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1、人人 人人 是是 老老 师师 人人 人人 是是 学学 生生吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute逆向工程技术概述逆向工程技术概述主讲：任科主讲：任科时间时间:2011:2011年年8 8月月2828日日吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute2主要内容主要内容 一、逆向工程技一、逆向工程技术介介绍 二、点云数据的二、点云数据的获取取 三、点云数据的三、点云数据的处理及曲面构造理及曲面构造 四、四、应用用实例例 吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽
2、车研究院Geely Automobile Institute3 一、一、逆向工程技逆向工程技术介介绍吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute4逆向工程技术介绍逆向工程技术介绍1.逆向工程技术的定义逆向工程技术的定义逆向工程技术的定义逆向工程技术的定义 逆向工程技术也叫反向工程（逆向工程技术也叫反向工程（Reverse Engineering Reverse Engineering ）技术，它是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术，它是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术相结合的一门综合性技术。随着计算机技术
3、和上述相关技术相结合的一门综合性技术。随着计算机技术和上述相关技术的发展与成熟，近年来在新产品设计开发中越来越多的技术的发展与成熟，近年来在新产品设计开发中越来越多的被应用。被应用。吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute5逆向工程技术介绍逆向工程技术介绍2.逆向工程技术应用领域逆向工程技术应用领域逆向工程技术应用领域逆向工程技术应用领域1. 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有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型进行测量得到零件的设
4、计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制模型，并以此为依据利用快速成型复制出相同的零件。出相同的零件。2.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。件的依据。3. 修复破损的艺术品或缺乏供应的零件，可以借助逆向技术。
5、修复破损的艺术品或缺乏供应的零件，可以借助逆向技术。 吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute逆向工程技术介绍逆向工程技术介绍3.逆向工程的工逆向工程的工艺流程流程 逆向工程以已存在的产品或者模型作为研究对象，将获得的三维离散数据作逆向工程以已存在的产品或者模型作为研究对象，将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用的曲面处理软件为初始素材，借助专用的曲面处理软件CAD/CAMCAD/CAM系统构造实物的系统构造实物的CADCAD模型，输出模型，输出NCNC加工指令或用加工指令或用STLSTL文件驱动快速成型机制造出产品或原型
6、，其工艺流程如图文件驱动快速成型机制造出产品或原型，其工艺流程如图1 1所示。其中实线部分是文中讨论的逆向工程的技术流程。所示。其中实线部分是文中讨论的逆向工程的技术流程。实物原型实物原型三维数据扫描三维数据扫描数据处理数据处理数据重构（数据重构（CAD）、）、CAE分析、创新设计等分析、创新设计等快速成型制造快速成型制造STL文件文件产品产品NC加工加工NC代码生成代码生成图1 逆向工程工艺流程图产品产品快速模具制造快速模具制造产品产品吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute7逆向工程技术介绍逆向工程技术介绍2.逆向工程技术
7、发展方向逆向工程技术发展方向逆向工程技术发展方向逆向工程技术发展方向1. 1.测量数据方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现测量数据方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现测量数据方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现测量数据方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现实物几何形状的三维数字化实物几何形状的三维数字化实物几何形状的三维数字化实物几何形状的三维数字化2. 2.数据处理方面：开发一种通用的数据接口软件，改善数据处理的算法，使处理数据处理方面：开发一种通用的数据接口软件，改善数据处理的算法，使处理数据处理
8、方面：开发一种通用的数据接口软件，改善数据处理的算法，使处理数据处理方面：开发一种通用的数据接口软件，改善数据处理的算法，使处理速度更快速度更快速度更快速度更快3. 3.集成技术方面：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数集成技术方面：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数集成技术方面：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数集成技术方面：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术，逆向工程技术与有限元分析技术的集成字化制造技术，逆向工程技术与有限元分析技术的集成字化制造技术，逆向工程技术与有限元分析技术的集成字化制造技术，
9、逆向工程技术与有限元分析技术的集成4.4.吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute8 二、点云数据的二、点云数据的获取取吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute9点云数据的获取点云数据的获取1.1.点云数据的获取点云数据的获取是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据。根据测量探头或传感器是否和实物接触，可分为接触式和非接触式据。根据测量探头或传感器是否和实物接触，可分为接触式和非
10、接触式两类。两类。. .接触式测量方法接触式测量方法三坐标测量机是广泛采用的接触式测量设备，作为一种大型精密的测量三坐标测量机是广泛采用的接触式测量设备，作为一种大型精密的测量仪器，它开始是用于制造产品的检测，可以对具有复杂形状的工件的空仪器，它开始是用于制造产品的检测，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行测量。在逆向工程应用上面，三坐标测量及也可以作为数据间尺寸进行测量。在逆向工程应用上面，三坐标测量及也可以作为数据采集的主要手段，具有测量精度高、适应性强的优点，缺点是测量效率采集的主要手段，具有测量精度高、适应性强的优点，缺点是测量效率低，对一些软质表面无法进行测量。低，对一些软质表面无
11、法进行测量。吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute10点云数据的获取点云数据的获取. .非接触式测量法非接触式测量法非接触式测量根据测量原理不同，有光学测量、超声波测量、电磁测非接触式测量根据测量原理不同，有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。在这里简单介绍光学三角原理测量法中的激光扫描。量等方式。在这里简单介绍光学三角原理测量法中的激光扫描。手持式激光扫描仪手持式激光扫描仪吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute点云数据的获取点云数据的获取测量量设备（关
12、（关节臂、三坐臂、三坐标测量机）量机）吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute点云数据的获取点云数据的获取1.2.1 激光激光扫描的原理描的原理 采用激光作采用激光作为光源的三角形法是一种基于三角光源的三角形法是一种基于三角测量原理的主量原理的主动式式结构构光光编码测量技量技术，即光切法，即光切法(Light Sectioning)，通通过将一激光将一激光线结构光投构光投射到三射到三维物面上，利用物面上，利用CCD摄取物面上的二取物面上的二维变形形线图像，即可解算出相像，即可解算出相应的三的三维坐坐标。 吉利汽车研究院吉利汽车
13、研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute点云数据的获取点云数据的获取如图如图2所示，点所示，点P(x,y,z)为被测物表面上一为被测物表面上一点，点，P（u,v）为）为P在摄像机在摄像机CCD上的成上的成像点，其在以镜头中心像点，其在以镜头中心O为原点的坐标系为原点的坐标系中的坐标为中的坐标为(u，v)，f为摄像机的焦距，为摄像机的焦距，b为光源中心与摄像机中心的距离，为光源中心与摄像机中心的距离，是被是被测点与光源中心形成的直线和测点与光源中心形成的直线和x轴的夹角。轴的夹角。然后可以对其进行以下公式推导。然后可以对其进行以下公式推导。 f/u=
14、z/x (1) (b+x)/z=cot (2) 由公式由公式1、2得得 x=bu/(fcot-u) 在在YOZ平面上有：平面上有： f/v=z/y x/y=u/v 同理得同理得 y=bv/(fcot-v) z=bf/(fcot-u)点P(x,y,z)点点P(bu/(fcot-u), bv/(fcot-v), bf/(fcot-u)图图2 光切法原理示意图光切法原理示意图吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute14 三、点云数据的三、点云数据的处理及曲面构造理及曲面构造吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Ge
15、ely Automobile Institute点云数据的处理及曲面构造点云数据的处理及曲面构造1.逆向逆向软件件 伴随着逆向工程及其相关技伴随着逆向工程及其相关技术的的发展，其商展，其商业应用也越来越受到重用也越来越受到重视。目前市面上。目前市面上较具代表性的逆向具代表性的逆向软件有件有Imageware（Surfacer）Geomagic stuio、Paraform、CopyCAD、Surfacereconstruction以及以及catia软件的件的DSE、GSO模模块等等。等等。吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institut
16、e16点云数据的处理及曲面构造点云数据的处理及曲面构造2.点云数据处理的一般流程点云数据处理的一般流程打开扫描点数据或其他曲线打开扫描点数据或其他曲线用适当的方式显示出来（用适当的方式显示出来（display）点云数据优化处理（删除、过滤）点云数据优化处理（删除、过滤）点云数据编辑（合并、对齐、网格化）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用曲线和点云构造出曲面评估曲面品质，修改评估曲面品质，修改吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究
17、院Geely Automobile Institute17 四、四、应用用实例例吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例数据数据导入入多个数据的合并，多个数据的合并，只要多次打开就只要多次打开就可以将数据合并可以将数据合并在一起在一起吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例数据数据显示（示（display）如果后面多边形如果后面多边形方式选择项是灰方式选择项是灰色的，代表点云色的，代表点云没有多边形计算没有多边形计算吉利汽车研究
18、院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例数据数据优化化处理（理（删除、除、过滤）吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例点云点云编辑（对齐）截取所需要的一个平截取所需要的一个平面，并由点云拟合出面，并由点云拟合出平面，作为对齐的参平面，作为对齐的参考元素考元素吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例点云点云编辑（对齐）所要对齐的平面，所要对齐的平面，一般为一
19、般为XY、XZ、YZ等平面等平面拟合平面拟合平面吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例点云点云编辑（对齐）用最佳拟合用最佳拟合功能，把拟功能，把拟合平面对齐合平面对齐到所需要的到所需要的平面上平面上吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例点云点云编辑（对齐）对齐之前对齐之前对齐之后对齐之后吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造曲构造曲线由
20、点云截取由点云截取轮廓线点云，轮廓线点云，并构造成曲并构造成曲线线吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造曲面构造曲面改变起始点，由曲改变起始点，由曲线购造成线购造成LOFT面面吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造曲面构造曲面着色后着色后着色前着色前吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造曲面构造曲面由点云补中由点云补中间的那个孔
21、，间的那个孔，并与周围的并与周围的曲面的曲率曲面的曲率保持连续保持连续吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造曲面构造曲面中间孔中间孔补齐后补齐后的完整的完整效果效果吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造帽檐曲面构造帽檐曲面由点云构造由点云构造帽檐部分的帽檐部分的曲面曲面吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例构造帽檐曲面构造帽檐曲面帽
22、檐部分和帽檐部分和圆帽部分一圆帽部分一般需要经过般需要经过倒角处理倒角处理吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例曲面光曲面光顺性性检查吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute应用实例应用实例通通过控制点手控制点手动调节曲面曲面红色部分指红色部分指构造曲面与构造曲面与点云误差较点云误差较大，通过控大，通过控制点可以手制点可以手动调节，直动调节，直到满意为止到满意为止吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院吉利汽车研究院Geely Automobile Institute34谢谢大家！大家！
