基于STL模型的逆向工程实体建模技术内容摘要:摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等基本几何体素的分离，并利用Parasolid系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，可以实现RE/RP系统与通用CAD系统之间的快速集成，实现产品数据在不同系统之间顺畅传递。模型重建1逆向工程CAD技术与STL模型逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1]。
摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等基本几何体素的分离，并利用Parasolid 系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，可以实现RE/RP 系统与通用CAD系统之间的快速集成，实现产品数据在不同系统
之间顺畅传递。
关键词：STL；逆向工程；实体建模；模型重建
1 逆向工程CAD技术与STL模型
逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1]。由于测量方式的不同，数字化测量设备可以分为接触式和非接触式。随着测量技术的发展，不论何种测量方式，产生的测量数据都是非常多的，尤其是非接触式的激光测量，可以产生几十万甚至上百万测量点的测量数据。我们将这种数据称为“点云”数据。一般来说，数字化测量设备都带有数据处理软件。这个软件的主要功能是对测量设备输出的数据进行初步处理，如去除明显噪声点、多块数据拼合、数据格式转换等。一般的测量设备除了按照自定义格式输出数据外，都提供IGES格式的数据输出。随着软件功能的加强，目前很多测量设备可以在输出测量数据的同时输出三角网格数据(即经过三角化以后的数据)或者STL格式数据。但是这些STL格式数据一般没有经过测试(如不保证封闭性，可能存在裂隙等)，不能直接用于逆向工程建模或RP制造。由测量设备输出的STL数据必须经过修补、纠错处理，才能用来进行逆向工程CAD建模。因此，逆向工程中重要的一个环节就是数据的预处理。
本文研究重点是几何模型重建，因此我们使用的数据都是经过预处理以后的有效数据，而非来自测量设备的原始数据。
2 基于STL模型的逆向工程实体建模
STL模型是以三角形集合来表示物体外轮廓形状的几何模型[2]。在实际应用中对STL模型数据是有要求的，尤其是在STL模型广泛应用的RP领域，对STL模型数据均需要经过检验才能使用。这种检验主要包括两方面的内容：STL模型数据的有效性和STL 模型封闭性检查。有效性检查包括检查模型是否存在裂隙、孤立边等几何缺陷；封闭性检查则要求所有STL三角形围成一个内外封闭的几何体[3]。本文中讨论的STL模型重建技术中的STL模型，均假定已经进行有效性和封闭性测试，是正确有效的STL模型。
由于STL模型仅仅记录了物体表面的几何位置信息，没有任何表达几何体之间关系的拓扑信息，所以在重建实体模型中凭借位置信息重建拓扑信息是十分关键的步骤。另一方面，实际应用中的产品零件(结构件)绝大多数是由规则几何形体(如多面体、圆柱、过渡圆弧)经过拓扑运算得到，因此对于结构件模型的重构来讲拓扑关系重建显得尤为重要。实际上，目前CAD/CAM系统中常用
的B-rep模型即是基于这种边界表示的基本几何体素布尔运算表达的。
因此STL模型重建的过程如下：首先重建STL模型的三角形拓扑关系；其次从整体模型中分解出基本几何体素；重建规则几何体素；然后建立这些几何体素之间的拓扑关系；最后重建整个模型。
2.1 三角形拓扑关系重建
STL模型中仅仅包含产品的几何位置信息，而且STL数据中包含大量的重复数据。STL中的三角形顶点是重复记录的，其重复度为N(N为以该点为顶点的三角形数目)。为了在后续步骤中提高运算效率，有必要首先去除冗余数据，提高存储和运算效率[4]，同时建立STL模型三角形拓扑关系，即建立三角形的边信息结构，记录每条边的左右三角形。考虑到排序运算效率，我们采用双向链表的方式记录每一条边的左右三角形信息。
三角形拓扑关系的建立不但精简了STL模型数据，而且是后序几何体素分离的基础。
2.2 STL模型几何体素分离
由于STL模型是由三角形集合构成的，因此直接利用三角形数据无法将不同的几何体素互相分离。如果将描述模型平面部分的三角形合并，然后提取出平面的边界，利用边界就可以将不同的几何体素区分开来。
平面是最简单的几何元素。根据平面特性，我们可以得到平面边界提取准则：如果具有相邻边的两三角形法矢平行，则这两个三角形构成一个平面。以此外推，所有与该平面具有相邻边且法矢平行的三角形都属于该平面。平面识别过程是一个递归循环：设任一三角形为“种子”三角形，其法矢为N0。Ni为与“种子”三角形有相邻边的三角形的法矢，计算N0、Ni的夹角θ=arccos(N0.Ni/|N0||Ni)。若θ<δ(δ为三角形合并阈值)，则三角形i可以与“种子”三角形合并。发生三角形合并后，原来的“种子”三角形边界扩充为多边形边界，“种子”三角形成为“种子”多边形。以新得到的“种子”多边形边界为依据，寻找相邻三角形，再重复以上合并步骤，使“种子”多边形不断长大，最终当所有相邻三角形均无法与“种子”多边形合并时，递归停止。这时得到的是由多条边界组成的平面多边形。
此时我们发现，即使是简单矩形，依然是由很多短边组成的多边形，这显然不适合特征造型的要求。为此还需要进行边直化。边直化就是将共线的短边合并成为一条直线边。完成边直化以后就
得到了正确的平面多边形，其法矢就是初始三角形的法矢。对完成平面边界提取的模型基础，从边界边链表中的任意一条边开始，总可以找到与它位置相连的组成一个封闭几何体的所有边。这时，剩下的边就成为另一个与当前几何体无几何位置联系的独立几何体。当边界边链表中所有的边都遍历分离以后，就可得到所有组成零件的独立几何体的各自的边集合。按照该方法，类似阶梯孔之类的特征将会被分解为n个(n为阶梯的层次数)独立的几何体。
体素分离的过程见图1。图1a是STL模型，图1b是提取平面边界后的模型。我们可以看到，原来STL模型上所有的平面都被提取出来了，而诸如圆角、圆柱面、圆锥面等二次曲面部分则还保留着三角形描述。图1c是体素分离以后的STL模型(成为4个独立的几何体素)。对于这些独立体素，我们需要将其中规则几何体重新利用参数化方法重构，这样才能使最终重建模型成为一个参数化的、有一定拓扑关系的实体模型。
图1 几何体素的分离
2.3 规则几何体素重构
由于大多数结构件模型可以分解为平面和各种二次曲面(圆柱
面、球面、锥面等)的组合，因此将这些规则几何体利用参数化方法重构以后，就可以得到具有参数信息的结构件模型。
对于由平面围成的体素，可以直接将所有平面拼合在一起构成实体体素。对于包含圆柱面、圆锥面等非平面的体素，根据这些几何体的特点以及STL模型能够提供的信息，我们对几类常见几何体的判断给出了准则。通过实际建模证明，这些准则可以较准确地重建这些几何体。
(1)圆柱(外圆柱面、内孔面)体素重建由于STL模型是用离散的数据表示连续曲面，因此STL模型中的圆(柱)实际上是一个多边形(体)。对于圆柱面的判断，我们根据其几何特性提出如下准则：
条件1 设组成圆柱的三角形集合为Ω，则Ω内所有具有相邻边、法矢共面且平行的三角形组成圆柱的两个端平面，见图2a。
条件2 Ω内所有具有相邻边、法矢共面但不平行的三角形组成圆柱面，见图2b。
设圆柱侧面三角形的法矢为Ni(i=0，1，…，m，m为三角形数量)，Ci为三个法矢的混合积：
Cj=(Ni×Ni+1).Ni+2，i=0，1，…，m-2若Ci=0，则所有三角形法矢共面。同时，由于任意两法矢均不平行，故这些三角形组成圆柱面。以上准则可同样适用于等半径过渡圆柱面的判断。
圆柱体素几何参数提取方法如下：在确定了组成圆柱面的三角形后，就可以根据这些三角形确定圆柱面的直径、高度、几何位置等参数。首先，合并这些三角形的公共边，得到两个由三角形边界边组成的多边形(即圆柱上下端面的圆)。然后根据多边形顶点数据，计算出两个多边形的几何重心(圆柱位置参数)、外接圆直径(即圆柱直径)以及由两个几何重心确定的圆柱方向、高度。
(2)圆台、圆锥体素重建类似圆柱面的识别，圆台、圆锥面的判别准则同样以三角形法矢之间的关系为依据。
条件1 设组成圆台(锥)的三角形集合为Ω，则Ω内所有具有相邻边、法矢共面且平行的三角形组成圆台(锥)面的端平面。
条件2 Ω内所有具有相邻边、法矢不共面的三角形组成圆台(锥)面。
圆台(锥)体素几何参数提取方法如下：首先，合并组成圆台(锥)面的三角形的公共边，得到由边界边组成的多边形。如果得到两个多边形，则该体素为圆台，若只有一个多边形(另一个多边形退化为一点)，则该体素为圆锥。根据得到的边界多边形，可以计算出其重心、直径。对于圆台，得到上下圆面直径、方向、几何位置、高度；对于圆锥，得到底面直径、方向、几何位置，由于圆锥只有一个边界多边形，因此需要借助侧面三角形计算圆锥体的高度。
(3)其它二次曲面体素重建在完成平面、圆柱面、圆台、圆锥面的提取后，利用剩下的尚未识别的三角形数据构造逼近曲面，并通过逼近曲面识别出这些三角形是否为球面、抛物面等二次曲面，并提取二次曲面相关参数。有关通过逼近曲面识别球面、抛物面、旋转面等的算法很多[5，6]。根据计算出的曲面类型和参数，利用现有几何造型软件(如ParaSolid)可直接构造出几何体。
2.4 基本拓扑结构重建
仅仅依靠独立的几何体素是无法正确重建模型的，只有明晰体素之间的拓扑关系，并据此完成拓扑运算后才能得到正确的零件模型。
拓扑关系的运算包括布尔“和”、布尔“减”、布尔“差”3种。由于STL模型表达模型的外轮廓面信息，因此在STL模型中布尔“差”是不会出现的。因此只要分析出两两几何体之间的“和”、“减”关系就可以完成模型重建。
对A、B两个独立的几何体素，需要相互进行包容性测试。包容性测试可以判断出体素的顶点与另一体素的关系：顶点在体素内、顶点在体素外、顶点在体素上。根据顶点与体素的关系可以得到两个体素的相互位置关系，进一步得到它们的拓扑关系。通过分析我们确定了两体素之间的6种位置关系，见图3。分别将这6种位置关系对应到拓扑关系中，就可以确定两个体素之间的布尔运算类型。
2.5 零件模型重建
在确定所有组成零件的几何体素两两之间拓扑关系以后，需要进行布尔运算得到最终的模型。此时需注意的是，不同的布尔运算次序会产生不同的结果。图4是利用相同体素通过不同布尔运算次序产生的零件。可以看到，不同的次序产生了两个完全不同的新零件。
如何能得到需要的正确结果，可通过对STL模型的分析，正确的方法是先对所有的体素进行布尔“和”运算，然后在“和”运算的基础上进行布尔“减”运算，这样才能保证运算结果的正确性、有效性。
3 实例
图5和图6是两个结构件模型STL数据的重建结果。STL模型数据由测量数据经过简化得到，利用以ParaSolidV14.0为内核开发的CAD造型软件进行几何模型重建。由于ParaSolid所保存的xt/xb文件具有很好的通用性(如UG、SolidWorks等CAD软件均可以直接读入)，因此我们重建的CAD模型可以直与其它CAD系统进行交流。
4 结论
本文在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技
术。该方法充分利用了STL模型能够提供的有用信息，重建模型中包含了参数化几何特征和基本拓扑关系，使重建模型具有很好的实用性。该方法在很大程度上拓展了STL模型在CAD软件中的应用。
由于实际产品零件的复杂性，我们提出的方法还不能完全适应实际产品造型需求，下一步我们将针对变半径过渡区域及混合过渡区域的特征识别与重建进行深入研究。
三维实体建模与设计 课程编码：202561课程英文译名：3D Solid Design and Construction 课程类别：学科基础选修课 开课对象：机械工程机自动化专业开课学期：5 学分：2学分；总学时：328学时；理论课学时：16学时； 上机学时：16学时 先修课程：工程图学、机械原理、机械设计 教材：Solid Works 2005机械设计及实例解析．胡仁喜等．北京：机械工业出版社，2005 参考书：【1】机械设计课程设计图册．龚溎义等．北京：高等教育出版社，1989，第三版．【2】SolidWorks 原厂培训手册实威科技.北京：中国铁道出版社，2004 一、课程的性质、目的和任务 本课程是面向机械工程等各专业开设的一门课程，是学习利用三维CAD软件进行零部件造型设计及制图的实践性课程。课程的目的是使学生掌握用Solid Works软件进行产品的零件造型设计、部件装配设计以及工程图绘制的基本技能，初步学习基于三维的产品开发设计，掌握自下而上的设计方法，自上而下的设计方法以及两种方法结合使用的设计过程。 课程的主要任务： 1.学习掌握三维CAD的特征造型方法； 2.学习掌握三维CAD下的零件造型与部件装配方法； 3.初步掌握三维CAD下基于装配的设计方法； 4.学习掌握三维CAD的二维工程图绘制方法； 5.初步学习利用三维CAD软件Solid Works进行产品设计的方法。 二、课程的基本要求 通过课堂讲授与上机实践，使学生： 1.了解三维CAD的发展历史、现状及软硬件配置条件； 2.了解三维CAD的发展历史、现状及软硬件配置条件； 3.了解利用三维CAD软件进行设计、制图的基本思路与方法； 4.掌握利用Solid Works进行三维立体造型设计的实现方法； 5.掌握利用Solid Works下的零件造型与部件装配方法； 6.初步掌握Solid Works下自上而下的设计方法以及自下而上和自上而下相结合 的方法； 7.掌握Solid Works的二维工程图绘制技术； 8.具有一定的实践体会和相关的应用能力。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章Solid Works 2005 概述（1学时） 1．工作窗口 2．菜单简介 3．工具栏简介 第二章零件建模的特征分类（2学时） 1．基于特征的零件建模的基本过程 2．Solid Works的设计思想
毕业论文开题报告 题目某典型零件的逆向工程与注塑模设计 学生姓名学号 所在院(系) 专业班级 指导教师 2013 年 3月 5 日
题目某典型零件的逆向工程与注塑模设计 一、选题的目的及研究意义： 逆向工程(reverse engineering,RE),又称为反求工程或反求设计，与传统工程的设计过程完全不同。他是从实物样本的获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM系统中一个研究应用热点，并发展成为一个相对独立的技术领域。早在1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果，直到20世纪90年代中期，逆向工程才在我国得到了迅速的发展与推广。 1、选题目的： 随着国民经济的飞速发展，传统的产品开发模式以不能满足经济社会的市场的需求。传统的产品开发过程遵循正向工程（或正向设计）的思维，从市场需求信息着手，按照“产品功能描述（产品规格及预期目标）-产品概念设计-产品总体设计及详细的零部件设计-制定生产工艺流程-设计、制造工夹具、模具等工装-零部件加工及装配-产品检验及性能测试”这样的步骤开展工作，是从未知到已知、从抽象到具体的过程。我国是一个制造大国但不是一个制造强国，沿海很多中小型企业都是为外国大企业进行贴牌生产，没有自己的产品。这样很难适应如今的国际经济形势。所以国家提出技术创新，要有自己的设计、创新的产品，并且要不断地推陈出新。采用逆向工程技术，可以直接在国内外已有的先进产品基础上进行性能分析、设计模型反求、在设计优化制造。这次注塑模具设计不是通过常规的方法设计，而是基于先进的制造技术逆向工程，一个“从有到无”的过程，为模具技术的迅速发展起着至关重要的作用。这样，不仅可以更好地消化和吸收国外先进技术，赶超发达国家，扩大在世界经济市场的占有份额，而且可以打破西方国家对我国进行的技术封锁，从而研制出更先进的产品，以提高我国的综合国力。 2、研究意义： 逆向工程是制造业实现快速产品创新设计的重要途径，实物原型的再现仅仅是逆向工程的初步阶段，在此基础上进行的基于原型的再设计、再分析、再提高，从而实现重大改型的创新设计，才是逆向工程的真正价值和意义所在。逆向工程技术在模具行业中的应用从逆向工程的概念和技术特点可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具和家电等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。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并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，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是以生产各种汽车、玩具配套件的地区、企业有着十分广阔的应用前景。因此,逆向工程技术的应用对我国企业缩短与发达国家的差距具有特别重要的意义。
逆向工程与快速原型技术 （综合技能训练及评价） 题 目 逆向工程三维建模关键技术 综合创新训练 姓 名 ******* 学 号 *********** 专业班级 机制**** 授课教师 ****** 分 院 机电与能源工程分院 完成日期 **** 年 **月 *日 宁波理工学院
绪论 (3) 0.1什么是逆向工程 (3) 1.2逆向工程的基本操作步骤 (3) 第一章点云摆正综合练习 (4) 1.1目的和意义 (4) 1.2 点云数据摆正的原理及实现流程 (4) 1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 (4) 第二章逆向建模特征线构建技术 (15) 2.1 目的和意义 (15) 2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程 (15) 2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 (15) 3.1 目的和意义 (32) 3.2 曲线构建的原理及实现流程 (32) 3.3 曲线构建及具体实现步骤 (32) 4.1 目的和意义 (36) 4.2 曲面重构的原理及实现流程 (36) 4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (36) 第五章：点云数据修补综合练习 (41) 5.1 目的和意义 (41) 5.2 曲面重构的原理及实现流程 (41) 5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤 (41) 第六章总结与反思 (49)
绪论 0.1什么是逆向工程 逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建，即对已有的零件或实物原型，利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程，它属于产品导向（product oriented）。逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，进一步改进、提高产品原型的重要技术手段；是产品快速创新开发的重要途径。通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。 1.2逆向工程的基本操作步骤
基于STL模型的逆向工程实体建模技术 内容摘要:摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等基本几何体素的分离，并利用Parasolid系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，可以实现RE/RP系统与通用CAD系统之间的快速集成，实现产品数据在不同系统之间顺畅传递。模型重建1逆向工程CAD技术与STL模型逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1]。 摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等基本几何体素的分离，并利用Parasolid系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，可以实现RE/RP系统与通用CAD系统之间的快速集成，
实现产品数据在不同系统之间顺畅传递。 关键词：STL；逆向工程；实体建模；模型重建 1 逆向工程CAD技术与STL模型 逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1]。由于测量方式的不同，数字化测量设备可以分为接触式和非接触式。随着测量技术的发展，不论何种测量方式，产生的测量数据都是非常多的，尤其是非接触式的激光测量，可以产生几十万甚至上百万测量点的测量数据。我们将这种数据称为“点云”数据。一般来说，数字化测量设备都带有数据处理软件。这个软件的主要功能是对测量设备输出的数据进行初步处理，如去除明显噪声点、多块数据拼合、数据格式转换等。一般的测量设备除了按照自定义格式输出数据外，都提供IGES 格式的数据输出。随着软件功能的加强，目前很多测量设备可以在输出测量数据的同时输出三角网格数据(即经过三角化以后的数据)或者STL格式数据。但是这些STL格式数据一般没有经过测试(如不保证封闭性，可能存在裂隙等)，不能直接用于逆向工程建模或RP制造。由测量设备输出的STL数据必须经过修补、纠错处理，才能用来进行逆向工程CAD建模。因此，逆向工程中重要的一个环节就是数据的预处理。
浅谈逆向工程技术 逆向工程（又称反向工程），是一种技术过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是，在不能轻易获得必要的生产信息下，直接从成品的分析，推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。 需要逆向工程的原因如下： 1.接口设计。由于互操作性，逆向工程被用来找出系统之间的协作协议。 2.军事或商业机密。窃取敌人或竞争对手的最新研究或产品原型。 3.改善文档。当原有的文档有不充分处，又当系统被更新而原设计人员不在时，逆向工程被 4.用来获取所需数据，以补充说明或了解系统的最新状态。 5.软件升级或更新。出于功能、合规、安全等需求更改，逆向工程被用来了解现有或遗留软件系统，以评估更新或移植系统所需的工作。 6.制造没有许可／未授权的副本。 7.学术／学习目的。 8.去除复制保护和伪装的登录权限。 9文件丢失：采取逆向工程的情况往往是在某一个特殊设备的文件已经丢失了（或者根本就没有），同时又找不到工程的负责人。完整的系统时常需要基于陈旧的系统上进行再设计，这就意味着想要集成原有的功能进行项目的唯一方法便是采用逆向工程的方法分析已有的碎片进行再设计。 10.产品分析：用于调查产品的运作方式，部件构成，估计预算，识别潜在的侵权行为。 逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或X射线断层成像之类3D扫描仪技术进行尺寸测量，再通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D 虚拟模型的方法。逆向工程经常被用于军事上，在二战和冷战中经常被用到。 1980年开始，欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程领域。1990年初期，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段：2000年前，在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在2003年前技术成熟，广为业界引用。到2007年后，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。1998年，NEWPOWER启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于V模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。截止2011年，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。 逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域，它的特点是： 1、缩短产品的设计、开发周期，加快产品的更新换代速度； 2、降低企业开发新产品的成本与风险； 3、加快产品的造型和系列化的设计； 4、适合单件、小批量的零件制造，特别是模具的制造，可分为直接制模与间接制模法。
基于逆向工程的注塑模设计与制造 目录 基于逆向工程的注塑模设计与制造 摘要 引言 1 逆向工程的结构体系 1.1 数据采集 1．2数据处理 1.3 模型重建 2 塑料水壶模具的数字化设计与制造 2．1水壶原型的数据采集 2．2 数据处理 2．3水壶原型的重建 2．4模具零件的生成 2．5模具零件NC程序的生成 3 结论 参考文献 结束语
基于逆向工程的注塑模设计与制造 摘要：将逆向工程技术应用到塑料水壶模具的设计与制造中，通过采用PIX-30三坐标测量仪采集数据，利用UG软件进行数据处理、模型重建、模具设计及自动编程，从而实现注塑模的快速设计与制造。 关键词：逆向工程；UG；注塑模；快速设计；快速制造 引言 在塑料产品的开发过程中，几何造型技术已使用得相当广泛。但由于种种原因，模具企业从厂商接受的技术资料往往并非CAD的模型，而是由复杂的自由曲线曲面组成的实物样件，若采用传统的方法设计制造产品，生产周期长，成本高，无法应对瞬息万变的塑料品市场，而逆向工程(Reverse Engineering)为解决这一难题提供了便利。因此逆向工程作为一门新兴学科越来越受到人们的关注和重视。 传统的设计方法是以功能为基础，通过方案设计、图样设计及产品制造、装配，以获取产品实物作为最终目的，而逆向工程设计是针对现有工件，尤其是复杂不规则的自由曲面，利用3D数字化测量仪，准确、快速地测量出轮廓坐标值，并构建曲面，经编辑、修改后，转至一般的CAD／CAM系统，将原有的实物或影像转化为计算机上的
三维数字化模型，再由CAM产生刀具的NC加工路径并传送至CNC 机床，制作所需模具，或者生成STL文件，用快速原型技术( RP) 将样品模型制作出来。 根据样品的三维数字化模型，可以反复修改模具型面，并自动生成NC加工程序，从而大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是在注塑行业有着十分广阔的应用前景。 1 逆向工程的结构体系 目前逆向工程的工作流程如图1所示，主要由三部分组成：产品实物外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。逆向工程的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。 图1 逆向工程的流程图 1.1 数据采集 数据采集是逆向工程的第一步，其方法正确与否直接影响实物的二维、三维几何数据，影响到重建的CAD实体模型的质量，并最终影响产品的质量。 逆向工程中的测量方法大体分为接触式与非接触式两类。目前，
一、工作原理 反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为四个步骤： (1)物体数据化： 普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。 (2)从采集的数据中分析物体的几何特征： 依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。 (3)物体三维模型重建： 利用CAD软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。 (4)检验、修正三维模型。 二、设备、软件、书籍资料 1、Geomagic Studio 由美国Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件Geom Geomagic Studio软件的使用 agic Studio 可轻易地从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。该软件也是除了Imageware 以外应用最为广泛的逆向工程软件。 Geomagic Studio主要包括Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五个模块。主要功能包括： 自动将点云数据转换为多边形(Polygons) 快速减少多边形数目(Decimate) 把多边形转换为NURBS 曲面 曲面分析(公差分析等) 输出与CAD/CAM/CAE 匹配的文件格式(IGS、STL、DXF等) 1.从CAD数模得到的产品模型 2.将CAD模型读入Geomagic Studio 3.CAD 设计模型与从实际模型扫描所得的点云数据(不同坐标系) 4.扫描数据与CAD模型的自动对合 5.扫描数据与CAD模型的自动对齐 6.误差以彩色图形直观显示 7.用户可标出任意点误差 8. Qualify 的结果可以输出为HTML 格式 2、Surfacer——逆向工程工具和class 1 曲面生成工具
实体建模技术 提示： 1．实体零件的后缀名为.prt 。 2．零件名称只能输入英文字母、汉语拼音、阿拉伯数字和一些带下划线的名称等，不能输入汉字和一些特殊字符，如“/、，、。、？、< >”等。 3．模型模板有英制和公制，英制inlbs_part_solid（默认英制模板，ecad为英制的 ecad模板），表示其长度为英寸（in），质 量为磅（ibm），时间为秒（s）；公制 mmns_part_solid，表示 其长度为毫米（mm），质量为牛顿（N），时间为秒（s）；一般选 择公制单位。 三维产品建模中常用的创建特征方法有基础特征、基准特征、工程特征等。 一、基础特征 是最常用的创建特征的方法，包括拉伸、旋转、扫描、混合，是零件建模的根本，也是进一步学习高级特征的基础。其中，拉伸完成零件的80% 建模工作，15%使用旋转功能，扫描和混合约占5%左右。1．1零件造型菜单介绍 一）零件环境模式进入 主菜单文件（File）下拉菜单新建（New）→零件（Part）→Solid 注意：将“缺省”复选框前的“√”去掉，在模板对话框中选择“mmns_part_solid”选项，即选择公制单位。
二）文件格式及文件名要求 文件保存成.Prt格式，并且文件名只能是英文字符、数字等组成，不能含汉字，最好以能说明零件用途的字符来命名。 三）零件造型菜单 实体建模命令中基础特征主要包括拉伸、旋转、扫描、混合等。1．2基础特征常用的造型方法介绍 三维实体建模的一般流程： 进入实体建模环境创建实体特征并进行编辑（一般先绘2D图形、再通过相关命令创建三维实体图形、最后对特征进行编辑，如抽壳/镜像/倒圆角等）。 一）拉伸（Extrude） 1．拉伸的特点 将封闭的二维截面或剖面图形沿垂直草绘平面方向延伸至指定距离来拉伸成柱体，当截面有内环时，特征将拉伸成孔。可创建实体、曲面，可填加或移除材料。 2．拉伸特征的创建步骤 单击命令→单击“放置”选项→“定义“内部草绘（或在绘图区按右键，选”定义内部草绘“）→草绘对话框中确定“草绘平面”和“参照平面（包括绘图方向和参照方向）。“→草绘环境绘制草绘截面→完成后”√“（”╳“退出草绘）→确定拉伸高度→”√“确认，生成实体。 3．拉伸操控板
逆向工程及其应用 一、什么是逆向工程 随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是在这祥的背景下产生的。 逆向工程RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，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，最终将这个模型转人到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产晶设计过程珊们欢去“正向设计”过程。 逆向工程产品设计过程如图一所示，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;它针对现有的工件(样品或模型)利用3D数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后，传至一般的CAD/CAM系统.再由CAM软件产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出来。逆向工程在某些方面很像我们常说的“仿制”;可以说，在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程将大有用武之地。
基于逆向工程的快速成型技术应用探讨 作者：机电学院工业设计雾蒙蒙 【摘要】本文主要介绍了逆向工程的快速成型技术应用流程，并重点对导流罩作为实物原形，分析了快速成型技术及快速制模在逆向工程中的应用，以及零件快速成型和模具加工制造等关键技术的研究与探讨。 【关键词】逆向工程导流罩模具加工制造质量评析 逆向工程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设计到产品的过程，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，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。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产品到设计的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随着计算机技术在各个领域的广泛应用，特别是软件开发技术的迅猛发展，基于某个软件，以反汇编阅读源码的方式去推断其数据结构、体系结构和程序设计信息成为软件逆向工程技术关注的主要对象。软件逆向技术的目的是用
来研究和学习先进的技术，特别是当手里没有合适的文档资料，而你又很需要实现某个软件的功能的时候。也正因为这样，很多软件为了垄断技术，在软件安装之前，要求用户同意不去逆向研究。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。 本文以导流罩作为实物原形，分析了快速成型技术及快速制模在逆向工程中的应用。该项技术大大缩短了新产品的开发和上市周期，实现了产品质量和实际效益的双提高。逆向工程又称为反求工程，通常用于仿制没有设计图样文件的产品，是对存在的实物模型进行测量，并根据测得的数据重构出数据模型，从而进行分析、修改、检验、加工，然后制造出产品的过程。传统设计和制造是从图样到零件，而逆向工程的设计是从零件或实物原形到图样。在产品开发过程中，由于形状复杂，其中包含许多空间曲面很难直接建立数据模型，常常需要以实物模型(样件)为依据或参考原型进行仿型、改型或造型设计。 导流罩是具有复杂空间曲面的对称配合塑料零件，其材质为ABS。由于零件没有图样和数据模型，同时需要检验对称两个零件的配合情况是否满足使用要求，以及产品设计合格后需要进行模具的设计制造和零件的批量生产。在只有零件的一个样件的情况下，采用逆向工程的思路，应用快速成型技术及快速制模技术修整零件模型，在零件的形状、尺寸确定之后进行模具的设计制造，再利用模具进行零件的批量生产。 一、零件快速成型
逆向工程技术的应用 仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应
用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。
摘要 与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。 逆向工程实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉与计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以与逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程CAD/CAM solidworks surfacer 反向工程、建模
目录 1 逆向工程简介 (1) 1.1逆向工程介绍............................. 错误!未定义书签。 1.2 逆向工程的应用 (3) 2 逆向工程应用实例 (6) 3 逆向工程的其他应用领域 (7) 参考文献 (8)
1 逆向工程介绍 1. 逆向工程的概念 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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（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，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到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CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展
《逆向工程》
逆向工程在模具设计中的运用 在现代工业生产中，(60-90)％的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础。由于有的时候商家给我们设计者的仅仅是一个产品要我们完成模具到产品的整个设计流程.如果产品的形状很复杂,而且又主要由曲面构成,这时用传统的方法去分析设计模具会存在很大的困难,此时逆向工程技术在这样的模具设计制造中得到了广泛的应用。逆向工程技术在模具设计制造中的应用主要包含根据实物样件制造模,模具的修改定型,以样本模具为对象的消化吸收,损坏或磨损模具的还原,回弹检测与质量控制。逆向工程技术是基于实物测量进行反求建模，再结合CAD/CAE/CAM技术实现实物样件的快速建模、分析与制造，其应用前景已经为工程技术人员所关注，在模具行业中体现出了重要的应用价值。但目前，虽然商用的逆向工程软件类型很多，但是在实际设计中，专门的逆向工程设计软件还存在着较大的局限性，在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低；建模过程主要依靠人工干预，设计精度不够高；集成化程度低等问题。在具体工程设计中，—般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。为此，在实际建模过程中，建模人员往往采用“正向+逆向”的建模模式，即：在正向CAD软件的基础上，配备专用的逆向造型软件，如Imageware、Geomagic等。在逆向软件中先构建出模型的特征线，而后把这些线导入到正向CAD系统中，由正向CAD系统来完成曲面的重建。 传统汽车覆盖件模具的设计制造方法对于自行设计研制的车型来说，覆盖件是雕塑师手工制作的产品，这样的样件不可避免地存在缺陷。有时，也会利用覆盖件样件直接进行仿形加工。而仿形则会将样件上的缺陷全部复制到模具上，其最终产品也继承了样件的全部缺点，造成覆盖件外观光顺性差、准确度低、协调性差。另外传统的模具制造方法手工修模量大，间隙不均匀，需反复修模试模，质量不稳定，加工周期长。如果采用数控设备加工模具，为检验数控刀轨的正确性，还要进行蜡模试切。传统方法致命弱点是生成的模具型腔不具备修改性及重新设计的能力。基于CAD/CAM系统的设计制造方法采用CAD/CAM一体化技术是模具设计制造的要求，可以有效地改善传统方法的不足，由CAD建立的产品模型可以直接生成数控指令，通过DNC接口实现与机床间的数据通讯，使生产中原来用外形模拟传递改变为用数据量传递，使设计与制造环节直接沟通。而且可以在CAD系统中进行外观分析、产品装配、检查配合部件的干涉，对数控加工过程进行仿真，检查加工过程和干涉，实现产品的设计和修改。因此，可以大大降低手工劳动量，缩短新产品研制周期，显著提高产品质量。将CAD/CAM技术应用于LZ6460乘用车顶盖模具的制造，其制造依据是数学模型，因此得到的制件产品外观光顺、美观、对称、配合轮廓线准确度高，协调性好，修改方便. 1逆向工程在汽车覆盖件－汽车前围板模具设计中的运用 １）首先对前围板进行数字扫描,前围板是带有自由曲面的异形件,测量的关键是自由曲面的测量.在实际测量中采用了德国GOM公司的ATOS光学扫描仪对前围板进行测量,在测量的时候为了得到准确的产品边界,我们多测量了与前围板相连的两个侧板,这样为后面的CAD模型重建提供了参考.
计算机三维建模及其应用 作者：刘胜平 指导老师： 南昌航空大学航空制造工程学院 摘要：为了更好的应用计算机三维建模技术，本文讲述了计算机三维建模的含义，描述了三维建模的发展历史，说明了三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用、数据交换接口、三维建模技术的发展趋势。 关键字：三维建模技术 1 引言 为了能够在计算机环境下更逼真地模拟现实世界的人和物及其运动形态, 必须在三维空间系统中利用已有的三维建模技术,精确地描绘这些事物以实现三维物体的真实再现,进而为用户创造一个身临其境、形象逼真的环境。对现实世界的事物进行建模和模拟,就是根据研究的目标和重点, 在三维空间中对其形状、色彩、材质、光照、运动等属性进行研究,以达到3D 再现的过程。因而, 对三维实体的图形图像处理及其模型建模研究显得尤为必要。 2三维建模技术的定义、发展历史 三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表达、存储和处理的技术，在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术等。 线框模型：20世纪60年代末开始研究线框和多边形构造三维实体，这样的模型被人称为线框模型。三维物体是由他的全部顶点以及边的集合来描述。
精选文库曲面模型：曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。 实体造型技术：实体模型在表面看来往往类似于经过消除隐藏线的线框模型在线框模型或经过消除隐藏面的曲面模型；但实体模型上如果挖一个孔，就会自动生产一个新的表面，同时自动识别内部和外部；实体模型可以使物体的实体特性在计算机中得到定义。 特征参数化技术：参数化造型的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一系列在形状或功能上具有相似性的设计方案。 变量化技术：我们在进行机械设计和工艺设计时，总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建，可以随意拆卸，能够让我们在平面的显示器上，构造出三维立体的设计作品，而且希望保留每一个中间结果，以备反复设计和优化设计时使用。 3 三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用
一、逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过图1所示的设计过程。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。 (2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 (3)损坏或磨损零件的还原。 (4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 二、逆向工程技术实施的条件 1.逆向工程技术实施的硬件条件 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TAL YSCAN 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
建模技术的发展史 三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表示、存贮和处理的技术。实现这项技术的软件称为三维建模工具。本课程主要培养运用Pro/Engineer软件表示和设计空间形体的能力。 三维建模技术是利用计算机系统描述物体形状的技术。如何利用一组数据表示形体，如何控制与处理这些数据，是几何造型中的关键技术。 三维建模技术的研究和发展 在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术 才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术。而如今参数化及变量化设计思想和特征模型则代表了当今CAD技术的发展方向。三维建模技术是伴随CAD技术的发展而发展的！ 三维建模技术的发展史 1 线框模型（Wire Frame Model) : 20世纪60年代末开始研究用线框和多边形构造三维实体，这样地模型被称为线框模型。三维物体是由它的全部顶点及边的集合来描述，线框由此得名，线框模型就像人类的骨骼。 优点： 有了物体的三维数据，可以产生任意视图，视图间能保持正确的投影关系，这为生产工程图带来了方便。此外还能生成透视图和轴侧
图，这在二维系统中是做不到的；构造模型的数据结构简单，节约计算机资源；学习简单，是人工绘图的自然延伸。缺点：因为所以棱线全部显示，物体的真实感可出现二义解释；缺少曲线棱廓，若要表现圆柱、球体等曲面比较困难；由于数据结构中缺少边与面、面与面之间的关系的信息，因此不能构成实体，无法识别面与体，不能区别体内与体外，不能进行剖切，不能进行两个面求交，不能自动划分有限元网络等等。 2曲面模型（Surface Model) 曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。曲面模型的特点 与线框模型相比，曲面模型多了一个面表，记录了边与面之间的拓扑关系。曲面模型就像贴付在骨骼上的肌肉。 优点：能实现面与面相交、着色、表面积计算、消隐等功能，此外还擅长于构造复杂的曲面物体，如模具、汽车、飞机等表面。 缺点： 只能表示物体的表面及边界，不能进行剖切，不能对模型进行质量、质心、惯性矩等物性计算 第二次技术革命——实体造型系统 进入20世纪80年代，CAD价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。 由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利。基于对
第一章 三维实体建模技术 学习重点 了解三维实体建模设计的特点和一般过程； 熟释NX 3.0的各个功能面板，建模方式以及模型分析功能； 掌握NX 3.0 关于草图绘制，零件设计，装配设计，工程图设计的基本操作。 1.1 概述 三维建模设计不同于二维绘图设计，二维绘图设计在一个平面上即可完成，而三维建模设计是在三维空间中进行，建立的模型具有长度，高度，宽度三个方向的尺寸。在三维建模设计中，首先建立在工作空间的坐标系（包括原点，坐标轴和基准平面），然后在草绘平面绘制模型的特征截面或扫描轨迹，并根据参照平面放置特征截面的各图形元素，对二维特征截面进行拉伸，旋转，扫描等操作，可生成三维模型的基础特征。特征是构成三维模型的基础，各中各样的三维模型就是由不同的特征按照一定的设计要求进行组合所形成的集合体。 NX 3.0 软件系统是美国UGS 公司研制的一套由设计到制造的一体化三维软件，是新一代的产品造型系统。本章所有操作界面，设计流程以及模型均在NX 3.0环境中进行。 1.2 实训1——机械零件实体模型建立 1.2.1问题描述 零件设计是机械设计的基础，通过对零件进行实体设计，可以使设计过程更加直观，并 尽量多地获取零件的体信息。零件实体建模的基本技术是基于特征的，任何零件的建立都离不开特征的建立，而参数化 绘制是创建各种零件特征的基础，贯穿整个零件建模过程。熟悉掌握特征截面的参数化草图绘制技术，进而由截面草图生成零件特征的操作技术，是进行 三维设计 的基本功。 本章以机械设计中常用零件轴，键，半联轴器的设计为例，简要说明在NX 3.0环境中进行零件设计，装配体设计和工程图设计的建模过程。 1.2.2实训目的 熟悉NX 3.0 的操作界面，了解个功能面板；了解用NX 3.0进行零件三维实体建模的 设计过程，初步实验用NX 3.0进行计算机辅助机械设计的强大功能。 图1-1 轴、键和半联轴器的实体模型
逆向工程技术及其发展现状 【摘要】本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以及逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程 CAD/CAM solidworks surfacer 反向 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（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，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到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CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。