反求工程设计[共61页]

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1、数字化设计数字化设计反求工程反求工程反求工程设计 日日本本在在第第二二次次世世界界大大战战结结束束时时,国国家家经经济济几几乎乎处处于于瘫瘫痪痪状状态态，1950年年国国民民生生产产总总值值仅仅为为英英国国的的129，法法国国的的138，经经济济上上落落后后于于欧欧洲洲先先进进国国家家二二三三十十年年,但但在在后后来来的的30余余年年中中却却以以惊惊人人的的速速度度一一跃跃而而为为仅仅次次于于美美国国的的世世界界第二号经济强国第二号经济强国.战后日本经济为什么会得到高速发展呢战后日本经济为什么会得到高速发展呢?引引 子子反求工程设计日本是应用的最好的国家日本正是采用了旨在引进国外先进技术的日本

2、正是采用了旨在引进国外先进技术的“吸收性战略吸收性战略”，19451970年用年用60亿美元引进国外先进技术，并投资亿美元引进国外先进技术，并投资150亿美元进行消化吸收，取得亿美元进行消化吸收，取得26000项技术成果。成功项技术成果。成功的技术引进使日本节省了约的技术引进使日本节省了约910的研究费用和约的研究费用和约23的的研究时间。研究时间。反求工程设计案例1 晶体管半导体收音机 美国人发明的晶体管技术原来仅用于军事领域。日本美国人发明的晶体管技术原来仅用于军事领域。日本SONY公司买到晶体管专利技术后，进行反求研究，移植公司买到晶体管专利技术后，进行反求研究，移植于民用领域，开发出晶

3、体管半导体收音机，占领了国际市于民用领域，开发出晶体管半导体收音机，占领了国际市场。场。反求工程设计案例2 本田摩托日本本田公司对世界各国日本本田公司对世界各国500多种型号的摩托车进行反求多种型号的摩托车进行反求研究，对不同技术条件下的技术特点加以分析解剖，综合研究，对不同技术条件下的技术特点加以分析解剖，综合其优点，研制出耗油少、噪声小、成本低、造型美的新型其优点，研制出耗油少、噪声小、成本低、造型美的新型本田摩托车，风靡世界。本田摩托车，风靡世界。反求工程设计案例3 转炉1957年日本从奥地利引进顶吹氧气转炉，通过使用进行多年日本从奥地利引进顶吹氧气转炉，通过使用进行多项技术改造，并在此

4、基础上研制出新型转炉，作为专利向项技术改造，并在此基础上研制出新型转炉，作为专利向英、美、意等发达国家出口。英、美、意等发达国家出口。6年后日本转炉炼钢率竟居年后日本转炉炼钢率竟居世界之首。世界之首。反求工程设计一 概论反求工程：在现代社会中，科技成果的应用已成为推动生产反求工程：在现代社会中，科技成果的应用已成为推动生产力发展的重要手段。把别国的科技成果加以引进、消化、吸力发展的重要手段。把别国的科技成果加以引进、消化、吸收、改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术，收、改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术，是发展民族经济的捷径，称这一过程为反求工程（是发展民族经济的捷径，称

5、这一过程为反求工程（reverse engineering） 。反求工程设计反求设计（reverse design）反求设计是以先进的产品或技术作为对象，进行深入的分反求设计是以先进的产品或技术作为对象，进行深入的分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型创新产品的设计。开发出同类型创新产品的设计。反求设计强调剖析原产品时在反求设计强调剖析原产品时在“求求”上狠下功夫，吃透原上狠下功夫，吃透原设计；而再设计时在设计；而再设计时在“改改”和和“创创”上作文章，力图在较上作文章，力图在较高起点上设计出竞争力更强的创新产品。高起

6、点上设计出竞争力更强的创新产品。反求工程设计 反求工程的研究内容反求工程的研究内容(1)探索原产品的设计思想探索原产品的设计思想(2)探索原产品的原理方案设计探索原产品的原理方案设计(3)研究产品的结构设计研究产品的结构设计(4)对产品的零、部件进行测绘对产品的零、部件进行测绘(5)对产品的零件公差与配合公差进行分析对产品的零件公差与配合公差进行分析(6)对产品中零件的材料进行分析对产品中零件的材料进行分析(7)对产品的工作性能进行分析对产品的工作性能进行分析(8)对产品的造型进行分析对产品的造型进行分析(9)对产品的维护与管理进行分析对产品的维护与管理进行分析分类实物（硬件）的反求设计技术资

7、料（技术资料）的反求设计反求工程设计（10）工艺分析）工艺分析 许多引进设备的关键技术主要是先进的工许多引进设备的关键技术主要是先进的工艺决窍，国外某些工厂视先进工艺为生命线，严格保密。艺决窍，国外某些工厂视先进工艺为生命线，严格保密。因而对加工、装配工艺的分析，对加工因而对加工、装配工艺的分析，对加工精度及精度分配精度及精度分配的反求，是重要而又细致的工作。如硬度大于的反求，是重要而又细致的工作。如硬度大于350HBS的的硬齿面齿轮用螺旋槽砂轮磨削，既能保证高精度硬齿面齿轮用螺旋槽砂轮磨削，既能保证高精度,又能达到又能达到高效率；而直径较大的硕齿颁齿轮，在没有大磨削设备的高效率；而直径较大的

8、硕齿颁齿轮，在没有大磨削设备的分件下，可以通过研合达到精度要求。分件下，可以通过研合达到精度要求。反求工程设计反求工程设计程序反求工程设计程序反求工程设计反求设计与传统设计反求设计与传统设计反求工程设计传统设计：传统设计： how to do?反求设计：反求设计： why have they make it in this way?传统设计过程是一个主动的创造性活动传统设计过程是一个主动的创造性活动.而反求设计过程则是一种高起点的、先而反求设计过程则是一种高起点的、先被动后主动的创造性活动。被动后主动的创造性活动。 反求工程设计反求与仿制 反求技术的发展基础是仿制技术，但近年来反求技术的内反求

9、技术的发展基础是仿制技术，但近年来反求技术的内涵已有了很大的发展，因此反求技术并不同于仿制技术。涵已有了很大的发展，因此反求技术并不同于仿制技术。实物仿制的着眼点在于制造出和原有实物相同的产品。实物仿制的着眼点在于制造出和原有实物相同的产品。反求设计的着眼点在于对原有实物进行修改和再设计后而反求设计的着眼点在于对原有实物进行修改和再设计后而制造出新的产品制造出新的产品 反求设计强调在剖析先进产品时，要吃反求设计强调在剖析先进产品时，要吃透原设汁，找出原设计中的透原设汁，找出原设计中的“绝招绝招”、“诀窍诀窍”和关键技和关键技术，尤其要找出原设计中的缺陷；然后在再设计中突破原术，尤其要找出原设计

10、中的缺陷；然后在再设计中突破原设计的局限，在较高的起点上，以较短的时间设计出竞争设计的局限，在较高的起点上，以较短的时间设计出竞争力更强的创新产品。因此反求设计避免了力更强的创新产品。因此反求设计避免了“侵仅侵仅”的法律的法律问题。问题。反求工程设计反求工程是多种创新技法的综合：它至少是逆向、发散、反求工程是多种创新技法的综合：它至少是逆向、发散、综合等思维方法和移植、组合、变异等多种创新技法的综综合等思维方法和移植、组合、变异等多种创新技法的综合应用。合应用。反求工程（技术引进）有三个层次：应用、消化、创新。反求工程（技术引进）有三个层次：应用、消化、创新。反求工程设计反求工程（反求工程（R

11、everse Engineering, RE）,也称逆向工也称逆向工程、反向工程等。程、反向工程等。反求工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游反求工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。向设计上游反馈信息的回路。2020世纪世纪9090年代以来，反求工程技术被放到大幅度缩短年代以来，反求工程技术被放到大幅度缩短新产品开发周期和增强企业竞争能力的主要位置上。新产品开发周期和增强企业竞争能力的主要位置上。反求工程所需硬软件：反求工程所需硬软件：测量设备测量设备反求设计软件反求设计软件反求工程设计反求工程背景反求工程背景 反求工程软件：反求工程软件：Imageware

12、、Raindrop、Geomagic Studio、Paraform、ICEM Surf、Copy CAD 等等CAD/CAM系统类似模块，系统类似模块，UGUnigrahics、 ProEPro/SCAM、 Cimatron90PointCloud等等反求工程设计反求工程背景反求工程背景 接触式三坐标测量仪接触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪工业工业CT测量机测量机反求工程设计数字化测量CAD模型重构二维图样、技术文档仿制改制产品CAD/CAE系统CAM系统快速成型RP产品样件模具PDM系统实物样件新产品反求工程流程图反求工程流程图 反求工程设计1.数字化测量数字化测量2.

13、测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析反求工程关键技术反求工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据反求工程设计数字化测量是反求工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建模、数字化测量是反求工程的基础，在此基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。评价、改进和制造。数据的测量质量直接影响最终模型的质量。数字化测量数字化测量接触式测量接触式测量反求工程设计数字化测量数字化测量 测量设备测量设备 非接触式测量非接触式测

14、量反求工程设计数字化测量数字化测量 测量设备测量设备 基于平板探测器基于平板探测器X射线成像系统射线成像系统 医学医学CT测量测量反求工程设计数字化测量数字化测量测量方法比较测量方法比较优点优点 接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有接触式探头发展已有几十年，其机械结构和电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。较高的准确性和可靠性。 接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲接触式测量探头直接接触工作表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。率关系不大。 缺点缺点 为了确定测量基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不为了确定测量

15、基准点而使用特殊的夹具，不同形状的产品可能会要求不同的夹具，因此导致测量费用较高。同的夹具，因此导致测量费用较高。 球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探球形的探头易因接触力造成磨损，为了维持测量精度，需要经常校正探头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。头的直径，不当的操作还会损坏工件表面和探头。 测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。测量数度较慢，对于工件表面的内形检测受到触发探头直径的限制。 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

16、补偿，因而可能引入修正误差。实外型需要对探头半径进行补偿，因而可能引入修正误差。接触式测量接触式测量反求工程设计数字化测量数字化测量测量方法比较测量方法比较优点点 不必作半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置。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。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。软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。 缺点缺点 测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位测量精度较差，因接触式探头大多使用光敏位置探测器来检测光点位

17、置，目前其精度仍不够，约为置，目前其精度仍不够，约为2020以上。以上。 因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件因非接触式探头大多是接收工件表面的反射光或折射光，易受工件 表面反射特性的影响，如颜色、曲率等。表面反射特性的影响，如颜色、曲率等。 非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难。理以及不连续形状的处理较困难。 非接触式测量非接触式测量反求工程设计测量路径是测头的运动轨迹，在反求工程的测量流程中是极其重要测量路径是测头的运动轨迹，在反求工程的测量流程中是极其重要

18、的一环，其数据规划的效果将直接影响到整个产品模型反求工程时间的的一环，其数据规划的效果将直接影响到整个产品模型反求工程时间的长短和重构质量。长短和重构质量。 特别是在使用三坐标测量机进行数据测量时，为保证测量精度和运特别是在使用三坐标测量机进行数据测量时，为保证测量精度和运行安全，提高三坐标测量机的测量效率的关键。行安全，提高三坐标测量机的测量效率的关键。设计测量路径的基本原则：设计测量路径的基本原则：1）安全，即从本测量点移到下一测量点的途中，测头不与工件发生）安全，即从本测量点移到下一测量点的途中，测头不与工件发生干涉；干涉；2）路径短、速度快，即根据坐标机的加减速特性，测头能以最快的）路

19、径短、速度快，即根据坐标机的加减速特性，测头能以最快的速度到达下一测量点；速度到达下一测量点；3）行走路线自然，减少测头运转的空行程和测头的旋转测量。）行走路线自然，减少测头运转的空行程和测头的旋转测量。测量路径规划测量路径规划 反求工程设计测量实例测量实例 涡轮叶片模具涡轮叶片模具叶片模具型面数据叶片模具型面数据 叶片模具边界数据叶片模具边界数据 共采集数据点共采集数据点24500个个 。反求工程设计测量实例测量实例 不同叶片的不同叶片的3D-CT3D-CT层析断层层析断层 自主研发的高解析度自主研发的高解析度3D-CT实验系统实验系统不同叶片的不同叶片的3D-CT层析断层层析断层 反求工程

20、设计测量实例测量实例 基于双目视觉的三维数据获取基于双目视觉的三维数据获取自主研发的实验扫描系统自主研发的实验扫描系统蒙皮模具（蒙皮模具（ 长长5m）共采集数据点共采集数据点341212341212个个 成型面点云图成型面点云图反求工程设计1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析反求工程关键技术反求工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据反求工程设计产品外形数据是通过坐标测量机来获取的，一方面，无论是接触产品外形数据是通过

21、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。数据进行精简。主要包括以下内容：主要包括以下内容： 坏点去除，点云精简，数据插补，数

22、据平滑，数据分割坏点去除，点云精简，数据插补，数据平滑，数据分割测量数据预处理测量数据预处理反求工程设计坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量环坏点又称跳点，通常由于测量设备的标定参数发生改变和测量环境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量数境突然变化造成的，对于手动人工测量，还会由于误操作是测量数据失真。据失真。坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首先坏点对曲线、曲面的光顺性影响较大，因此测量数据预处理首先就是要去除数据点集中的坏点。就是要去除数据点集中的坏点。常用方法如下：常用方法如下：1.直观检查法直观检查法2.曲线检查法曲线检查法3.弦高

23、差法弦高差法测量数据预处理测量数据预处理 坏点去除坏点去除反求工程设计当测量数据过密，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。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。到该点的距离，再根据平均距离和用户指定保

24、留点的百分比进行精简。测量数据预处理测量数据预处理 点云精简点云精简 保留每个子立方体中距中心点保留每个子立方体中距中心点最近的点。最近的点。反求工程设计测量数据（测量数据（24500个） 处理后的数据（处理后的数据（ 4607个）个）测量数据预处理测量数据预处理数据精简实例数据精简实例 精简原则：精简原则：精简距离为精简距离为2mm，精简后的点云在空间分布均匀，适合，精简后的点云在空间分布均匀，适合数据的后续处理。数据的后续处理。 反求工程设计由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会由于实物拓扑结构以及测量机的限制，一方面在实物数字化时会存在一些探头无法测到的区域，另一种情况

25、则是实物零件中存在表存在一些探头无法测到的区域，另一种情况则是实物零件中存在表面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据面凹边、孔及槽等，使曲面出现缺口，这样在造型时就会出现数据空白现象，影响曲面的反求建模。空白现象，影响曲面的反求建模。目前应用于反求工程的数据插补方法主要有目前应用于反求工程的数据插补方法主要有1.实物填充法实物填充法2.造型设计法造型设计法3.曲线、曲面插值补充法曲线、曲面插值补充法测量数据预处理测量数据预处理 数据插补数据插补反求工程设计由由于于在在数数据据测测量量过过程程中中受受到到各各种种人人为为和和随随机机因因素素的的影影响响，使使得得测测量量结结果

26、果包包含含噪噪声声，为为了了降降低低或或消消除除噪噪声声对对后后续续建建模模质质量量的的影影响响，需需要要对对数数据据进进行行平平滑滑滤滤波波。数数据据平平滑滑主主要要针针对对扫扫描描线线数数据据，如如果果数数据据点点是是无无序序的的，将将影影响响平平滑滑的效果。的效果。通常采用的滤波算法：通常采用的滤波算法：1.标准高斯标准高斯(Gaussian)法法2.平均平均(Averaging)法法3. 中值中值(Median) 法，法，测量数据预处理测量数据预处理 数据平滑数据平滑反求工程设计数数据据分分割割是是根根据据组组成成实实物物外外形形曲曲面面的的子子曲曲面面类类型型，将将属属于于同同一一子

27、子曲曲面面类类型型的的数数据据成成祖祖，这这样样全全部部数数据据将将划划分分成成代代表表不不同同曲曲面面类类型型的的数数据据域域，为为后后续续的曲面模型重建提供方便。的曲面模型重建提供方便。常用方法：常用方法：1.基于测量的分割基于测量的分割2.自动分割自动分割测量数据预处理测量数据预处理 数据分割数据分割测量数据点测量数据点 数据点分割数据点分割 拟合拟合29个二次曲面个二次曲面线框图线框图 渲染图渲染图反求工程设计测量数据预处理测量数据预处理 数据分割实例数据分割实例仪表盘原始点云数据仪表盘原始点云数据 分割后的点云分割后的点云根据形状分析，将点云分割为三部分：左端面，中间面，右端面。根据

28、形状分析，将点云分割为三部分：左端面，中间面，右端面。逆求软件提供逆求软件提供多种分割点云的方法多种分割点云的方法反求工程设计1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析反求工程关键技术反求工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据反求工程设计在在反反求求工工程程中中，实实物物的的三三维维CADCAD模模型型重重构构是是整整个个过过程程最最关关键键、最最复复杂杂的的一一环环，因因为为后后续续的的产产品品加加工工制制造造、快快速速

29、原原型型制制造造、虚虚拟拟制制造造仿仿真真、工工程程分分析析和和产产品品的的再再设设计计等等应应用用都都需需要要CADCAD数数学学模模型型的的支支持持。这这些些应应用用都都不不同同程程度度地地要要求求重重构构的的CADCAD模模型型能能准准确确还还原原实实物物样样件件。整整个个环环节节具具有有工工作作量量大大、技技术术性性强强的的特特点点，同同时时工工作作的的进进行行受受设设备备硬硬件和操作者两个因素的影响。件和操作者两个因素的影响。三维重构三维重构点云图点云图 三维模型三维模型反求工程设计目目前前成成熟熟的的模模型型重重构构方方法法根根据据数数据据类类型型、数数据据来来源源、造造型型方方式

30、式和和曲曲面表示可分为：面表示可分为：按数据类型：按数据类型：分为有序点和散乱点的重构；分为有序点和散乱点的重构；按测量机的类型：按测量机的类型：分为基于分为基于CMMCMM、激光点云、激光点云、CTCT数据和光学测量数据数据和光学测量数据的重构；的重构；按造型方式：按造型方式：可分为基于曲线的模型重构和基于曲面的直接拟合；可分为基于曲线的模型重构和基于曲面的直接拟合；按曲面表示方法：按曲面表示方法：分为边界表示、四边分为边界表示、四边B B样条表示、三角面片和三角样条表示、三角面片和三角网格表示的模型重构等。网格表示的模型重构等。 在模型重构之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，以在

31、模型重构之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，以选择正确有效的造型方法、支撑软件选择正确有效的造型方法、支撑软件 、模型精度和模型质量。前期信息、模型精度和模型质量。前期信息包括实物样件的几何特征、数据特点等；后续应用包括结构分析、加工、包括实物样件的几何特征、数据特点等；后续应用包括结构分析、加工、制作模具、快速原型等。制作模具、快速原型等。三维重构三维重构常用方法常用方法反求工程设计1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析反求工程关键技术反求工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三

32、维重构重构坐标坐标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据反求工程设计 坐标配准坐标配准 实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，为误差分析做准备，实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，为误差分析做准备，配准精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。配准精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。 测量数据模型与测量数据模型与CADCAD模型间的配准重点：模型间的配准重点： 选择基准选择基准 坐标变换坐标变换选择基准选择基准: : 测量时，标定基准点，配准时，基准定位点和被测件上的设计点重合；测量时，标定基准点，配准时，基准定位点和被测件上的设计点重合； 根据被测物的几何特性自定义。根据

33、被测物的几何特性自定义。反求工程设计 坐标配准实例坐标配准实例配准基准：配准基准： 指定的点。指定的点。反求工程设计 坐标配准实例坐标配准实例坐标配准坐标配准配准基准：配准基准： 由前缘半径圆心，由前缘半径圆心， 尾缘半径圆心和尾缘半径圆心和 封闭图形的形心组成的三角形。封闭图形的形心组成的三角形。反求工程设计 坐标配准实例坐标配准实例配准前配准前 配准后配准后配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。反求工程设计 坐标配准实例坐标配准实例配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。配准基准：几何运算得到特殊的几何约束。（1 1）平面）平面1 1的法向与的法向与Z

34、Z轴同向约束关系；轴同向约束关系；（2 2）圆柱面）圆柱面1 1的轴线与的轴线与Z Z轴重合约束关系；轴重合约束关系；（3 3）平面）平面2 2与与 XYXY平面的重合约束关系；平面的重合约束关系；（4 4）求圆柱面）求圆柱面2 2和自由曲面的交线，该交线与叶片出口端交线的重合约束关系。和自由曲面的交线，该交线与叶片出口端交线的重合约束关系。 配准算法配准算法.doc反求工程设计1.数字化测量数字化测量2.测量数据预处理测量数据预处理3.三维重构三维重构4.坐标配准坐标配准5.误差分析误差分析反求工程关键技术反求工程关键技术产品产品实物实物数字数字测量测量数据数据处理处理三维三维重构重构坐标坐

35、标配准配准误差误差分析分析CAD模型模型设计设计数据数据反求工程设计影响误差的主要要素：影响误差的主要要素：（1 1）产品原型误差）产品原型误差 （2 2）数据采集误差）数据采集误差（3 3）曲面重构时产生的误差）曲面重构时产生的误差（4 4）模型配准误差）模型配准误差 误差分析误差分析反求工程设计由由于于反反求求工工程程是是根根据据实实物物原原型型来来重重构构模模型型的的，但但原原产产品品在在制制造造时时会会存存在在制制造造误误差差，使使实实物物几几何何尺尺寸寸和和设设计计参参数数之之间间存存在在偏偏差差，如如果果原型是使用过的还存在磨损误差。原型是使用过的还存在磨损误差。实际零件实际零件

36、测量点云测量点云原型误差一般较小，其大小一般在原设计的尺寸公差范围内。原型误差一般较小，其大小一般在原设计的尺寸公差范围内。 误差分析误差分析产品原型误差产品原型误差 反求工程设计 测测量量误误差差包包括括测测量量设设备备系系统统误误差差、测测量量人人员员视视觉觉和和操操作作误误差差、产产品品变变形形误误差差和和测测头头半半径径补补偿偿误误差差等等。测测量量误误差差和和设设备备环环境境、测测量量人员的经验等。人员的经验等。 误差分析误差分析 数据采集误差数据采集误差反求工程设计 主主要要是是在在反反求求工工程程软软件件中中进进行行模模型型重重构构时时，曲曲线线、曲曲面面的的拟拟合合误误差差，目

37、目前前的的软软件件常常采采用用最最小小二二乘乘法法 逼逼近近来来进进行行样样条条曲曲线线、曲曲面面拟拟合，因此存在一个允差大小控制问题。合，因此存在一个允差大小控制问题。 误差分析误差分析曲面重构时产生的误差曲面重构时产生的误差蒙皮面板测量蒙皮面板测量 测量点云测量点云 点云处理点云处理反求工程设计 误差分析误差分析 模型配准误差模型配准误差 在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合和共线，配合零件的测量边在模型配准过程中，为保证轮廓边界的贴合和共线，配合零件的测量边界轮廓必须调整为一条配合线，这样对配合零件表面造型时会带来误差，为界轮廓必须调整为一条配合线，这样对配合零件表面造型时会带来误差，

38、为减小误差，轮廓线测量和曲线拟合时要求精确减小误差，轮廓线测量和曲线拟合时要求精确 数据匹配就是实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，其匹配精度直数据匹配就是实现测量数据和被测物设计模型的坐标配准，其匹配精度直接影响后续整体误差结果的可靠性。接影响后续整体误差结果的可靠性。配准前配准前 配准后配准后反求工程设计 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 整体误差分析是指计算、分析各叶片模具测量数据与设计模型的整体误差分析是指计算、分析各叶片模具测量数据与设计模型的最大误差、平均误差及关键特征参数的误差，为后续的模具型腔设计及最大误差、平均误差及关键特征参数的误差，为后续的模具型腔设计及加工工

39、艺改进提供具体的量化参考数据。加工工艺改进提供具体的量化参考数据。反求工程设计 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 单元块单元块A误差分析误差分析 单元块单元块A A与设计模型的与设计模型的最大误差是最大误差是0.6640mm0.6640mm，平均误差是平均误差是0.1615mm0.1615mm。 反求工程设计 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析 单元块单元块B误差分析误差分析 单元块单元块B B与设计模型的与设计模型的最大误差是最大误差是0.7776mm0.7776mm，平均误差是平均误差是0.2897mm0.2897mm。 反求工程设计 误差分析误差分析整体误差分析整体误差分析

40、 根据实体模型，测量实体的轮根据实体模型，测量实体的轮廓尺寸，并与图纸给出的轮廓廓尺寸，并与图纸给出的轮廓尺寸对比分析。尺寸对比分析。轮廓尺寸包括模具的半径和高轮廓尺寸包括模具的半径和高度，其结果准确性和重构实体度，其结果准确性和重构实体模具的精度相关。模具的精度相关。13801050mm汽车引擎盖逆求过程汽车引擎盖逆求过程测量点云测量点云横向截取点云横向截取点云拟合曲线拟合曲线纵向截取点云纵向截取点云拟合曲线拟合曲线创建轮廓线和边界线创建轮廓线和边界线重构的参数化曲线重构的参数化曲线反求工程设计汽车引擎盖曲面重建汽车引擎盖曲面重建汽车引擎盖的模型汽车引擎盖的模型前端面前端面后端面后端面中间面中间面分片建立曲面模型分片建立曲面模型反求工程设计汽车引擎盖逆求曲面误差分析汽车引擎盖逆求曲面误差分析误差分析误差分析反求工程设计汽车仪表盘三维模型与原始点云的误差分析汽车仪表盘三维模型与原始点云的误差分析逆求曲面逆求曲面误差分析误差分析原始点云原始点云原始数模原始数模反求工程设计汽车左前板逆求过程汽车左前板逆求过程原始点云数据原始点云数据拟合曲线拟合曲线原始数模原始数模误差分析误差分析反求工程设计