1、1、 逆向工程概述逆向工程概述 2、 逆向工程系統逆向工程系統 3、 Imageware 逆向工程設計逆向工程設計 4、 UG 逆向工程設計逆向工程設計 課程總學時課程總學時36學時，其中：學時，其中： 課堂教學課堂教學18學時，學時， 教學實踐：教學實踐：18學時，學時， （實驗）（實驗）2學時，學時， （上機）（上機）16學時。學時。 1、 產品的開發、制造流程產品的開發、制造流程 2、逆向工程的含義、逆向工程的含義 3、逆向工程的應用、逆向工程的應用 4、逆向工程的局限性、逆向工程的局限性 1-1 產品的開發、制造流程產品的開發、制造流程 產品設計開發的發展過程：產品設計開發的發展過程：

2、 1、手工設計、手工設計 2、計算機輔助二維設計、計算機輔助二維設計 3、計算機輔助三維設計、計算機輔助三維設計 4、集成輔助設計系統（、集成輔助設計系統（CAD/CAM/CAE） 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 正向產品開發流程正向產品開發流程 概念設計概念設計 正向設計正向設計 功能功能 設計人員設計人員 模型物化模型物化 正向設計正向設計 操作人員、操作人員、 NC機床機床 數字化模型數字化模型 正向設計正向設計 設計人員、設計人員、 CAD/CAM系統系統 成品成品 正向設計正向設計 詳細設計詳細設計 正向設計正向設計 設計人員設計人員 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 逆向

3、工程與正向工程設計完全相反，逆向工逆向工程與正向工程設計完全相反，逆向工 程技術是根據已經存在的產品或模型，用一定的程技術是根據已經存在的產品或模型，用一定的 測量設備對實物或模型進行測量，獲得三維輪廓測量設備對實物或模型進行測量，獲得三維輪廓 點數據，再根據測量得到的數據通過三維幾何建點數據，再根據測量得到的數據通過三維幾何建 模的方法重新構建實物的模的方法重新構建實物的CAD模型，反向推出模型，反向推出 產品的設計數據的過程。產品的設計數據的過程。 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 逆向工程流程逆向工程流程 初始數據獲取初始數據獲取 逆向設計逆向設計 樣件樣件 設計、操作人員、測量系統

4、設計、操作人員、測量系統 模型物化模型物化 逆向設計逆向設計 操作人員、操作人員、 NC機床機床 成品成品 逆向設計逆向設計 數字化模型數字化模型 逆向設計逆向設計 設計人員、設計人員、 CAD/CAM系統系統 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 逆向工程流程逆向工程流程 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 逆向工程流程逆向工程流程 1-2 逆向工程的含義逆向工程的含義 逆向工程流程逆向工程流程 1-3 逆向工程的應用逆向工程的應用 1、新產品設計，主要用于產品的改型或新型設計。、新產品設計，主要用于產品的改型或新型設計。 2、在對產品外形的美學有特別要求的領域。、在對產品外形的美學有特別

5、要求的領域。 3、在設計需要通過實驗測試才能定型的產品模型。、在設計需要通過實驗測試才能定型的產品模型。 4、已有零件的復制，再現原產品的設計意圖。、已有零件的復制，再現原產品的設計意圖。 5、損壞或磨損零件的還原。、損壞或磨損零件的還原。 6、代替難用基本幾何來表達的產品。、代替難用基本幾何來表達的產品。 7、數字化模型的檢測。、數字化模型的檢測。 1-4 逆向工程的局限性逆向工程的局限性 逆向工程最突出的問題是客觀模型與逆向工程最突出的問題是客觀模型與CAD模型之間的造模型之間的造 型誤差。型誤差。 影響誤差的原因可分為以下影響誤差的原因可分為以下4個主要因素。個主要因素。 1、從測量設備

6、來說，不管是接觸式還是非接觸式的，測、從測量設備來說，不管是接觸式還是非接觸式的，測 量設備都會有一定的誤差。量設備都會有一定的誤差。 2、CAD曲面重建會有誤差。曲面重建會有誤差。 3、在產品加工中會產生誤差，因為加工是從參數模型到、在產品加工中會產生誤差，因為加工是從參數模型到 實際模型的又一次近似。實際模型的又一次近似。 4、從采集點數據到加工成品的過程中有不同的操作者和、從采集點數據到加工成品的過程中有不同的操作者和 設計人員參與，在整個產品的設計制造過程中會產生人員設計人員參與，在整個產品的設計制造過程中會產生人員 的主觀誤差。的主觀誤差。 1-4 逆向工程的局限性逆向工程的局限性

7、逆向工程其他的局限性還有：逆向工程其他的局限性還有： 1、如何從點數據資料進行分割曲面和規劃曲面，需要工、如何從點數據資料進行分割曲面和規劃曲面，需要工 程技術人員的判斷，無法參數化，或以數值量化；程技術人員的判斷，無法參數化，或以數值量化； 2、曲面構建完成后，需要再對比確認，若點數據和曲面、曲面構建完成后，需要再對比確認，若點數據和曲面 的誤差超過允許范圍，則需要微調曲面，所化時間較多；的誤差超過允許范圍，則需要微調曲面，所化時間較多； 3、目前的、目前的CAD/CAM/CAE軟件仍無法以參數化的方式構軟件仍無法以參數化的方式構 建曲面建曲面CAD模型，因此在修改、變動曲面時，相鄰的曲面模

8、型，因此在修改、變動曲面時，相鄰的曲面 也需要修改。也需要修改。 1、 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 2、數據處理系統、數據處理系統 3、模型重建系統、模型重建系統 4、產品制造系統、產品制造系統 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 一、一、概述：概述： 數據測量，又稱產品表面數字化，是指通過數據測量，又稱產品表面數字化，是指通過 特定的測量設備和測量方法，將物體的表面形狀特定的測量設備和測量方法，將物體的表面形狀 轉換成離散的幾何點坐標數據，在此基礎上，就轉換成離散的幾何點坐標數據，在此基礎上，就 可以進行復雜曲面的建模、評價、改進和制造。可以進行復雜曲面的建模、評價、改進和制造。

9、 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 目前用來采集物體表面數據的測量設備和方目前用來采集物體表面數據的測量設備和方 法多種多樣，其原理也各不相同。法多種多樣，其原理也各不相同。 根據測量探頭是否和零件表面接觸，逆向工程中物體根據測量探頭是否和零件表面接觸，逆向工程中物體 表面三維數據的獲取方法基本上可以分為兩大類：表面三維數據的獲取方法基本上可以分為兩大類：即接即接 觸式和非接觸式觸式和非接觸式。根據測頭的不同，接觸式又可分為。根據測頭的不同，接觸式又可分為觸觸 發式和連續式發式和連續式；非接觸式按其原理不同，又可分為；非接觸式按其原理不同，又可分為光學光學 式和非光學式式和非光學式。

10、2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 在接觸式測量方法中，三坐標測量機是應用最在接觸式測量方法中，三坐標測量機是應用最 為廣泛的一種測量設備。測量時可根據實物的特為廣泛的一種測量設備。測量時可根據實物的特 征和測量的要求選擇側頭及其方向，確定測量點征和測量的要求選擇側頭及其方向，確定測量點 數及其分布，然后確定測量路徑。數及其分布，然后確定測量路徑。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 1、三坐標測量機的組成、三坐標測量機的組成 主機機械系統主機機械系統 側頭系統側頭系統 電氣控制系統電氣控制系統 數據處理軟件系統數

11、據處理軟件系統 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 2、三坐標測量機的原理、三坐標測量機的原理 將被測物體置于三坐標測量機的工作臺上，通過手動或自動對物將被測物體置于三坐標測量機的工作臺上，通過手動或自動對物 體進行逐點檢測，將物體測量點的坐標位置經計算機處理成被測物體進行逐點檢測，將物體測量點的坐標位置經計算機處理成被測物 體的幾何尺寸和空間的的相互位置關系。體的幾何尺寸和空間的的相互位置關系。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 3、三坐標測量機的使用步驟、三坐標測量機的使用步驟 2-1 逆向工程測量系統逆向工

12、程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 4、三坐標測量機的分類、三坐標測量機的分類 根據測量機上測頭安置的方位根據測量機上測頭安置的方位 垂直式垂直式 水平式水平式 便攜式便攜式 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 二、二、接觸式測量：接觸式測量： 5、接觸式三坐標測量機的優缺點、接觸式三坐標測量機的優缺點 缺點：缺點： （1）測量速度較慢。）測量速度較慢。 （2）測量探頭容易磨損。）測量探頭容易磨損。 （3）操作不當，會損壞工件表面或測量機。）操作不當，會損壞工件表面或測量機。 （4）對一些小尺寸的內部結構測量存在著局限性。）對一些小尺寸的內部結構測量存在著局限性。 （5）需要做

13、測頭補正動作。）需要做測頭補正動作。 （6）測頭一定時，由于慣性造成測量誤差。）測頭一定時，由于慣性造成測量誤差。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 非接觸式設備是利用某種與物體表面發生相互作用的非接觸式設備是利用某種與物體表面發生相互作用的 物理現象，如聲、光、電磁等，來獲取物體表面的三維物理現象，如聲、光、電磁等，來獲取物體表面的三維 坐標信息。其中以應用光學原理發展氣流的測量方法應坐標信息。其中以應用光學原理發展氣流的測量方法應 用最為廣泛。用最為廣泛。 隨著隨著“光機電一體化光機電一體化”技術的發展，結合了計算機技術的發展，結合了計算機 、

14、圖像處理、激光技術以及精密機械的、圖像處理、激光技術以及精密機械的三維激光掃描機三維激光掃描機 逐漸成為逆向工程中測量設備的主流。逐漸成為逆向工程中測量設備的主流。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 1、三維激光掃描機的組成、三維激光掃描機的組成 光源發生器光源發生器 CCD圖像采集系統圖像采集系統 掃描測試平臺掃描測試平臺 數據處理系統數據處理系統 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 2、三維激光掃描機的工作原理、三維激光掃

15、描機的工作原理 利用光源與光敏元件之間的位置和角度關系來計算零利用光源與光敏元件之間的位置和角度關系來計算零 件表面點的坐標數據。其基本原理是：利用具有規則幾件表面點的坐標數據。其基本原理是：利用具有規則幾 何形狀的激光，投影到被測量表面，形成的漫光反射光何形狀的激光，投影到被測量表面，形成的漫光反射光 點（光帶）的圖像，被安置于某一空間位置的圖像傳感點（光帶）的圖像，被安置于某一空間位置的圖像傳感 器吸收，根據光點（光帶）在物體上成像的偏移，通過器吸收，根據光點（光帶）在物體上成像的偏移，通過 被測物體基平面、像點、像距等之間的關系，按三角幾被測物體基平面、像點、像距等之間的關系，按三角幾

16、何原理即可測量出被測物體的空間坐標。何原理即可測量出被測物體的空間坐標。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 2、三維激光掃描機的工作原理、三維激光掃描機的工作原理 根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點光測量根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點光測量 、線光測量和面光測量三種、線光測量和面光測量三種. （1）點光源測量法。）點光源測量法。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 2、三維激光掃描機的工作原理、三維激光掃描機的工作原理 根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點

17、光測量根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點光測量 、線光測量和面光測量三種、線光測量和面光測量三種. （2）線光源測量法。）線光源測量法。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 2、三維激光掃描機的工作原理、三維激光掃描機的工作原理 根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點光測量根據入射光的不同，以三角法為原理的測量方法可分為點光測量 、線光測量和面光測量三種、線光測量和面光測量三種. （3）面光源測量法。）面光源測量法。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 3、三維激光掃描機的操作過

18、程、三維激光掃描機的操作過程 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸式測量：三、非接觸式測量： 4、三維激光掃描機的優缺點、三維激光掃描機的優缺點 優點：優點： （1）不必做探頭半徑補償，因為激光光點位置就是工）不必做探頭半徑補償，因為激光光點位置就是工 件表面的位置。件表面的位置。 （2）測量速度非常快，不必像接觸觸發探頭那樣逐點）測量速度非常快，不必像接觸觸發探頭那樣逐點 進行測量。進行測量。 （3）可之間測量材質較軟的產品，如塑膠薄件、不可）可之間測量材質較軟的產品，如塑膠薄件、不可 接觸等高精密物件。接觸等高精密物件。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 三、非接觸

19、式測量：三、非接觸式測量： 4、三維激光掃描機的優缺點、三維激光掃描機的優缺點 缺點：缺點： （1）測量精度較差。）測量精度較差。 （2）因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或散射光，易）因非接觸式探頭大多是接收工件表面的反射光或散射光，易 受工件表面的反射特性的影響，受工件表面的反射特性的影響， （3）測量時易受環境光源影響，所以一般盡量在不受光源影響的）測量時易受環境光源影響，所以一般盡量在不受光源影響的 環境下測量。環境下測量。 （4）非接觸式測量只做工件輪廓坐標點的大量取樣，對邊線處理）非接觸式測量只做工件輪廓坐標點的大量取樣，對邊線處理 、凹孔處理以及不連續形狀的處理較困難。、凹

20、孔處理以及不連續形狀的處理較困難。 （5）測量角度必須要盡量垂直于被測表面，當角度過大時，誤差）測量角度必須要盡量垂直于被測表面，當角度過大時，誤差 會增大。會增大。 2-1 逆向工程測量系統逆向工程測量系統 四、測量方式的選擇：四、測量方式的選擇： 數據采集的方式應滿足下面這些要求：數據采集的方式應滿足下面這些要求： （1）采集精度應滿足工程的實際需要，如汽車工業，）采集精度應滿足工程的實際需要，如汽車工業， 其最終的整體符合精度不能低于其最終的整體符合精度不能低于0.1mm/m； （2）采集速度要快，盡量減少測量在整個逆向工程中）采集速度要快，盡量減少測量在整個逆向工程中 所占有的時間；所

21、占有的時間； （3）數據采集要完整，不能有缺漏，以免給后期的曲）數據采集要完整，不能有缺漏，以免給后期的曲 面重構帶來障礙；面重構帶來障礙； （4）數據采集過程中不能破壞原形；）數據采集過程中不能破壞原形； （5）降低測量成本；）降低測量成本； 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 非接觸式測量方法的應用越來越廣，這種非接觸式測量方法的應用越來越廣，這種 測量方法測得的數據非常龐大，并常常帶有測量方法測得的數據非常龐大，并常常帶有 許多的雜點、噪聲點，影響后續曲線、曲面許多的雜點、噪聲點，影響后續曲線、曲面 的重構。因此，需要在曲面重構前，對點云的重構。因此，需要在曲面重構前，

22、對點云 進行一些必要的處理，以獲得滿意的數據，進行一些必要的處理，以獲得滿意的數據， 即為點云的預處理。即為點云的預處理。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 數據預處理流程數據預處理流程 點云的預處理：點云的預處理： 點云的拼合點云的拼合 點云的過濾點云的過濾 數據精簡數據精簡 點云分塊點云分塊 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 一、點云的對齊一、點云的對齊 ： 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 一、點云的對齊一、點云的對齊 ： 從各個視覺分塊測量得到多個獨立的點云，稱為從各個視覺分塊測量得到多個獨立的點云，稱為 多視點云。由于在測量

23、不同的區域時，都是在測量位多視點云。由于在測量不同的區域時，都是在測量位 置對應的局部坐標系下進行的，多次測量所對應的局置對應的局部坐標系下進行的，多次測量所對應的局 部坐標系是不一致的，必須把各次測量對應的局部坐部坐標系是不一致的，必須把各次測量對應的局部坐 標系統一到同一坐標系，并消除兩次測量間的重疊部標系統一到同一坐標系，并消除兩次測量間的重疊部 分，以得到被測物體表面的完整數據，這個處理過程分，以得到被測物體表面的完整數據，這個處理過程 即為多視數據的對齊。即為多視數據的對齊。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 一、點云的對齊一、點云的對齊 ： 1、對齊的方法、對齊

24、的方法 一般采用三個基準點對齊法。一般采用三個基準點對齊法。 測量時，在零件上設立基準點，取不同位置的三測量時，在零件上設立基準點，取不同位置的三 個點，用記號標記，在測量零件表面數據時，如果需個點，用記號標記，在測量零件表面數據時，如果需 變動零件位置，每次變動必須重復測量基準點；模型變動零件位置，每次變動必須重復測量基準點；模型 要求裝配建模的，應分別測量零件狀態和裝配狀態下要求裝配建模的，應分別測量零件狀態和裝配狀態下 的基準點。的基準點。 在不同測量坐標下得到的數據，通過將三個基準在不同測量坐標下得到的數據，通過將三個基準 點移動對齊，就能將數據統一在一個造型坐標下。點移動對齊，就能將

25、數據統一在一個造型坐標下。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 一、點云的對齊一、點云的對齊 ： 2、精度分析、精度分析 基準點的選擇及測量應遵循下列原則：基準點的選擇及測量應遵循下列原則： （1）當誤差相同時，三點構成的三角形的面積越大，相對誤差越小，即）當誤差相同時，三點構成的三角形的面積越大，相對誤差越小，即 基準點的選擇距離越遠，測量誤差對數據對齊的影響越小；基準點的選擇距離越遠，測量誤差對數據對齊的影響越小； （2）為使各個點的影響相同，相對誤差趨于相等，基準點的選取應盡量）為使各個點的影響相同，相對誤差趨于相等，基準點的選取應盡量 接近等邊三角形；接近等邊三角形；

26、 （3）基準點的位置應盡量選擇在探頭容易接觸和不會產生變形的地方，）基準點的位置應盡量選擇在探頭容易接觸和不會產生變形的地方， 位置標記記號應盡可能小，這樣可以使每次探頭的觸點落在相同的位置，位置標記記號應盡可能小，這樣可以使每次探頭的觸點落在相同的位置， 減小視覺誤差；減小視覺誤差； （4）同一基準點的測量，探頭應盡量在同一方向接觸，按相同方式補償）同一基準點的測量，探頭應盡量在同一方向接觸，按相同方式補償 ；同時，應反復測量幾次，取幾次測量的平均值；多次測量應經歷在相同；同時，應反復測量幾次，取幾次測量的平均值；多次測量應經歷在相同 的環境中完成。的環境中完成。 2-2 逆向工程數據預處理

27、系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 1、誤差點的識別和去除、誤差點的識別和去除 采用不同測量方式，得到的點云數據會成呈現出不同的分布特征采用不同測量方式，得到的點云數據會成呈現出不同的分布特征 。在工程實現中常見的有掃描線點云和散亂點云兩種。在工程實現中常見的有掃描線點云和散亂點云兩種。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 1、誤差點的識別和去除、誤差點的識別和去除 類 型特 征 描 述測量方式 散亂點 云 測量點沒有明顯

28、的幾何分 布特征，呈散亂無序狀態 CMM、激光測量 隨機掃描 掃描線 點云 點云有一組掃描線組成， 掃描線上的所有點位于掃 描平面內 CMM、激光點光 源測量系統沿直線 掃描和線光源測量 系統掃描 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 1、誤差點的識別和去除、誤差點的識別和去除 （1）掃描線點云）掃描線點云 直觀檢查法。通過觀察點云圖形，用肉眼直接將與截面數據點集偏離較直觀檢查法。通過觀察點云圖形，用肉眼直接將與截面數據點集偏離較 大的點，或存在于屏幕上的孤點剔除。大的點，或存在于屏幕上的孤點剔除

29、。 曲線檢查法。通過截面數據的首末數據點，用最小二乘法擬合一條樣條曲線檢查法。通過截面數據的首末數據點，用最小二乘法擬合一條樣條 曲線，曲線的階次可根據曲面截面的形狀設定，通常為曲線，曲線的階次可根據曲面截面的形狀設定，通常為34階，然后分別階，然后分別 計算中間數據點到樣條曲線的歐式距離，如果計算中間數據點到樣條曲線的歐式距離，如果 ，則認為，則認為Pi是壞點，是壞點， 應予剔除應予剔除 。 e 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 1、誤差點的識別和去除、誤差點的識別和去除 e （1）掃描線點

30、云）掃描線點云 弦高差方法。連接檢查點前后兩點，計算弦高差方法。連接檢查點前后兩點，計算Pi到弦的距離，同樣如果到弦的距離，同樣如果 ，則認為，則認為Pi是壞點，應予剔除。這種方法適用于測量點均勻分布且點較密是壞點，應予剔除。這種方法適用于測量點均勻分布且點較密 集的場合，特別是在曲率變換比較大的位置，集的場合，特別是在曲率變換比較大的位置， 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 1、誤差點的識別和去除、誤差點的識別和去除 （2）散亂點云）散亂點云 對于散亂點云，點與點之間不存在拓撲關系，必須首先

31、在點與對于散亂點云，點與點之間不存在拓撲關系，必須首先在點與 點之間建立拓撲關系。一般借助于三角網格模型來建立散亂點云數點之間建立拓撲關系。一般借助于三角網格模型來建立散亂點云數 據的拓撲關系。據的拓撲關系。 根據兩個簡單的判斷法則來識別：三角面片的縱橫比；局部頂根據兩個簡單的判斷法則來識別：三角面片的縱橫比；局部頂 點方向曲率。點方向曲率。 三角面片的縱橫比定義為最長邊和最短邊的長度比值。三角面片的縱橫比定義為最長邊和最短邊的長度比值。 假定點云所描述的是光順曲面，方向曲率定義為與該頂點相交假定點云所描述的是光順曲面，方向曲率定義為與該頂點相交 的三角面片的單位法相矢量沿的三角面片的單位法相

32、矢量沿x、y方向的投影變化。方向的投影變化。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 2、數據平滑、數據平滑 平滑處理的方法：平滑處理的方法： 平均法、五點三次平滑法、樣條函數法。平均法、五點三次平滑法、樣條函數法。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除二、數據平滑、精簡及誤差點的識別和去除 ： 3、數據精簡、數據精簡 目前激光掃描機在逆向工程數據測量方面有取代三坐目前激光掃描機在逆向工程數據測量方面有取代三坐 標測量機的趨勢，但激光掃描測量每

33、分鐘會產生成千上標測量機的趨勢，但激光掃描測量每分鐘會產生成千上 萬個數據點，如何處理這樣大批量的數據點云成為基于萬個數據點，如何處理這樣大批量的數據點云成為基于 激光掃描測量造型的主要問題。激光掃描測量造型的主要問題。 不同類型的點云可采取不同的精簡方式，散亂點云可不同類型的點云可采取不同的精簡方式，散亂點云可 通過隨機采用的方法來精簡；對于掃描線點云可采用等通過隨機采用的方法來精簡；對于掃描線點云可采用等 間距縮減、倍率縮減、等量縮減等方法。間距縮減、倍率縮減、等量縮減等方法。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 三、數據分塊三、數據分塊 ： 逆向工程中，在造型之前，還要

34、進行一個重要工作逆向工程中，在造型之前，還要進行一個重要工作 數據分割。實際產品只由一張曲面構成的情況不多，數據分割。實際產品只由一張曲面構成的情況不多， 產品形面往往由多張曲面混合而成。數據分割是根據組產品形面往往由多張曲面混合而成。數據分割是根據組 成實物外形曲面想子曲面類型，將屬于同一子曲面類型成實物外形曲面想子曲面類型，將屬于同一子曲面類型 的數據成組，將全部數據劃分成代表不同曲面類型的數的數據成組，將全部數據劃分成代表不同曲面類型的數 據域，后續的曲面模型重建時，線分別擬合單個曲面片據域，后續的曲面模型重建時，線分別擬合單個曲面片 ，在通過曲面的過渡、相交、裁減、倒圓等手段，將多，在

35、通過曲面的過渡、相交、裁減、倒圓等手段，將多 個曲面個曲面“縫合縫合”成一個整體，及重建模型。成一個整體，及重建模型。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 三、數據分塊三、數據分塊 ： 數據分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種。數據分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種。 1、基于測量的分割。是在測量過程中，操作人員根據實物的外形、基于測量的分割。是在測量過程中，操作人員根據實物的外形 特征，將外形曲面劃分成不同的子曲面，并對曲面的輪廓、孔、槽特征，將外形曲面劃分成不同的子曲面，并對曲面的輪廓、孔、槽 邊界、表面脊線等特征進行標記，在此基礎上，進行測量路徑規劃邊界、表面

36、脊線等特征進行標記，在此基礎上，進行測量路徑規劃 ，這樣不同的曲面特征數據將保存在不同的文件中，輸入，這樣不同的曲面特征數據將保存在不同的文件中，輸入CAD軟軟 件時，可以實現對不同數據類型的分層處理及顯示，為造型提供極件時，可以實現對不同數據類型的分層處理及顯示，為造型提供極 大的方便。這種方法適合于曲面特征比較明顯的實物外形和接觸式大的方便。這種方法適合于曲面特征比較明顯的實物外形和接觸式 測量。測量。 2-2 逆向工程數據預處理系統逆向工程數據預處理系統 三、數據分塊三、數據分塊 ： 數據分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種。數據分割方法分為基于測量的分割和自動分割兩種。 2、自動分

37、割方法。分基于邊和基于面兩種方法。、自動分割方法。分基于邊和基于面兩種方法。 基于邊的方法首先從數據點集中，根據組成曲面片的邊界輪廓特基于邊的方法首先從數據點集中，根據組成曲面片的邊界輪廓特 征、兩個曲面片之間的相交、過渡特征，以及形狀表面曲面片之間征、兩個曲面片之間的相交、過渡特征，以及形狀表面曲面片之間 存在的棱線或脊線特征，確定出相同類型曲面片的邊界點，連接邊存在的棱線或脊線特征，確定出相同類型曲面片的邊界點，連接邊 界點形成邊界環，判斷點集是處于環內還是環外，實現數據分割。界點形成邊界環，判斷點集是處于環內還是環外，實現數據分割。 基于面的方法。是嘗試推斷出具有相同曲面性質的點，然后進

38、一基于面的方法。是嘗試推斷出具有相同曲面性質的點，然后進一 步決定所屬的曲面，最后由相鄰的曲面決定曲面見的邊界。步決定所屬的曲面，最后由相鄰的曲面決定曲面見的邊界。 2-3 三維模型重構系統三維模型重構系統 三維三維CAD模型的重構是逆向工程的核心和目模型的重構是逆向工程的核心和目 的，是后續產品制造、快速成型、工程的，是后續產品制造、快速成型、工程 分析和分析和 產品再設計的基礎。有了三維產品再設計的基礎。有了三維CAD模型，就可模型，就可 以利用現有的以利用現有的CAD/CAM/CAE技術對產品進行技術對產品進行 再設計和各種工程分析、進而生成出產品。因再設計和各種工程分析、進而生成出產品

39、。因 此，三維此，三維CAD模型的重構是整個逆向工程中最模型的重構是整個逆向工程中最 關鍵、最復雜的一環。關鍵、最復雜的一環。 2-3 三維模型重構系統三維模型重構系統 在逆向工程中，三維在逆向工程中，三維CAD模型的重構是利模型的重構是利 用產品表面的散亂點數據，通過插值或擬合，用產品表面的散亂點數據，通過插值或擬合， 構建一個近似模型來逼近產品原型。目前逆向構建一個近似模型來逼近產品原型。目前逆向 工程研究中，自由曲面建模手段分為兩大類：工程研究中，自由曲面建模手段分為兩大類： 第一種是以三角第一種是以三角Bezier曲面為基礎的曲面構曲面為基礎的曲面構 造方法；造方法； 第二種是以第二種

40、是以NURBS（非均勻有理（非均勻有理B樣條）曲樣條）曲 線、曲面為基礎的矩形域參數曲面擬合方法。線、曲面為基礎的矩形域參數曲面擬合方法。 2-3 三維模型重構系統三維模型重構系統 三角域三角域Bezier曲面擬合法的優缺點：曲面擬合法的優缺點： 三角域三角域Bezier曲面擬合具有構造靈活、適應性好等曲面擬合具有構造靈活、適應性好等 優點，因而在散亂數據點的曲面擬合中被廣泛應用。優點，因而在散亂數據點的曲面擬合中被廣泛應用。 但這種方法所構造的曲面模型不符合產品描述標準但這種方法所構造的曲面模型不符合產品描述標準 ，與通用，與通用CAD/CAM系統數據交換困難，因此利用這種系統數據交換困難，

41、因此利用這種 方法上傳的曲面還必須轉換為方法上傳的曲面還必須轉換為NURBS曲面。同時，這曲面。同時，這 種方法還存在著對曲面的修改能力不足、可控性差等缺種方法還存在著對曲面的修改能力不足、可控性差等缺 點，這些都限制了它在實踐中的應用。點，這些都限制了它在實踐中的應用。 2-3 三維模型重構系統三維模型重構系統 矩形域參數曲面擬合方法一直是曲面擬合方面的研矩形域參數曲面擬合方法一直是曲面擬合方面的研 究重點，應用對象主要是由復雜曲面組成的產品，如汽究重點，應用對象主要是由復雜曲面組成的產品，如汽 車、飛機、船舶等，這類產品既不是完全由簡單的二次車、飛機、船舶等，這類產品既不是完全由簡單的二次

42、 曲面組成，也不像人臉那樣毫無規律而言。矩形域參數曲面組成，也不像人臉那樣毫無規律而言。矩形域參數 曲面擬合方法是目前研究和應用得最多的一類曲面重構曲面擬合方法是目前研究和應用得最多的一類曲面重構 方法。方法。 矩形域參數曲面擬合方法的曲面重構主要有兩種方矩形域參數曲面擬合方法的曲面重構主要有兩種方 法：一是先將測量點擬合成曲線，再通過曲面造型的方法：一是先將測量點擬合成曲線，再通過曲面造型的方 式將曲線構建成曲面；二是直接對測量點數據擬合，生式將曲線構建成曲面；二是直接對測量點數據擬合，生 成曲面，最終經過曲面片的過渡、拼合和裁減等曲面邊成曲面，最終經過曲面片的過渡、拼合和裁減等曲面邊 界操作，完成曲面模型的構建。界操作，完成曲面模型的構建。 2-3 三維模型重構系統三維模型重構系統 產品逆向曲面重構的過程產品逆向曲面重構的過程 2-4 逆向工程軟件介紹逆向工程軟件介紹 對于逆向工程，可選用的軟件有對于逆向工程，可選用的