逆向工程操作过程

《逆向工程技术》

课程作业

姓名：Tangmei

学号：051130104

专业：飞行器制造工程指导老师：谭昌柏

2014年12月

1．逆向工程简介（提示：字数500左右字，不得抄袭）

1.1 什么是逆向工程

逆向工程又称逆向技术，是一种产品设计技术再现过程，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、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程常指从现有模型经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型，如利用三坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型的重构，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，

1.2 逆向工程的基本流程

1、曲线处理过程：决定所要创建的曲线类型。曲线可以设计得与点的片段相同，或让曲线更光滑些；由已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。

2、误差分析：可以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、设计中的曲线拟合存在的拟合误差等方面。4、逆向工程是以一个模型或物理零件作为开始，进而决定下游工程。

3、点处理过程：主要包括点云分块、多视点云的拼合、点云过滤和数据精简等。本文由湖南华曙高科快速模型小编整理完成。

1.3逆向工程的主要应用领域和方向

向工程的应用模式主要包括:L给定产品样品，如家电的外壳、铸件等，采用逆向工程的手段，获取它的三维CAD模型、绘制产品图纸，完成产品的数榨编程及樟具设计，也就是人们常说的“产品仿制”；2、先用石膏等造型材料，按一定比例设计出产品的外形，然后，采用逆向工程的手段，获取它的三维CAD模型，这就是所谓的"工业产品设计"；3、测量产品的三维点云，与CAD模型进行比较，分析产品的制造误差，即产品检测。

从逆向工程的概念和技术特点以看出，逆向工程的应用领域如图三所示，主要是飞机、汽车、玩具、电子业、鞋业、艺术品翻制、铸模、人造皮革和家用电器等与模具相关的行业；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、美容等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。

2．零件外形测量（字数500-1000字, 不得抄袭）

2.1 TRITOP全局坐标点定位系统原理介绍

TRITOP是以一手持式的高阶数位相机，对被测物拍摄数位相片，藉由2D数位相片影像的叠合，来撷取被测物的3D坐标，在一开始进行量测之前，先会在物体贴上标签点，再用高阶数位相机进行拍摄，在拍摄过程中，会拍摄许多不同的角度的影像，将这些影像读入至TRITOP软体，因为每一张影像的拍摄角度不同，藉由每一张影像不同的角度，透过三角测距的方式，TRITOP软体自动的将这些影像结合起来经过运算之後，就可得到每一个标签点圆心的3D坐标。

2.2 ATOS流动式光学扫描测量系统原理介绍

ATOS三维扫描仪是一种带有两个CCD摄像机和一个中央投影单元的光学三维扫描仪。它的中央投影单元部分配备了一个白色的投射灯泡和一个可规则滑动的复杂光栅。Atos扫描仪的传感器被固定在一个三脚架上，并且可以十分方便的沿着四轴方向转动。

2.3 大型零件综合测量中TRITOP和ATOS配合使用的基本步骤

Atos系统测量的是物体表面的点的数据，也就是点云，而TRitop系统测量得到的确实参考点的坐标，而Atos正是根据点云来定位的，因此有了Tritop的辅助，Atos误差积累的问题就可以得到改善。基本步骤为，首先用Tritop数码相机系统在测量前,在物体表面或周围贴上磁性数码点和纸质参考点,用数码相机从不同角度拍照后,通过Tritop软件读取相片,并计算出数码点和参考点的空间位置"在被测物体表面上贴参考点时,要注意不能贴成直线状;尽可能不要把参考点贴在孤立位置或曲率变化大的位置"在测量过程中,注意不可干扰或移动被测物体,尽量保证外界光线的稳定,光线不可太强,否则会影响测量的精度和效果"测量时,光栅条纹投射到物体表面,再由两个CCD照相机所记录"投影仪依次投射出多幅不同间隔的条纹光栅到被测物体上,每次测量都是采用由粗到细地变换间隔的光栅条纹的变精度多次测量,以保证测量的准确性和精确性"扫描测量得到的数据需经过拼合处理,主要是通过/三点法进行数据拼合;利用零件模型上预先定义的3个参考点,第二批点序列就转换到首次测量所定义了的坐标系中"在覆盖在零件模型上的参考标记点的基础上,利用参考点将不同的视图拼合到一个坐标系中"将几次测量相结合,每一块点云都可以通过所施加的参考点自动地进行转化"用ATOS系统拍摄了实际模型的数十张视图,并且用参考软件模块对齐这些视图,得到物体模型的完整点云数据。

3. 模型重建过程（提示：记录操作步骤，可按照所给的word文档《CATIA逆向工程建模实例》的1.3.1 的过程进行，但注意格式，每步写清楚，不得直接抄袭，一行放两张图片，大概14张图左右）

1.用Digital Sharp Editor导入点云文件，如下图所示：

2.用刷出需要拟合的平面上的部分点，然后用，拟合平面，并拉伸到合适的大小。如下所示.

3.按照上述操作将零件底座的六个面拟合,然后利用切割将多余面切除得到底座拟合面，如下图所示：

4.拟合上侧面，利用，先将上侧面曲线拟合，然后利用拉伸曲面，将曲线延垂直底座方向拉伸，如下图所示。

5.拟合曲面，先用brush刷出弧面的基本位置，扫出曲面如下图所示，然后利用拟合曲面，之后外插延伸。

6.拟合两个凹槽，先用扫出较好的曲面，然后类似步骤4，先拟合曲线，然后在拉伸出曲面，最后拉伸两侧曲面，具体步骤如下图所示。

7.拟合顶部凹槽侧壁,先用扫出部分曲面，然后拟合曲线，拟合好曲面在曲线上选三个点，然后利用圆定义，先、用三个点拟合出圆线，最后利用圆线拉伸曲面，如下图所示。

8.拟合顶部凹槽底面，如下图14所示，然后拟合顶端顶面，如下图15所示。

图14 图15

9.导入老师给的凸台，最终图如下所示。

图19 1.修建各个多余部分，修建完结果如下图。

2.按点云模型进行倒圆角，效果如下图。

操作树截图如下。

4. 逆向工程思考问题（最多选择四题）

问题1：在接触式和非接触式坐标测量分类中，请各举出一种典型的测量设备（技术），说明各自的特点和不足，以及适合应用的测量场合。（50%）

接触式探针测量三坐标测量仪：一种接触式测量设备，三坐标测量机可以看作是一个空间坐标系，通过测量机上的测头探取工件上的某一点的空间坐标位置并通过传感器记录传输回软件，在软件中进行运算得出所需数据。常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。接触式坐标测量的特点为：成本低使用方便，但是测量精度不高。

非接触式光学坐标测量仪：光学测头测量物体，并不是测量物体本身的几何形状，而是所测到的物体的光学反差结构。特点有：

1、没有测量力，可以用于测各种柔软和易变形的物体，也没有摩擦；

2、由于不接触，三坐标测量机可以很快的速度对物体进行扫描测量，测量速度与采样频率都较高；

3、光斑可以做的很小，可以探测一般机械测头难以探测的部位，也不必进行测端半径补偿；

4、不少光学测头具有大的量程，如十毫米乃至数十毫米，这是一般接触测头难以达到的；

问题2：为何要进行测量数据的预处理，测量数据的预处理有哪些步骤？各种步骤对后面的模型重建会带来哪些好的影响或可能不好的影响，请详述其理由。（35%）

实际样件的测量数据通常不能直接用于三维模型重建，必须将其输入CAD系统或者专用的逆向工程软件中经过一定的数据处理才能转换为造型所需的数据，这是因为在测量过程中存在一些对后续建模不利的因素。

步骤：1、噪声识别与去除，可能会识别错误造成数据损失。2、数据压缩和精简，可能会造成数据损失或不全。3、数据补全，可能产生无效数据。4、数据平滑，可能造成数据损失。5、多视点云对数据分割可能造成数据损失。

问题3：逆向工程中的误差来源有哪些？其中哪些误差很难避免？哪些误差可以抑制？在你认为的可以抑制的误差中，具体通过什么方式或手段来抑制误差？

答：误差来源：数据测量误差，曲面重构误差，制造误差，人为误差。

其中测量误差和人为误差通过重复可以抑制，但是一般都不能避免。

测量误差的抑制：通过提高仪器的精度，多次测量等方式可抑制。

人为误差的抑制：工作人员更加细心，多人相互配合可以抑制。