1逆向工程关键技术
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计算机技术中的逆向工程方法介绍逆向工程是一项在计算机技术领域中被广泛运用的技术和方法,它通过逆向分析软件或硬件系统的工作原理和设计思路,以达到了解、重建或改进目标系统的目的。
逆向工程的技术手段多种多样,包括反汇编、代码分析、动态调试等,为计算机领域的研发和安全领域提供了重要的帮助。
首先,逆向工程中的一个重要方法是反汇编。
反汇编是将已编译的二进制代码转换回汇编代码的过程。
通过反汇编,逆向工程师可以分析目标系统的执行逻辑、数据结构和算法。
这对于熟悉汇编语言的人来说是一项非常有价值的技能,因为它们可以直接查看和理解底层代码执行路径。
其次,代码分析也是逆向工程中常用的方法。
通过对开发者编写的源代码进行分析,逆向工程师可以了解到系统的设计思路、功能实现和安全性等方面的信息。
代码分析可以使用静态分析工具,如代码审查工具、静态分析器等,也可以通过手工阅读和理解源代码来进行。
在逆向工程中,动态调试是一种非常重要且常用的方法。
通过在运行时跟踪和监视目标系统的执行过程,逆向工程师可以获得系统在不同阶段的状态和变化。
这对于解析算法、排查错误和检测潜在漏洞都非常有帮助。
动态调试工具可以让工程师在目标系统运行时暂停、查看变量值、修改代码行为等,以加深对系统的理解。
当然,在逆向工程中,逆向工程师也可以利用其他一些方法和技术,如模糊测试、内存分析等。
模糊测试是将随机输入发送到目标系统,以寻找可能导致崩溃或安全漏洞的输入模式。
内存分析则是通过监视和检测目标系统的内存使用情况,查找系统中可能存在的内存泄漏、敏感数据等问题。
逆向工程方法的应用非常广泛,不仅可以用于软件开发中的代码优化、代码逆向分析,还可以用于网络安全领域的威胁情报收集、恶意代码分析等。
逆向工程方法帮助我们了解和学习他人的代码,提取不可见的信息,优化和改进系统性能,以及发现和修复潜在的安全漏洞。
然而,逆向工程也存在一些争议和法律风险。
在某些情况下,逆向工程可能会侵犯他人的知识产权或违反软件使用协议。
逆向工程技术的原理与应用逆向工程是一种通过对已有的产品进行分析、逆推和改进的技术,它涉及多个学科领域,如材料、机械、自动控制、计算机科学等,是一种多学科交叉的综合性技术。
逆向工程可以帮助企业更好地了解自己的产品和竞争对手的产品,提高产品的质量和性能,缩短产品的研发周期,降低研发成本,增强企业的市场竞争力。
一、逆向工程技术的原理逆向工程技术的主要原理是通过对已有的产品进行反复的分析、逆推和改进,获得该产品的详细信息和知识,以便更好地理解和改进该产品,甚至开发出具有类似功能的新产品。
逆向工程技术的主要步骤包括以下几个方面:1.前期调研:了解已有产品的基本情况、机械原理、电控系统、构造设计等相关信息,为后续的分析和研究打下基础。
2.基本情况分析:对已有产品的尺寸、材质、结构、设计等进行深入分析,了解其性能特点和优缺点。
3.产品逆向设计:通过三维扫描和数字化建模等方法,将已有产品转换为计算机模型,实现对该产品的复原和仿真分析。
4.材质分析:通过化学分析、金相分析等方法分析样品的成分、结构和性质,快速确定材质类型和性能。
5.性能测试:通过试验方法对样品的力学性能、热学性能、电学性能等进行测试和分析。
6.产品改进:根据分析结果和测试数据,针对已有产品的不足之处进行改进和优化,提高产品的性能和质量。
二、逆向工程技术的应用逆向工程技术的应用范围广泛,具体包括以下几个方面:1.产品改进和优化:逆向工程可以对已有产品进行分析和改进,提高产品的性能和质量,满足市场需求。
2.产品仿制和生产:逆向工程可以帮助企业快速复制和生产类似的产品,降低生产成本和提高效率。
3.产品维修和维护:逆向工程可以对已有产品进行分析和诊断,帮助维修人员更快地找到故障和进行修理,缩短停机时间和降低维修成本。
4.产权保护和反盗版:逆向工程可以帮助企业对自己的专利技术进行保护和维护,防止被盗版和侵权。
5.文化艺术保护和修复:逆向工程可以对文化遗产、艺术品等进行分析和修复,保护和传承人类的文化遗产。
1 逆向工程技术概述
逆向工程技术概述
随着科技的进步和信息时代的到来,逆向工程技术已经
成为一种十分重要的技术手段。
逆向工程技术指的是一种对制造出的产品或者其中的某个部件进行分析、研究和重构的过程,主要是从已有的物体中获得信息,使得这种物体能够被重复制造、升级维修、改进、以及相应的法律维权等。
逆向工程技术的应用领域非常广泛,包括汽车、机械、
航空、电子、医疗、军事等多个领域。
通过逆向工程技术的手段,可以迅速掌握已有产品结构、性能、制造工艺等信息,从而更便利地进行产品的创新设计、性能优化和工艺优化;同时,也可以对不同品牌之间的产品进行对比、评测、以及互相仿制,以此降低研发成本,增加市场竞争力。
逆向工程技术主要有以下几个步骤:收集源数据、分析
数据、建模、以及再设计和重构。
源数据一般包括可获得的立体模型、零部件、组成部分、详细技术资料和制造工艺等。
在获得源数据之后,需要进行数据的分析,找到该产品的设计构思以及实现方式。
分析数据是非常重要的一步,因为它将决定后续数据建模和再设计的成功与否。
数据建模是逆向工程的核心工作之一,通过建立立体模型,对该产品的设计、构造和性能等方面进行详细分析和模拟。
最后,再设计和重构将会根据数据建模的结果进行,实现逆向工程的目的。
总的来说,逆向工程技术是现代工程设计和技术创新的
重要手段之一,它已经在各种领域得到广泛应用。
虽然逆向工
程技术在某些情况下可能会侵犯商业秘密,但是如果在遵循相应法律法规和道德规范的情况下进行,就能够更好地促进技术的发展和交流。
逆向工程关键技术(原型的数字化采集与点云数据的预处理)的发展趋势逆向工程技术(ReverseEngineering),是20世纪80年代后期出现在先进制造领域里的新技术。
与传统的“产品概念设计→产品CAD 模型→产品(物理模型)”的正向工程不同,逆向工程首先对实物原型进行数据采集,经过数据处理和曲面重构等过程,构造出实物的三维模型,然后再对原型进行复制或在原型基础上进行再设计,实现创新.1.数据采集实物的数字化是逆向工程实现的初始条件,是数据处理、模型重建的基础。
该技术的好坏直接影响对实物(零件)描述的精确度和完整度,影响数字化实体几何信息的进度,进而影响重构的CAD曲面和实体模型的质量,最终影响整个逆向工程的进度和质量。
所以,数字化测量方法的选择和研究对逆向工程至关重要。
根据测量的方式不同,可以将三维测量设备分为接触式和非接触式两大类型。
1.1接触式数据采集接触式数据采集方法是用机械探头接触表面,机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。
最常见也是应用最广泛的接触式数据采集方法是三坐标测量机,当探针沿被测物体表面运动时,被测表面的反作用力使探针发生形变,这种形变触发测量传感器将测到的信号反馈给测量控制系统,经计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。
一般来说,三坐标测量机可以对被测物体边界精确测量,同时不受被测物体表面颜色和色泽的限制。
其主要缺点是速度慢、效率低,摩擦力和弹性变形易引起被测件变形产生测量误差,对微细部分的测量收到限制,不适于对软质材料或薄型实体的测量。
另外,探头有一定的半径,不能直接测出实体表面的坐标值,需要进行半径补偿。
接触式数据采集的缺点限制了它的应用领域,随着测量技术的发展和市场的需要,产生了非接触式测量,其克服了接触式测量的一些缺点,是逆向工程中数字化测量的发展方向。
1.2非接触式数据采集非接触式数据采集方法主要利用了光、声、磁场等原理。
应用光学原理的方法采集数据块,细分有结构光法、激光三角形法、干涉法、图像分析法等。
逆向工程技术逆向工程技术是一项研究和应用逆向思维的技术,旨在通过研究和分析已有的产品或系统,以及相关的工艺和工程技术,来揭示其设计原理并获取相关技术信息。
逆向工程技术在各个领域都有广泛的应用,如电子产品、机械制造、软件开发等等。
本文将介绍逆向工程技术的概念、应用领域、方法和发展前景。
逆向工程技术的概念最早出现在上世纪60年代,起初是指通过研究法律手续之外的证据,来寻找和重建重大事件的真相。
后来,逆向工程技术逐渐发展成一门独立的学科,成为从产品和系统的功能、结构、制造工艺等方面进行反向研究和分析的技术手段。
逆向工程技术的应用领域非常广泛。
在电子产品领域,逆向工程技术常用于破解电子设备的加密算法或保护机制。
例如,黑客可以使用逆向工程技术破解智能手机的操作系统,从而获取系统的漏洞或潜在的安全隐患。
在机械制造领域,逆向工程技术常用于产品改进和优化。
企业可以通过对竞争对手产品的逆向研究,了解其设计和制造工艺,并进行产品性能的改进和升级。
此外,在软件开发领域,逆向工程技术也被广泛应用于软件逆向分析和破解。
逆向工程技术的研究和应用通常需要通过一系列的方法和工具来完成。
首先,逆向工程技术研究者需要收集和获取相关产品或系统的样本,并进行初步的调研和分析。
然后,通过逆向工程技术手段,对产品或系统的功能、结构和制造工艺进行深入研究。
这可能涉及到软件反汇编、硬件解剖、工艺分析等一系列技术手段。
最后,根据研究结果,逆向工程技术研究者可以获得设计原理和技术信息,并进一步应用于改进、开发或评估之中。
逆向工程技术的发展前景非常广阔。
随着科技的不断进步和产品的不断更新换代,逆向工程技术正变得越来越重要和广泛应用。
不仅仅是在商业领域,逆向工程技术也在创新和学术研究中起到了重要的作用。
逆向工程技术通过研究和分析现有产品和系统,为新产品的设计和开发提供了宝贵的经验和技术支持。
同时,逆向工程技术也为创新和学术研究提供了重要的数据和实验基础。
简单阐述逆向工程技术及其流程
标题:逆向工程技术概述及其流程
一、逆向工程技术概述
逆向工程技术,又称反求工程,是一种产品设计技术手段,其基本原理是从已存在的产品或部件出发,通过对实物的测量、分析和研究,获取产品的几何形状、材料特性、制造工艺等设计信息,进而重构出原始的设计模型或者创新设计新的产品。
逆向工程广泛应用于产品改型设计、技术创新、质量检测、侵权分析等领域,是现代工业设计与制造中不可或缺的重要技术手段。
二、逆向工程的主要流程
1. 数据采集阶段:
这是逆向工程的第一步,通常采用三维扫描仪、CMM(三坐标测量机)等精密测量设备对实物进行精确的数据采集,获取物体表面的点云数据或几何特征数据。
2. 数据处理阶段:
对采集到的大量离散数据进行预处理,包括噪声过滤、数据平滑、点云拼接等操作,将其转化为可供后续建模使用的高质量数据集。
3. 曲面重构阶段:
根据处理后的数据,利用逆向工程软件如Geomagic, Rapidform等构建曲面模型,通过拟合、插值、光顺等方法,生成能准确反映实物表面特性的三维曲面模型。
4. 设计优化阶段:
在得到初步的三维模型后,设计师会对模型进行进一步的修改和完善,包括结构优化、尺寸调整、细节补充等,以满足设计需求和加工要求。
5. 制造阶段:
逆向工程的最后阶段是将优化后的三维模型转换为适合加工的二维图纸或CAM代码,提供给数控机床、3D打印设备等进行生产制造。
总结,逆向工程技术不仅能够帮助我们理解并复制现有的复杂产品,更能在原有产品的基础上进行创新设计和改进,对于推动产品更新换代和技术进步具有重大意义。
逆向工程技术及应用逆向工程是指将制造对象进行解构、分析、破解并拆解出知识产权内容,在此基础上进行再设计、制造的过程,是现代工业技术发展的一个重要组成部分。
逆向工程可以应用于多个领域,如汽车、机械、电子、航空航天、数字化文物保护等。
逆向工程的方法有很多种,常见的包括逆向分析方法、点云扫描技术、CT扫描技术、数字测量与建模技术等。
逆向分析方法是指通过对物体的形态、材料、特征进行逆向分析,从而获得物体的知识产权内容,包括设计图纸、结构参数、功能特征等。
逆向分析方法通常需要对被分析的物体进行拆解和测量,得到数据后进行统计分析,最终获得物体的知识产权内容。
点云扫描技术是指通过对物体表面进行点云数据采集,然后使用软件进行三维重建,得到物体的三维模型。
点云扫描技术通常使用激光测距、相位测量、结构光扫描等方法,将采集到的点云数据进行预处理和后处理,最终得到高精度的三维模型。
CT扫描技术是指通过对物体进行计算机断层扫描,得到物体在空间上的各个断面的扫描图像,然后将图像进行合成,得到物体的三维模型。
CT扫描技术的优点是可以非常精确地测量物体内部的结构和组织,而且无需拆解物体。
数字测量与建模技术是指通过使用数字化测量仪器对物体进行测量,然后根据测量数据进行三维建模。
数字测量仪器包括三坐标测量机、激光测距仪、数字量规等,可以快速地获得物体的测量数据,并进行精确的三维建模。
逆向工程可以应用于多个领域,如汽车制造、数字化文物保护、新材料开发等。
在汽车制造领域,逆向工程可以用于解析竞争对手的产品和技术,并进行仿制和优化。
在数字化文物保护领域,逆向工程可以用于对文物进行数字化重建,实现文物数码化保护和传承。
在新材料开发领域,逆向工程可以用于研究材料的成分和组织结构,设计出更优质的新材料。
逆向工程技术的发展对于现代工业的发展具有重要意义。
随着逆向工程技术的不断推广和改进,逆向工程在商业和工业领域的利用越来越广泛,同时也面临着知识产权保护等问题。
逆向工程技术论文逆向工程又叫反求工程或反向工程,下面是小编为大家精心推荐的逆向工程技术论文,希望能够对您有所帮助。
逆向工程技术论文篇一逆向工程技术及其应用摘要:通过分析和研究逆向工程技术,提出了其关键技术为数据采集、数据预处理、数据分割、曲面重构和CAD模型建模,分析了逆向工程技术在产品设计中的应用,其能提高产品设计的准确性,大大缩短产品研发周期。
关键词:逆向工程数据采集曲面重构点云0引言在21世纪的今天,市场的产品变化很快,能不能很快制造出符合市场需要的商品是一个公司生存发展的关键。
但由于很多原因我们只能得到简单的实物模型,无法得到图纸和相关的产品数据。
因此就没有办法得到产品的数据尺寸,从而把极大地困难带给后续的制造技术和模具的制造。
从而就急需一种能通过先进技术对实体进行处理进而将样品制造出来的技术,而逆向工程正是在这种背景下应运而生。
1逆向工程概述逆向工程又叫反求工程或反向工程,它是根据一个实物产品,通过三维数字化扫描仪精确快速的测量事物的轮廓坐标,再通过三维CAD曲面重建并修改后传递给一般地CAD/CAM系统,再通过CAM 编出刀具的程序传给CNC加工设备,从而制造相应的模具。
单地说,逆向工程就是根据已存在的产品样件模型,进行解剖、深化和再设计,反向推出产品设计数据的过程。
反向工程分为下面三类:①实物反向:它是已经有了实物,经过测量和相关分析进而再生产。
它有性能逆向、功能逆向、结构、材料等各方面的反向。
而且这种反向的目标可以是一个整体可以是一部件也可以是一组件。
②软件反向:我们把产品的样本和设计书、产品的图纸和使用手册、相关的标准和质量保证文件等都叫做技术软件。
它分为以下三类:有实物和全套技术软件的;只有全套技术软件的;只有实物的。
③影像反向:这种逆向没有技术软件也没有相关的实物,我们只能获得产品的一些广告图片和一些参观视频等,产品的研发人员只能根据这些资料去设计和构思产品,我们把这种反向叫做影像反向。
逆向工程及其关键技术院(系)材料科学与工程专业材料加工工程学生学号2010年5月15日逆向工程及其关键技术摘要:随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。
它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。
通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。
本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。
关键字:逆向工程;曲面重构;点云;曲面分析1 引言在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。
热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。
而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。
另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。
逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。
2 逆向工程的系统及其关键技术2.1 逆向工程的概念逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。
相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。
正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。
而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散数据转化成NC程序进行数控加工而获取成品的过程。
反求工程的设计流程如图1所示[5]。
2.2 逆向工程的数字化方法与技术逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来,然后再以取得的各点数据做曲面处理及加工成型。
逆向设计的基础流程及关键技术摘要逆向工程技术是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术,是CAD领域中一个相对独立的范畴。
逆向工程是一项开拓性、综合性、实用性较强的技术,逐渐成为产品开发中不可或缺的一环。
逆向工程能够提高设计精度,获得较高的模型质量,缩短设计和制造周期。
逆向工程的关键技术包括:数据获取、数据处理和模型重建。
通过对数据处理方法进行研究,得到数据处理的一般流程。
根据根据玩具车覆盖件的特点,采用逆向工程方法完成模型重建工作。
采用A TOS I光学扫描仪高效率、高精度地完成玩具车覆盖件的数据获取工作。
应用CATIA软件完成玩具车覆盖件的数据处理工作,获得完整、准确的数据以方便后续模型重建工作的进行。
以CA TA软件和Pro/E软件相结合的方法,充分利用软件的优势,完成玩具车模型的重构工作。
研究表明,采用逆向工程技术的方法完成玩具车覆盖件的模型,可以获得较高的模型质量,提高效率,是一种行之有效的方法,具有重要的实际意义和较高的应用价值。
关键词逆向设计CA TIA Pro/E CAD 关键技术1逆向工程技术的现状及应用逆向工程技术是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合,其主要目的是为了改善技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。
世界各国在经济技术发展中,应用逆向工程消化吸收先进技术经验,给人们有益的启示。
据统计,各国百分之七十以上的技术源于国外,逆向工程作为掌握技术的一种手段,可使产品研制周期缩短百分之四十以上,极大提高了生产率。
因此研究逆向工程技术,对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高,具有重大的意义。
逆向工程的应用领域大致可分为以下几种情况:2 逆向设计的基础流程逆向工程一般可分为四个阶段:1.零件原形的数字化通常采用三坐标测量机(CMM)或激光扫描等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。
2.从测量数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割,采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。
逆向工程技术研究引言逆向工程技术是指通过对产品、设备或软件进行逆向分析、研究和重建的一种技术手段。
在信息时代的浪潮下,逆向工程技术得到了广泛应用,并在各行各业中发挥着重要作用。
本文将对逆向工程技术进行深入研究,并从几个不同的方面进行探讨和讨论。
一、逆向工程技术的概念和发展逆向工程技术的概念最早出现在20世纪50年代,起初主要应用于军事领域。
然而,随着计算机技术和软件技术的迅猛发展,逆向工程技术逐渐向其他领域渗透。
现代逆向工程技术是一种多层次、多学科的综合技术,包括计算机科学、材料科学、机械工程、电子工程等多个专业领域。
由于逆向工程技术的重要性和广泛适用性,很多国家开始将其列为战略性技术,并投入大量资源用于研究和应用。
逆向工程技术的发展已经从最初的软件分析扩展到硬件分析,如逆向设计芯片、逆向分析电路板等。
同时,逆向工程技术在工业设计、产品研发、制造业等领域也得到广泛应用。
二、逆向工程技术的主要方法和应用1. 逆向工程技术的主要方法逆向工程技术的主要方法包括:静态分析、动态分析、结构分析、材料分析、数据恢复、逻辑分析等。
静态分析主要通过反汇编和反编译等手段,对程序进行解析和研究;动态分析则通过执行和调试目标软件,跟踪程序的执行流程,寻找其中的漏洞和脆弱点;结构分析用于分析目标产品的内部结构和组成;材料分析则主要用于分析目标产品所采用的材料的性质和特性;数据恢复则通过恢复被删除或丢失的数据,以获取有用信息;逻辑分析主要用于研究目标软件的逻辑结构和功能。
2. 逆向工程技术的应用逆向工程技术的应用范围广泛。
在软件领域,逆向工程技术可以用于软件程序的优化和改进、病毒检测和分析、版权保护等方面。
在制造业中,逆向工程技术可以用于产品设计、品质检测、工艺改进等。
在信息安全领域,逆向工程技术可以用于漏洞分析、攻击溯源等。
此外,逆向工程技术还在法医学、文化遗产保护等领域有着重要应用。
三、逆向工程技术的挑战与前景逆向工程技术的应用带来了巨大的经济和社会效益,但也面临着一些挑战。
反求工程及其关键技术反求工程是综合性很强的术语,它是以设计方法为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础。
运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和在创造,是已有设计的设计,再创造是反求的灵魂。
一、反求工程的含义反求工程是测量技术,数据处理技术,图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。
随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟,近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用,因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术,所以在汽车,摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计,家电产品外形设计,艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
反求工程将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
二、反求工程发展历史反求工程最早出现于二十世纪六七十年代。
二次世界大战后,为了急于恢复和振兴经济,日本在六十年代初提出了科技立国的方针:“一代引进,二代国产化,三代改进进出口,四代占领国际市场”,其中在汽车、电子、光学设备和家电行业上最为突出。
为了进行国产化,迫切的需要对引进的技术进行消化、吸收、改进和发展,这就是反求设计(Inverse Design)或者反求工程(Inverse Engineering)最初的出现的背景。
发展到现在,已成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或者重要的政策,反求工程的大量采用为日本在战后经济的恢复、经济振兴中发挥了不可替代的作用。
在实际的生产和生活中,任何产品的问世,包括创新、改进和仿制的,都蕴含着对已有科学、技术和产品的继承和发展。
因此反求工程在实际的工程应用中已很早就出现,而作为一门学问去研究,则是最近几十年才出现的。
逆向工程教学大纲(一)引言概述:逆向工程是一种通过分析和理解现有产品和系统的工作原理和设计,以便进行改进和创新的方法。
逆向工程在现代工业界和学术界扮演着重要的角色。
本文将介绍逆向工程教学的大纲,以便帮助学习者系统地学习和应用逆向工程的方法和技能。
正文内容:1. 基础知识- 了解逆向工程的定义和基本概念- 掌握逆向工程的应用领域和目标- 理解逆向工程所需的工具和技术理由:学习者需要对逆向工程的基本知识有清晰的认识,并了解逆向工程在实践中的应用目标和方法。
2. 逆向工程方法- 掌握逆向工程的整体方法论和流程- 学习逆向工程的常用技术和工具- 理解逆向工程的数据采集和分析过程理由:了解逆向工程的方法和技术,并学会使用相关工具,是进行实际逆向工程项目的基础。
3. 逆向工程案例分析- 分析现有产品和系统的结构和设计- 研究产品和系统的功能和性能- 提取产品和系统的关键信息和特征理由:通过详细的案例分析,学习者可以深入了解逆向工程的实际应用,培养分析和解决问题的能力。
4. 逆向工程实践- 进行逆向工程项目的实际操作- 学习逆向工程的数据处理和模型建立方法- 掌握逆向工程的数据分析和结果解释技巧理由:通过实践项目,学习者可以将所学的逆向工程知识和技能应用到实际问题中,提高实践能力和应用能力。
5. 逆向工程进阶- 学习逆向工程的高级技术和方法- 掌握逆向工程的创新和改进策略- 进行逆向工程项目的扩展和深化理由:进阶学习逆向工程的知识和技能,可以在实践中更加高效地进行逆向工程的项目,并提升自身的综合能力。
总结:逆向工程教学大纲涵盖了逆向工程的基础知识、方法、案例分析、实践和进阶内容。
通过系统学习和应用这些内容,学习者可以全面掌握逆向工程的方法和技能,为现有产品和系统的改进和创新提供有力支持。
1 逆向工程技术概述----6ab6a768-7152-11ec-a94d-7cb59b590d7d1逆向工程技术概述1逆向工程技术概述1逆向工程技术概述逆向工程又称逆向工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,并根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程,从而实现产品设计和制造的全过程。
逆向工程技术广泛应用于汽车工业,尤其是车身的设计与开发。
与传统的设计和制造方法不同,它主要使用三维扫描测量仪,在没有设计图纸或不完整的图纸和样品的情况下,准确、快速地测量样品或轮廓形状的表面数据,进行点数据处理、表面创建、,三维实体模型重建,然后通过数控加工或快速原型制造试件,然后通过cam数控系统编程加工产品。
通俗说,从某种意义上说,逆向工程就是仿造。
这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正向工程。
软件的逆向工程是分析程序,力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程,逆向工程是设计的恢复过程。
逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。
Imgaware由德国西门子集团UGS公司生产。
它是最著名的逆向工程软件。
广泛应用于汽车、航空、航天、家用电器、模具、计算机零件等设计制造领域。
该软件拥有庞大的用户群,包括国外著名的国际公司如宝马、波音、通用、克莱斯勒、福特、雷神和丰田,以及中国的大型企业如上海大众、上海交通大学、上海德尔福和成都飞机制造公司。
在过去,该软件主要用于航空航天和汽车行业,由于这两个领域对空气动力性能有较高的要求,因此在产品开发之初应认真考虑空气动力性能。
传统的设计过程首先根据工业建模的需要进行结构设计,制作油泥模型,然后送到风洞实验室测量气动性能,然后根据实验结果反复修改模型,直到获得满意的结果。
这样,最终的油泥模型就是满足需求的模型。
如何将油泥模型的形状准确地输入到计算机中成为电子模型,需要使用逆向工程软件。
首先用三坐标测量机对模型表面的点阵数据进行测量,然后用逆向工程软件(如Imageware surface)进行处理,得到一级曲面。
1.3 逆向工程中的关键技术1.3.1 数据采集技术目前,用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样,其原理也各不相同。
测量方法的选用是逆向工程中一个非常重要的问题。
不同的测量方式,不但决定了测量本身的精度、速度和经济性,还造成测量数据类型及后续处理方式的不同。
根据测量探头是否和零件表面接触,逆向工程中物体表面数字化三维数据的采集方法基本上可以分为接触式(Contact)和非接触式(Non-contact)两种。
接触式包括三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining,CMM)和关节臂测量机;而非接触式主要有基于光学的激光三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等。
这些方法都有各自的特点和应用范围,具体选用何种测量方法和数据处理技术应根据被测物体的形体特征和应用目的来决定。
目前,还没有找到一种完全使用于工业设计逆向测量方法。
各种数据采集方法分类如图1.3所示。
在接触式测量方法中,CMM是应用最为广泛的一种测量设备;CMM通常是基于力-变形原理,通过接触式探头沿样件表面移动并与表面接触时发生变形,检测出接触点的三维坐标,按采样方式又可分为单点触发式和连续扫描式两种。
CMM 对被测物体的材质和色泽没有特殊要求,可达到很高的测量精度(±0.5μm),对物体边界和特征点的测量相对精确,对于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则零件反求特别有效。
主要缺点是效率低,测量过程过分依赖于测量者的经验,特别是对于几何模型未知的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径。
图1.3 逆向工程数据采集方法分类随着电子技术、计算机技术的发展,CMM也由以前的机械式发展为目前的计算机数字控制(CNC)型的高级阶段。
目前,智能化是CMM发展的方向。
智能测量机的研究是利用计算机内的知识库与决策库确定测量策略,其关键技术包括零件位置的自动识别技术、测量决策智能化和测量路径规划、CAD/CAM集成技术等。
随着快速测量的需求及光电技术的发展,以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术得到飞速发展,该方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。
一般常用的非接触式测量方法分为被动视觉和主动视觉两大类。
被动式方法中无特殊光源,只能接收物体表面的反射信息,因而设备简单,操作方便,成本低,可用于户外和远距离观察中,特别适用于由于环境限制不能使用特殊照明装置的应用场合,但算法较复杂;主动方法使用一个专门的光源装置来提供目标周围的照明,通过发光装置的控制,使系统获得更多的有用信息,降低问题难度。
被动式非接触测量的理论基础是计算机视觉中的三维视觉重建。
根据可利用的视觉信息,被动视觉方法包括由明暗恢复形状(Shape From Shading,SFS)、由纹理恢复形状、光度立体法、立体视觉和由遮挡轮廓恢复形状等,其中在工程中应用较多的是后两种方法。
立体视觉又称为双目视觉或机器视觉,其基本原理是从两个(或多个)视点观察同一景物,以获取不同视角下的感知图像,通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获取景物的三维信息,这一过程与人类视觉的立体感知过程是类似的。
双目立体视觉的原理如图1.4所示,其中P是空间中任意一点,C1、C2是两个摄像机的焦点,类似于人的双眼,P1、P2是P点在两个成像面上的像点。
空间点P、C1、C2形成一个三角形,且连线C1P与像平面交于P1点,连线C1P与像平面交于P2点。
因此,若已知像点p1、p2,则连线C1P1和C2P2必交于空间点P,这种确定空间点坐标的方法称为三角测量原理。
图1.4 立体视觉原理图一个完整的立体视觉系统通常由图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配、深度确定和内插6部分组成。
由于它直接模拟了人类视觉的功能,可以在多种条件下灵活地测量物体的立体信息;而且通过采用高精度的边缘提取技术,可以获得较高的空间地位精度(相对误差为1%~2%),因此在计算机被动测距中得到广泛应用。
但立体匹配始终是立体视觉中最重要的也是最困难的问题,其有效性有赖于三个问题的解决,即选择正确的匹配特征,特征间的本质属性及建立能正确匹配所选特征的稳定算法。
虽然已提出了大量各具特色的匹配算法,但场景中光照、物体的几何形状与物理性质、摄像机特性、噪声干扰和畸变等诸多因素影响,至今仍未有很好地解决。
利用图像平面上将物体与背影分割开来的遮挡轮廓信息来重构表面,称为遮挡轮廓恢复形状,其原理如图1.5中所示。
将视点与物体的遮挡轮廓线相连,即可构成一个视锥体。
当从不同的视点观察时,就会形成多个视锥体,物体一定位于这些视锥体的共同交集内。
因此,通过体相交法,将各个视锥体相交便得到了物体的三维模型。
图1.5 体相交法原理遮挡轮廓恢复形状方法通常由相机标定、遮挡轮廓提取以及物体与轮廓间的投影相交三个步骤完成,而且遮挡轮廓恢复形状方法在实现时仅涉及基本的矩阵运算,因此具有运算速度快、计算过程稳定、可获得物体表面致密点集的优点。
缺点是精度较低,难以达到工程实用的要求,目前多用于计算机动画、虚拟现实模型、网上展示等场合,而且该方法无法应用于某些具有凹陷表面的物体。
如美国Immersion公司开发了Lightscribe系统,该系统由摄像头、背景屏幕、旋转平台及软件系统组成。
首先对放置在自动旋转平台上的物体进行摄像,将摄得的图像输入软件后利用体相交技术可自动生成物体的三维模型,但对于物体表面的一些局部细节和凹陷区域,该系统还需要结合主动式的激光扫描进行细化。
随着主动测距手段的日趋成熟,在条件允许的情况下,工程应用更多使用的是主动视觉方法。
主动视觉是指测量系统向被测物体投射出特殊的结构光,通过扫描、编码或调制,结合立体视觉技术来获得被测物体的三维信息。
对于平坦的、无明显灰度、纹理或形状变化的表面区域,用结构光可形成明亮的条纹,作为一种“人工特征”施加到物体表面,从而方便图像的分析和处理。
根据不同的原理,应用较为成熟的主动视觉方法又可分为激光三角法和投影栅法两类。
激光三角法是目前最成熟,也是目前应用最广泛的一种主动式方法。
激光扫描的原理如图1.6所示。
由激光发出的光束,经过一组改变方向的反射镜组成的扫描装置变向后,投射到被测物体上。
摄像机固定在某个视点上观察物体表面的漫射点,图中激光束的方向角α和摄像机与反射镜间的基线位置是已知的,β可由焦距f和成像点的位置确定。
因此,根据光源、物体表面反射点及摄像机成像点之间的三角关系,可以计算出表面反射点的三维坐标。
激光三角法的原理与立体视觉在本质上是一样的,不同之处是将立体视觉方法中的一个“眼睛”置换为光源,而且在物体空间中通过点、线或栅格形式的特定光源来标记特定的点,可以避免立体视觉中对应点匹配的问题。
激光三角法具有测量速度快,而且可达到较高的精度(±0.05㎜)等优点,但存在的主要问题是对被测物体表面的粗糙度、漫反射率和倾角过于敏感,存在由遮挡造成的阴影效应,对突变的台阶和深孔结构容易产生数据丢失。
图1.6 激光三角法原理在主动式方法中,除了激光以外,也可以采用光栅或白光源投影。
投影光栅发的基本思想是把光栅投影到被测物体表面上,受到被测物体表面高度的调制,光栅投影线发生变形,变形光栅携带了物体表面的三维信息,通过解调变形的光栅影线,从而得到被测表面的高度信息,其原理如图1.7中所示。
入射光线P照射到参考平面上的A点,放上被测物体后,P照射到物体上的B点,此时从图示方向观察,A点就移动到新的位置C点,距离AC就携带了物体表面的高度信息Z=h(x,y),即高度受到了表面形状的调制。
按照不同的解调原理,就形成了诸如莫尔条纹法、傅里叶变换轮廓法和相位测量法等多种投影光栅的方法。
图1.7 投影光栅法原理图投影光栅法的主要优点是测量范围大、速度快、成本低、且精度较高(±0.04㎜);缺点是只能测量表面起伏不大较平坦的物体,对于表面变化剧烈的物体,在陡峭处往往会发生相位突变,使测量精度大大降低。
总的来说,精度与速度是数字化方法最基本的指标。
数字化方法的精度决定了CAD模型的精度及反求的质量,测量速度也在很大程度上影响着反求过程的快慢。
目前,常用的各种方法在这两方面各有优缺点,且有一定的适用范围,所以在应用是应根据被测物体的特点及对测量精度的要求来选择对应的测量方法。
在接触式测量方法中,CMM是应用最广泛的一种测量设备;而在非接触式测量方法中,结构光法被认为是目前最成熟的三维形状测量方法,在工业界广泛应用,德国GOM公司研发的ATOS测量系统及Steinbicher公司的COMET测量系统都是这种方法的典型代表。
表1.1对CMM与激光扫描数字化测量方法进行了全面比较,从表中可以清楚的看出,每一种测量方法都有其优势与不足,在实际测量中,两种测量技术的结合将能够为逆向工程带来很好的弹性,有助于逆向工程的进行。
以传感器规划和信息融合为基础,开发多种数字化方法的联合使用方法与集成系统,其中CMM与视觉方法的集成由于在测量速度,精度与物理特性等方面具有较强的互补性,是目前最具有发展前景的集成数字方法。
但如何提高集成过程中的自动化、智能化程度,以下一些关键问题值得进一步研究:(1)基于视觉技术的边界轮廓和物体特征的识别方法;(2)CMM智能化测量技术;(3)高效的多传感器数据融合方法;(4)考虑后续的模型重建的要求,数字化过程与表面重构的集成化研究。
1.3.2 CAD建模技术产品的三维CAD建模是指从一个已有的物理模型或者实物零件产生出相应的CAD模型的过程,包括物体离散数据点的网格化、特征提取、表面分片和曲面生成等,是整个逆向过程中最关键、最复杂的一环,也为后续的工程分析、创新设计和加工制造等应用提供数学模型支持。
其内容涉及计算机、图像处理、图形学、计算几何、测量和数控加工等众多交叉学科和工程领域,是国内外学术界,尤其是CAD/CAM领域广泛关注的热点和难度问题。
在实际的产品中,只由一张曲面构成的情况不多,产品往往有多张曲面混合而成。
由于组成曲面类型不同,因此,CAD模型重建的一般步骤:先根据几何特征对点云数据进行分割,然后分别对各个曲面片进行拟合,再通过曲面的过渡、相交、裁剪、倒圆、等手段,将多个曲面“缝合”成一个整体,即重建的CAD 模型。
在逆向工程应用初期,由于没有专用的逆向软件,只能选择一些正向的CAD系统来完成模型的重建;后来,为满足复杂曲面重建的要求,一些软件商在其传统CAD系统里集成了逆向造型模块,如Pro/Scan-tools、Point Cloudy等;而伴随着逆向工程及其相关技术理论研究的深入进行及其成果商业应用的广泛展开,大量的商业化专用逆向工程CAD建模系统不断涌现。