逆向工程的设计的方法16页PPT

奔驰SMART逆向工程案例分析
3.模型形成： 通过扫描数据导入设计软件中进行处理，获 得汽车外形构造的三维模型。
4.模型优化： 通过对扫描数据进行修改形成多个新的模型 ，对修改获得的不同模型进行模拟测试，通 过测试得到各模型的风阻数据，通过比较数 据的大小来选出最优的模型。
奔驰SMART逆向工程案例分析
逆向工程的分类
实物逆向
它是在已有产品实物的条件下， 通过测绘和分折，从而再创造； 其中包括功能逆向、性能逆向、 方案、结构、材质等多方面的逆 向。实物逆向的对象可以是整机、 零部件或组件。
软件逆向
产品样本、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。软件逆向有三类：既有实物， 又有全套技术软件；只有实物而无技 术软件；没有实物，仅有全套或部分 技术软件。
逆向工程
影像逆向
设计者既无产品实物，也无技术软件，仅 有产品的图片、广告介绍或参观后的印象 等，设计者要通过这些影像资料去构思、 设计产品，该种逆向称为影像逆向。
逆向工程的步骤
逆向工程设计实施步骤如下
2、零件原形的数字化
3、提取零件 的几何特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、设计 前的准备 工作 5、重建CAD模型 的检验与修正
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在设备维修中对 个别损坏或磨损 零件的复制
应用 5
设计需要实验才 能定型的工件模 型
在美学设计特别重要的领域 ，通常采用真实比例的木制 或泥塑模型来评估设计的美 学效果，再通过逆向工程进 4 行设计 数字化模型的检测
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逆向工程的前景
逆向工程做为一种非常高效的产品设计思路和 方法，可以迅速、精确、方便地获得得实物的 三维数据及模型。为产品提供先进的开发、设 计及制造的技术支撑。它改变了传统产品设计 开发模式, 大大缩短了产品开发的时间周期,提 高产品研发的成功率。目前，逆向工程在各个 领域发挥着重要作用，比如汽车外观设计、医 学上的人工器官等。但逆向工程的主要应用部 分还是在模具专业上，它大大促进了我国制造 业的发展。作为一个国家来说，吃透别人的技 术仅仅是第一步，在此基础上结合国情进行再 创造，变成有自主权和竞争力的新产品，才是 反求工程的完整意义和目的。

逆向的内容则包括功能逆向、性能逆向、方案、 结构、材质、精度、使用规范等众多方面的逆 向。
逆向工程设计方法
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实物逆向
实物逆向有两项基本工作，即逆向分析与逆向设计。
其一般过程如图所示。
部件、总装简图
部件、总装图
原型 实物
性能测试
校对、审核、工艺 审查、标准化审查
功能原理分析
分解
绘制草图
设计思想逆向
材料、技术条件逆向
审核 工艺分析 绘制零件图
测量并确定尺寸及公差
装配图审查
评价
逆向产品方案， 技术设计及评价
产品试制
逆向工程设计方法
试验与反馈
新产品
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实物逆向
在实物逆向中，试验、测绘和逆向设计是 重要工作，需要精心设计和仔细进行。
1.试验方案和试验方法 2.测绘 3.逆向设计
逆向工程设计方法
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逆向工程设计方法
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测绘
测绘中应注意以下问题：
① 尺寸、精度 一般产品出厂前要经磨合试验和性 能试验。试验后零件的尺寸、形状、边面状态等会 有变化，要逆向其原始状态（装配前的状态）。
② 无损检测 对样机的零件测绘一般不允许有损伤， 因此应尽量使用无损检测方法，如用激光技术、光 谱技术、三维全息照相显示技术等。
日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进 技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展 的一条捷径。观点很快被事实验证，由此引发了逆向 设计（Reverse Design）的概念。
逆向工程设计方法
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逆向工程的出现和发展
明确提出逆向工程（Reverse Engineering）这 个术语并作为一门学问和实用技术进行系统研究则 是近30年的事情。

(2)已有零件的复制、新零件的设计、丢失图纸的己有 的产品，主要是指产品的仿型和改型设计。在我国， 许多生产制造商收到的是实物，没有原始的数字模型， 而要用于生产就必须去再现原产品的设计意图，这就 存在变实物为CAD模型的问题。另外，由于工艺、材 料、美观等方面的原因，人们经常要对相应的生产模 具作局部修改，需要将扫描获取的实物模型数据输入 到计算机，利用逆向工程构造出一个与实物相对应的 CAD模型，然后对该CAD模型进行修改。
批量生产
这一阶段主要联合供应商进行质量控制，将新车的整车 质量质量打造得尽善尽美，为新车的上市做好准备。 目前，中国的自主品牌在追赶国外先进水平，开发的程 序与手段大同小异，如何在这条道路上加快我们追赶的 速度，细化开发流程与同步开发手段无疑是我们的有效 方法。
车辆1202 周良 12110201048
车身结构逆向工程设计中的要点

在汽车工业领域的实际应用中，逆 向工程技术主要涉及以下几个方面：
（1）初始概念设计阶段的油泥模型数字化。目前， 许多外形设计师还难以直接用计算机进行设计， 而是更倾向于油泥或泡沫塑料造型。另外，尽管 计算机具有越来越逼真的模型上光着色功能，但 大型物体，如轿车，还是要做成1：1的实物模型 才能鉴定其外观效果。 成形技术。
系列化等方面的需求
汽车整车正向开发流程
汽车车身除了要有漂亮的外表和与众不同的个性特征， 同时还要能安全可靠地行驶，这就需要整个设计过程 融入各种相关知识，包括车身结构、制造工艺要求、 空气动力学、人机工程学等。细化开发流程与同步开 发手段，对于设计出消费者认可的新车型至关重要。
概念设计阶段
概念设计在新产品开发中有着重要地位，因此，新 产品概念设计流程再造是新产品开发流程再造成败的 关键所在。 1. 总体布置草图设计：绘制产品设计工程的总布置 图，一方面是汽车造型的依据；另一方面它是详细总 布置图确认的基础，在此基础上将产品的结构具体化， 直至完成所有产品零部件的设计。

质量检验 数据整理与备份
逆向工程实施流程
曲线建模 曲面建模 规则形体（实体）建模装配 次设计逆向工程实施流程
逆向工程实施流程
实物 柴油机
逆向工程
样件
设计
测量
绘图
柴油机的测绘
设计结果 图纸
随着三维测量及CAD技术的进 步，测量工具已经升级为三坐 标测量设备，而逆向设计工具 也由二维绘图工具升级为三维 造型CAD软件。
逆向工程的实施
逆向工程实施流程
三坐标测量
测量方案规划 测量实施
测量数据处理
逆向建模
方案规划 逆向设计（建模）

考元素
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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
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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
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应用实例
点云编辑（对齐）
对齐之前 对齐之后
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构造曲线
应用实例
由点云截取 轮廓线点云， 并构造成曲
线
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构造曲面
应用实例
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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
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四、应用实例
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数据导入
应用实例
多个数据的合并， 只要多次打开就 可以将数据合并
在一起
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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
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应用实例
数据优化处理（删除、过滤）
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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
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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。

逆向工程实例
这是一个具体的应用实 例，主要步骤如下：
1、根据客户要求制定 相应的数据采集方案。 本案例采用激光扫描仪 一次扫描完成数据采集。
2、对点数据进行去除 杂点、过滤精简等处理。
逆向工程实例
3、根据样件的特点提取 特征线，本案例按照一条 曲线取截面线。
4、对拟合曲线进行误差 分析，确定在允许范围内， 可进行下面的工作，否则 要重新以更多的控制点进 行拟合，直到把误差控制 在允许范围之内。控制点 不宜过多，这样会影响曲 线质量。
光速测距法 结构化光照法 图像分析法
机械手
优点：具有携带方便，测量精度高等特点。
三坐标测量机(CMM)
优点：测量精度较高，价格低廉。 缺点：测量速度慢，对于柔性材料会出现变形而产生测量
误差，在进行半径补偿时也会出现误差。
采用三角几何法的扫描仪
优点：能快速采集物体的表面点数据信息。 缺点：采集精度受目标物体表面质量和扫描仪与目标物
体之间的距离和环境因素等影响。
三维激光扫描仪工作流程
1、 对要扫描的零件做好表面处理,如喷漆或喷砂 处理。
2、规化扫描方法，如果是大的板金件采取平面扫 描方式，如果是回转体可选择旋转扫描方式。尽 量以最少的次数采集最多的数据。
3、将零件固定在工作台上，保证稳定。 4、确定扫描范围，调整激光强度及步进大小。 5、开始扫描数据。 6、保存数据文件，扫描完毕。
Unigraphics NX
Unigraphics(UG),是美国 EDS公司 推出的CAD/CAE/CAM一体化软 件，广泛应用于航空、汽车、机 械、家电等各行各业。
采用结构化光照法的扫描仪
优点：这种扫描仪具有测量速度快、测量范围大、携带方 便等优点 缺点：价格十分昂贵。

包含定性和定量的评定模型总质量的工具。定量评估提供 关于事物与模型精确的数据反馈，定性评估强调评价模型的 美学质量。
逆向工程基础教程
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2-1-3 Imageware 基本操作
一、鼠标的应用
1、鼠标左键 鼠标左键用于选择几何体、拖动对象以及选择菜单和
对话框中的命令和按钮。常用功能如下： （1）选取浮动工具条上的命令图标。 （2）在视图区中选取几何对象。 （3）在对话框中单击几何对象的名称，会选中该对象。 （4）按住shift+鼠标左键，拖动鼠标可以对视图进行旋 转。
4、多边形造型模块
提供完美的三角形数据处理，提供处理任何大小的多边
形模型的能力，能够处理以下的数据源和数据类型：STL
数据、有限元数据和VRML数据。
逆向工eware 功能模块
5、检验模块 可检测复杂数字形状与物理以及物理样机的三维模型。提
供大量工具以输入CAD数据及点云数据并将这些数据进行对 其用于比较零件与扫描数据之间定性及数量上的差别。 6、评估模块
逆向工程基础教程
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2-1-3 Imageware 基本操作
一、鼠标的应用
2、鼠标中键 鼠标中键一般用于执行命令。常用功能如下：
（1）在对话框中，单击鼠标中键，相当于单击对话框中 的【Apply】。 （2）按住shift+鼠标中键，上下拖动鼠标可以对视图进 行缩放。左右拖动鼠标可以对视图进行旋转，旋转轴垂 直于视图。
显示所有工具条
逆向工程基础教程
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2-1-1 Imageware 用户界面
滑动条
滑动条显示/隐藏切换按钮
逆向工程基础教程
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2-1-1 Imageware 用户界面
模式条

• 对三维曲面的测量，探头测量到的点是探头的球心位置，欲求得物体真 实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。
接触式测量
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优点 • 不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。 • 测量数度非常快，不必像接触式探头那样逐点进出测量。 • 软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。
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当测量数据过密，不但会影响曲面的重构速度，而且在重构曲面的曲率 较小处还会影响曲面的光顺性。因此，在进行曲面重构前，需要建立数据的 空间邻域关系和精简数据。
在均匀精简方法中，通过以某一点定义采样立方体，求立方体内其余点 到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保留点的百分比进行精简。
保留每个子立方体中距中心点 最近的点。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
✓ 1、问题的提出
✓ 由于零件形状十分复杂，很难准确地在CAD软件上设计出实体 模型
✓ 通过手绘或手工捏塑来设计产品，其原型很难完全在CAD软件 中体现
✓ 在没有图样和参数情况下，用传统方法仿制产品困难也不够 准确
✓ 计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性” ✓ 市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言，并
产品 实物
数字 测量
数据 处理
三维 重构
坐标 配准
误差 分析
设计 数据
CAD 模型
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✓ 1、原因
✓ 产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面，无论是接 触式的数控测量机还是非接触式的激光扫描机，不可避免地会 引入数据误差，尤其是尖锐边和产品边界附近的测量数据，测 量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面。 另外，由于激光扫描的应用，曲面测量会产生海量的数据点， 这样在造型之前应对数据进行精简。

四.逆向工程软件介绍
ImageWare处理成实体的步骤：
四. ImageWare处理成实体的实例
股骨
四. ImageWare处理成实体的实例
骨盆
四. ImageWare处理成实体的实例
上肢骨
四. ImageWare处理成实体的实例
拇外翻
谢谢
吴志伟
1、 对要扫描的零件做好表面处理,如喷涂处理。 2、将零件固定在工作台上，保证稳定。 3、确定扫描范围，调整激光强度及步进大小。 4、开始扫描数据。 5、保存数据文件，扫描完毕。
三.逆向工程的测量设备
三维激光扫描仪扫描实例
特点：扫描后的格式为小平面特征的STL格式,不能编 辑，若要进行编辑需处理成实体。
一.什么是逆向工程 二.逆向工程的设计流程 三.逆向工程的测量设备 四.逆向工程软件介绍
吴志伟
一.什么是逆向工程设计
定义：Biblioteka 逆向工程通常是指对某一产品进行仿制 工作，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。
二.逆向工程的设计流程
实物样件 数据采集 数据预处理
三维重建
三.逆向工程的测量设备
问题：当遇到复杂的形状时如何进行逆向工程设计呢？
车身
三.逆向工程的测量设备
发动机盖板
三.逆向工程的测量设备一
三坐标
适用范围：形状单一、结构简单的部件
三.逆向工程的测量设备二
三维激光扫 描仪
适用范围：复杂的曲面造型，体积较大的部件
三.逆向工程的测量设备
三维激光扫描仪的工作流程
四.逆向工程软件介绍
ImageWare 由美国 EDS 公司出品，后被德国Siemens PLM Software 所收购，现在并入旗下的NX产品线，是最著名的逆向工程 设计软件，Imageware因其强大的点云处理能力、曲面编 辑能力而被广泛应用于汽车、航空、航天等设计与制造领 域。

光学扫描测头
模拟扫描测头
激光扫描测头
——机械接触式测头
三坐标测量机（CMM）－
接触测量 精度高，几个um
接触式特点
可直接测量特征尺寸
测量速度慢
硬质表面
内部尺寸受限制
光电式测头——结构形式
三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、 接触式光栅测头
三角法测头——基本原理
已有的相关科学技术成果进行创新构思， 设计出具有科学性、创造性、新颖性及实 用性的产品的一种实践活动，是创造具有 市场竞争优势商品的过程。 其基本特征是新颖性和先进性。
2、创新设计的分类
常规设计：一般只需对某些参数作些变动
原理开拓型：运用新技术原理解决新问题、应用新 技术原理解决老问题、对“旧”技术原理进行新的开 发应用 组合创新类：将已有的零部件，通过有机组合而成 为一种产品，这种产品又能达到一种新的整体功效
将被测物体置于 三坐标机的测量 空间，可获得被 测物体上各测量 点的坐标位置， 根据这些点的空 间坐标值，经计 算可求出被测得 几何尺寸、形状 和位置。
—— 组成：
三坐标测量机（CMM）
测头：按照结构原理，可分为机械式、光学式和电气式等
按测量方法，可分为接触式和非接触式 接触式触头可分为硬测头和软测头
电气式测头
类型：动态测头和静态测头 动态测头（触发式）的结构形式和特点
动态测头结构简单、成 本低，可用于高速测量， 但精度稍低，而且动态 测头不能以接触状态停 留在工件表面，因而只 能对工件表面作离散的 逐点测量，不能作连续 的扫描测量。
静态测头的结构形式和特点

静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外， 还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三 维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在 X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而 驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的 位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐 标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面 移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量， 因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可 以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢， 价格昂贵，适合于高精度测量机使用。