图，从外形、尺寸、比例和专业知识，去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。
/ }8 l) N) ~) r& Z7 O逆向工程技术流程
    (1)逆向工程是以一个物理岑件或模型作为开始，进而决定下游工程。
: P! s  Y/ U8 v' y5 m+ R    (2)点处理过程:主要包括多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。
- t/ n! O5 S# G$ ~) e    (3)曲线处理过程:决定所要创建的曲线类型。曲线司一以设计得与点的片段相同，或%I:曲线更光滑些;由己存在的点创建出曲面;检查修改曲线，检查曲线与点或其它曲线的精确度、平滑度与连续的相关性。
8 q( v. K; i% V& \    (4)曲面处理过程:决定所要创建的曲面类型，司以选择创建的曲面以精确为主或以光滑为主，或两者居中;由点云或曲线创建曲面;检查修改曲面，检查曲面与点或其它曲面或特征的精确度、平滑度与连续的相关性。
    ⑤误差分析:应该考虑被测物对机构引起的综合轨迹误差、逆向工程设计所依据的数据值存在的测量误差、设计中的被测物存在的加工误差、设计中的曲线。
逆向工程原理
4 T4 W! [" z! J5 R, E9 z  新型的逆向工程系统为制造业提供了一个全新、高效的二维制造路线.它是山高速二维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确高速的扫描，得到其三维轮廓数据，再配合反求软件进行曲而重构，并对重构的曲而进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成IGES或ST L数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工.IGES数据可导入一般的CAD三维处理软件中(如:UG ,PRO-E等)，将iges格式转化为三维实体模型，再进行进一步的修改和再设计.另外，也可传给一些CAM系统(如:UG ,MASTERCAM ,SMART -CAM等)，做刀具路径设定，产生NC代码，由数控机床将实体直接加工出来.
逆向工程技术实施的条件?
: `5 P9 H' A% X  X! [7 M, R1 u1.逆向工程技术实施的硬件条件?
/ P9 W9 H! ]6 _2 \  在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TALYSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物——建立数学模型——CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。?不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪。这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。但在对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，但设备成本较高。?
3实施过程
  为论述方便，今就以某发动机凸轮轴一个凸轮的截而轮廓为利说明。其他复杂轮廓或曲而可以同样处理。被测零件的实物及设计模型如图2所示。   在三坐标测量机上以In!轮轴的轴线为法线建立基准平而。以其加工定位台阶定坐标轴.再选适合的位置为原点，确立人坐标系后。对某
一凸轮截而测得如下数据(如表1), 并处理成右侧
, Y$ e0 X& A: v6 v) x$ w/ S' r的形式.存成DAT文件。
- \9 b! e7 c) j  原始数据前而的四列是测量程序生成的。而我
3 o; F( n; U- T" S: d们却不需要它.处理的方法很多.可以编程处理.也
- f8 D' L9 d3 Q/ ~可以用一般的办公软件如EXCEL来处理。至于坐标全是0。是因为在木例中.用的是线轮廓所以在
: U% E2 I; U" k! f) D& z% J1 a0 bX- Y而上进行了投影。
& k' k4 ]3 v/ m  Z  现在将右栏的数据存为exa dat。 CAD程序这
5 J* C# T/ ^4 ]. K里用的是UG18，不同的CAD系统数据的导入会有
不同.但基木思想是一样的。对于线轮廓我们用
UG的SPLINE一THROUGH POINTS一PO INTS
0 z6 S6 l. ]1 ]FROM F ILE然后选exa dat将数据读入之后若结果
, c# g2 p4 ~/ V3 ^$ q/ F# ~/ ]/ ~图形不理想则留点去线.用SPLINE BY POINTS依
8 |/ [) a2 G, {. L  F3 w次选中刚刚读入的点。从再重画轮廓。得到如图3所
+ A1 ]6 U/ x) l' _  v) v' Y示的结果。   然后再在同一坐标系下.调入设计轮廓(如有
; O# B( [+ |4 F2 r0 H+ G数字模型的话)或画出设计轮廓(如只有纸质图纸
7 w0 j: U% U0 ~& a3 F的话)得到的形式如图4所示。   图3外圈红色线为测量所得毛坯轮廓.内圈绿
色线为加工件的设计轮廓.这样山图我们就可以直
* j9 ?: H: o. |' R6 n观的判断加工余量是否均匀。并可以测的任意处的
& [1 ?) c: {+ O余量大小.以判断其是否合话
  2.逆向工程技术实施的软件条件?
  日前，比较一著名的逆向工程软件如下:     (1)Gecrnagic美国R a inD rop公司的)逆向工程软件，具有卞富的数据处理手段，可以根据测量数据快速构造出多张连续的曲面模型。     (2)Imageware作为UG NX中提供的逆向工程造型软件，具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。司一以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面CLASS A淇有良好的品质和曲面连续性。Imageware的模型检测功能可以方便、观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。
    (3) CopyCAD英国DELCAM公司系列产品)，主要处理测量数据的曲面造型。DELCAM的产品涵盖犷从设计到制造、检测的全过程;包括PowerSHAPE, Power-MILL,PwerNSPECT AriCAM} CopyCAD, PSTEAM等诸多软件产品。C op yCAD与系列中的其它软件可以很好地集成。
    (4) Rap idFom(韩国NUS公司开发)逆向工程软件，主要用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于CT数据的医疗图像建模，还可完成艺术品的测量建模以及高级图形生成。R ap idFom提供一整套模型分割，曲面生成、曲面检测的工具，用户可以力一便地利用以前构造的曲线网格经过缩放处理后应用到新的模型重构过程中。
以上介绍的是常见逆向工程软件，均是国外的。国内在逆向工程软件力一面的司}究，主要集中在高等学校 如清华大学、浙仓!_大学、南京航空航天大学)，也有软件产品出现，但是由于系统稳定性、司一操作性等原因，这些研究性软件还没具备与国外商收化软件竞争的条件。由国内逆向工程领域专收人十参与开发的逆向工程软件Q u ickFo m星较好的一个;该系统采用先进的几何引擎，运行稳定性好，井有良好的可操作性。由于开发人员具有卞富的逆向工程实施经验，因此系统的功能设置、操作力一式符合国内用户的习惯，这是国外软件所无法具备的。Q u ickFo m还具有价格优势，Q u ickFom的价格在同类软件中具有极强的竞争力;采用国产软件也是对国内制造收和软件行收的支持。
$ n: w$ P: P+ H  Z- d1 G7 G: m下面简单介绍UG在逆向工程技术中的应用
  任意空间曲面可以看作是无数点的集合，如5图所示:在v方向           
通过选择特征点，用逼近的方法生
2 k/ v3 b0 `  k/ e* |& J! N/ u成B样条曲线;采用同样的方法在
" d3 Z% V8 n3 q0 \  b! {- Jv方向的不同截面也生成一组B
样条曲线;山v, v两两组曲线可求
: l2 i8 p& k8 H! t得B样条曲面。任意复杂空间曲面
* z3 |6 `% A% y数学表达式为，图2B样条曲面
其中，P为(m+1) x (n+1)个点构成的控制多边形网格，u,       图5 B样条曲线
V为矩形域两个方向的参数，其次数分别为k和c0
  UG的曲面造型的原理就是基于上述曲面数学模型来描述任意空间曲面，在汽车车身复杂曲面设计中，一般采用的B样条曲面为双三次B样条曲面。
  UG曲面造型技术主要有规则曲面造型和复杂曲面造型两种，复杂曲面的造型设计是产品设计的难点和重点。曲面构造的方式，可分为以下几类：
  (1)扫描曲面:发生线沿膺线”运动扫过形成的曲面;
+ D, P, b; e8 }/ L" z  (2)截面驱动曲面:控制各截面形状/面积，按膺线”运动形成的曲面;
  (3)连接曲面:以确定的控制线对两个曲面倒圆形成的曲面;
  (4)填充曲面:在已有的曲面围成区域的空自处填充形成的曲面;
) ^" t8 H! ]) i+ N; P9 m  (5)布尔运算:对几个曲面的布尔运算形成的曲面。
% O8 C1 f# F0 O5 Q9 m  UG软件还可以对曲面外形进行分析，检查曲面或曲线间的细缝大小与连续性，检查曲线、曲面的曲率，分析曲面的品质，检查几何儿素间的距离等。UG提供了反射线、反曲线、影像映射等多种检查曲面品质功能，通过检查、修改，使曲面达到满意效果。
  在汽车车身产品设计中，大部分零件是山一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是山不同曲率的空间曲面经过光滑处理相互连接而成，达到一定的平顺和谐效果。
3 B/ E( M; k9 S0 w3 s    下面结合伏尔加轿车车身的曲面重构来说明UG曲面造型
的过程和步骤。图6是测得的车身点云数据拟合图。   川根抓车身点石数抓分析，该车身点石数抓可分割成2.右
: F" Y5 n. E" o! `8 |  r& w两个对称点石数抓;
$ L+ c; ^/ z8 e/ O' n9 ~  (2)经过点石数抓过滤，减少数抓点的数m:;
: b0 P8 _( K) G) ~  (3)利用UC中的铺面下具，得到点石网格，才}i有漏洞，可以
利用补洞下具将破洞填充;
4 s# }: S( M: B& ^5 Z( f3 o  (4)将石点切层，生成插伯」几石点交线;
& b, C7 R& R  u8 T8 [! E- G  (5)山交线生成曲面。                   图6 车身点云数据拟和图
  对生成的曲面片进行曲率检查，确定生成的曲面光滑，无扭
6 N* J1 [8 Q1 i" f7 T' d曲变形。然后，将生成的曲面片拟合，生成整个曲面，再将生成
; Z) r# ?7 _% d' P8 g, t* D的曲面进行整体曲面评价，使曲面符合光顺准则，以保证曲面的光顺，见图7所示。
逆向工程的方法                  
" a% R7 k7 |; m1 }7 n3 p9 B; p逆向工程系统是通过对实物模型的数据采集，进行计算机三维模型重建     图7 NURBS曲面算法生成网格图
过程的总称，具有很强的实践性。就逆向工程的基本原则，逆向（反求）处理结果的 保型性（几何模型的精度）是最基本、最主要的要求。逆向工程系统对3D模型处理 便捷性 是另一个非常重要的内容。汽车模具的生产周期是生产管理最主要的指标之一，作为汽车模具设计与生产的关键内容之一的逆向工程，一直是制约模具生产周期的瓶颈之一，故逆向工程的速度也是不可忽视的主要指标。综观现有工业企业所采取逆向工程方法，共有如下三种类型：传统逆向工程方法，测绘逆向工程方法，局部逆向工程方法。
逆向工程设计前的准备工作?                           
做一个逆向设计的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性。在设计一个产品之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点：(1)确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，基本做到心中有数。(2)确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。对于自由曲面，例如汽车、摩托车的外覆盖件和内饰件等，一般需要采用具有方便调整曲线和曲面的模块；对于初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。
逆向工作中一些应该注意的问题
  }- y/ \. Q" E* _$ k　做一个逆向工程的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性，因为你如果想做出一个完美的产品，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向项目前，我们应该仔细考虑以下一些要点：模型的类型：自由曲面，汽车、摩托车的外覆盖件，其它冲压件，玩具等初等解析曲面 ── 平面、圆柱面、圆锥面等组成的零件模型的类型直接关系到我们建模时所选用的模块或软件，对于自由曲面件必须采用具有方便调整曲线和曲面的模块，而对于初等解析曲面件，我们没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。模型要求的品质：　A级曲面，如汽车、摩托车的外覆盖件 B级曲面，如汽车的内饰件，大部分的塑料件 。其他要求更低的曲面
' H4 _; i- S" r0 I　　模型要求的品质也关系到对模块的选用，比如对于A 级曲面，就要求选用软件必须具备方便和直接的曲面调整手段，强大的曲面检测功能，而且检测结果必须是动态的，即曲面调整的同时检测结果动态更新。当然，工程上没有百分之百的东西，以汽车外表面的A 级曲面为例，对二个面片之间的联接误差，主要大面：相切误差应为0，而曲率误差允许在0.1以内；对于其它曲面相切误差允许在10分以内。
测量手段：简单工具的手工测量
　　机械三坐标测量机测量的有序点数据
　　激光、数字成像的三坐标测量数据，既大批量、无序的点云数据
　　如需要比>概述
仿制是产品发展的原动力，逆向工程是产品研发的有效途径。逆向工程把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE软件、CNC机床有机而又高效地结合在一起，成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。
　　逆向工程不仅仅是产品的仿制，它更肩负着数学模型的还原和再设计的优化等多项重任。当前，虽然逆向工程发展已取得了长足进展，逆向工程的概念已深入人心，并被广泛应用于各个领域，不仅是机械产品的研发；先进企业都纷纷采用逆向工程模式进行产品研发和生产。但产品逆向工程还是一个不完全成熟的过程，各个环节仍有待于进一步完善、探索和研究，并没有非常完善的解决方案。
) f, O9 ]3 K. w; A0 R逆向工程技术的应用
! [" }. b# t, `8 l5 ~8 L  逆向工程技术主要有以下几种应用:
  由基于实物模型的产品外形设计，当设计师难以直接用计算机进行某些物体，如复杂的艺术造型、人体和其它动植物外形的下维几何设计时，常用勃十、木材或泡沫翔料进行初始外形设计概念设计)，这就需要通过逆向工程将实物模型转化为下维CAD模型。     b>对现有的产品进行局部的修改。由于工艺、美观、使用效果等原因，经常要对己有的产品作局部的修改。在原始设计没有下维CAD模型的情况下，若能将实物构件通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型，井对CAD模型进行修改以后再进行加工。     C}对无法得到图纸的己有产品实现数字化。 传统产收的产品往往无图纸可用，需要采用逆向工程的力一法来实现传统产品的数字化。 d>对己有产品为基准点进行的设计   借鉴别人的成功设计，进行再创新设计是在激烈竞争中赶超同行先进水平的一个捷径。     e)磨损或损坏物体的还原   某些大型设备，如航空发动机、汽轮机组，常会因为某一岑部件的损坏而停止运行，通过逆向工程手段，司一以快速生产这些岑部件的替代件。     D医学模型制作   可以通过CT, M RT等临床检测手段获取人体扫描的分层截面图像，井将数据传送至RFM系统，制作出人体局部或内脏器官的模型。   乡工收产品的无损探伤借助于层析X射线摄影法((CT技术)，逆向工程还可以快速发现、度量、定位物体的内部缺陷，从而成为工收产品无损探伤的重要手段。     h)产品的检测   通过逆向工程技术，利用(,AD信息自动生成钡l量程序，通过下坐标测量机完成对产品的测量任务，获得测量结果再与CAD信息进行比较来评价产品的加工准确度。a2逆向工程技术在摩托车整车外形上的应用   摩托车绝大多数的型面是呈对称性的，测量时可以仅在对称线的一侧进行，然后通过软件将钡l量数据沿对称线进行镜像拷贝，这样可以减少大量的测量工作。首先根据若十个明显的特征对称点，测量出对称线l般以对称线作为一个坐标轴，建}/.被测对象的局部坐标系);然后按照规划力一案在对称线一侧进行测量。例如:摩托车车头完全对称的，只需测量对称线一侧的数据;工具箱为小完全对称的，司一以采用部分对称测量的力一法。     b>分块分区测量获得四边形边界   摩托车的外形曲面比较复杂，往往小能用一张B样条曲面来描述其某一部件的自由曲面，需要对整个表面进行分区测量，分区重建样条曲面，再进行曲面拼接和过渡，从而准确地重建该部件的CAD模型。分区测量的边界划分取决于物体自身的几何形态，也取决于造型软件所提供的造型功能。分区过大，会造成无法精确地表示曲面的各个部分;分区过细，会造成更多的拼接问题，影响重建模型的整体效果。特征棱线、曲面一般要保证一阶连续，同时变化较为平坦。外形曲面重建过程主要包括读入以DES文件形式存放的测量数据点集，交互力一式点取坐标点生成样条曲线，然后用交互力一式点取样条曲线构造蒙皮曲面、四边界曲面等。通过对测量点与重建模型的比较，基本满足f人工规划测量数据的模型重建要求。a3逆向工程技术在模具行收中的应用   摩托车的外观造型是影响其市场的重要因素之一，随着市场竞争的日益激烈，加快模具制造速度成为解决问题的关键。在设计过程中经常要求参照设计样品进行工程设计井制造出模具，这就需要采用逆向工程技术来完成。如利用机械接触式下坐标测量机对摩托车进行坐标数据测量的规划，以及利用逆向工程系统软件结合CAD ,CAM软件完成摩托车整车外形CAD模型重建的工作。摩托车的外形曲面是自由曲面，而且整体上具有左右对称的特性，司一以采用基于逐点测量的测量布点规划。     由利用物体的对称性提高测量效率   从逆向工程的概念和技术特点可以石出，它主要应用在飞机、汽车、玩具、家电等相关行收。随着生物、材料技术的发展，也开始应用在人工生物骨骼等医学领域。但其重要的应用领域还是在模具行收。   由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具井反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，司一以大大提高模具的生产效率，降低模具的制造成本。   因此，逆向工程技术与CAD ,CAM系统的结合有重要的意义，各个模具企收一力一面非常欢迎逆向工程技术的推广言传;另一力一面又苦于缺乏必要的指导和合适的软件产品。

lq_chan

很清晰很明白  谢谢啊