《机械创新设计》课件-逆向工程和扫描仪介绍

逆向工程和扫描仪介绍01.逆向工程简介02.三维扫描仪的操作03.UG产品模型的重构技术04.打印操作01逆向工程简介PARTONE一、逆向工程简介逆向工程也称反求工程、反向工程等，是相对于传统正向工程而言的。传统的产品实现通常是从概念设计到图样、再制造出产品，我们称之为正向工程，而产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图样，再构造产品。（一）逆向工程定义（a）正向工程（b）逆向工程概念设计详细设计CAD数模模具成品实物样件数据获取CAD数模模具成品一、逆向工程简介逆向工程的过程：首先由数据采集设备获取样件表面（有时需要内腔）数据，其次导入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD

软件进行前处理，然后进行曲面和三维实体重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行修改或创新设计，最后对再设计的对象进行实物制造。

其中从数据采集到CAD模型的建立是反求工程中的关键技术。（二）逆向工程工艺流程产品快速成型制STL文件实物原型三维数据扫描数据处理产品NC加工NC代码生成数据重构（CAD）、CAE分析、创新设计等快速模具制产品一、逆向工程简介（三）逆向工程应用领域逆向工程的应用可分为三个层次：仿制、改进设计和创新设计。仿制是逆向工程应用的低级阶段；改进设计是一个基于逆向工程的典型设计过程；而创新设计是逆向工程的高级应用。逆向工程的应用主要集中在以下几方面新：产品开发、产品的仿制和改型设计、快速模具制造、医学领域断层扫描。汽车的仿制和改型设计头颅骨的反求一、逆向工程简介（四）逆向工程的发展方向在目前工作的基础上，逆向工程技术还有许多问题需要进一步的探讨和研究，主要包括以下几方面：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。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；减少建模过程中的相互操作，降低设计人员的劳动强度。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。02三维扫描仪的操作PARTTWO二、三维扫描仪的操作（一）三维扫描仪的种类三维扫描仪是一种进行三维扫描的科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状与外观数据。其搜集等数据常被用于进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数据模型。三维扫描仪分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。三坐标测量仪三维激光扫描仪二、三维扫描仪的操作（二）接触式数据扫描的工作原理三坐标测量原理是将被测物体置于三坐标测量机的测量空间中，测得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标，求出其尺寸和形位误差。CMM的工作原理二、三维扫描仪的操作（三）非接触式数据扫描的工作原理非接触扫描方法由于其高效性和广泛的适用性，并且克服了接触式测量的一些缺点，在逆向工程领域的应用和研究日益广泛。非接触式扫描设备是利用某种与物体表面发生互相作用的物理现象来获取物体表面的三维坐标信息。其中激光三角法和结构光法应用最为广泛。二、三维扫描仪的操作（四）三维扫描仪的工作流程三维激光扫描仪的工作过程大致可以分为计划制定、外业数据采集和内业数据处理三部分。1.首先需要制定详细的工作计划，做一些准备工作。2.外业工作主要是采集数据：主要包括数据采集、现场分析采集到的数据是否大致符合要求、进行初步的质量分析和控制等等。3.内业数据处理是最重要也是工作量最大的一环，主要包括：外业采集到的激光扫描原始数据的显示，数据的规则格网化，数据滤波、分类、分割，数据的压缩，图像处理，模式识别等等。03UG产品模型的重构技术PARTTHREE首先指定一个允许的误差值，并设定曲线控制顶点的数目，用最小二乘法求出一条曲线后，计算测量点到曲线的距离作为曲线的误差值。若最大的距离值大于逼近误差值时，则需增加控制顶点的数目，重新拟合曲线，直到测量点的误差小于逼近误差。通过所有测量点构造一条曲线。该方法等优点是曲线与点数据等误差为0；缺点是当点数据量过大时，曲线控制点业相对增多，同时不能除去由于测量带来的噪声点。因此采用插值法拟合曲线时，应先进行数据平滑处理来去除测量坏点。三、UG产品模型的重构技术（一）曲线拟合1.逼近法拟合曲线2.插值法拟合曲线三、UG产品模型的重构技术（二）曲面重构1.按曲面构造分2.按造型方法分按曲面构造分，曲面重构有两种方法：1.以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方法。2.以B样条或NURBS曲面为基础的曲面构造方法。按造型方法分，曲面重构分为：1.基于曲线的曲面重构方法。2.基于测量点直接拟合的曲面造型方法。三、UG产品模型的重构技术（三）基于特征的模型恢复技术原始设计参数还原是逆向工程的基础，如何从测量数据点中确定原设计参数是一个特征识别问题。参考特征造型的特征定义方法，原设计参数可定义为几何特征参数、形状特征参数、精度特征参数、性能特征参数和制造特征参数等。04UG逆向造型的方法和技巧PARTFOUR四、UG逆向造型的方法和技巧（一）测点测点之前规划好该怎么测点。由设计人员提出曲面测点的要求。一般原则是在曲率变化比较大的地方测点要密一些，平滑的地方则可以稀一些。由于一般的三坐标测量机取点的效率大大低于激光扫描仪，所以在零件测点时要做到有的放矢。值得注意的是除了扫描剖面、测分型线外，测轮廓线等特征线也是必要的，它会在构面的时候带来方便。四、UG逆向造型的方法和技巧（二）连线01点整理连线之前先整理好点，包括去误点和明显缺陷点。同方向的剖面点放在同一层里，分型线点、孔位点单独放一层，轮廓线点也单独放一层。02点连线连分型线点尽量做到误差最小并且光顺。对汽车、摩托车中一般的零件来说，连线的误差一般控制在0.5mm以下。选点间隔尽量均匀，有圆角的地方先忽略，做成尖角，做完曲面后再倒圆角。03曲线整理因测量有误差及样件表面不光滑等原因，连成样条的曲率半径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须经过调整，使其光顺。四、UG逆向造型的方法和技巧（三）构面运用各种构面方法建立曲面，包括ThoughCurveMesh、ThoughCurves、Rule、Swept、Frompointcloud等。构面方法的选择要根据样件的具体特征情况而定，最常用的是ThoughCurveMesh，将调整好的曲线用此命令编织成曲面。Thoughcurvemesh构面的优点是可以保证曲面边界曲率的连续性，因为Thoughcurvemesh可以控制四周边界曲率（相切），因而构面的质量更高。而Thoughcurves只能保证两边曲率，在构面时误差也大。假如两曲面交线要倒圆角，因Thoughcurvemesh的边界就是两曲面的交线，显然这条线要比两个ThoughCurves曲面的交线光顺，这样Blend出来的圆角质量是不一样的。四、UG逆向造型的方法和技巧（四）实体重构当模型比较简单且所做的外表面质量比较高时，用缝合增厚指令就可构建实体。但大多数情况下不能增厚，此时只能采用偏置外表面。偏置后的曲面有的需要裁剪，有的需要补面，用各种曲面编辑手段完成内表面的构建，然后缝合外表面成一实体，最后进行产品结构设计，如安装孔、加强筋等结构。部分曲面无法进行偏置处理，主要有以下几种情况：由于曲面本身曲率太大，偏置后会自相交，导致偏置失败。被偏置曲面的品质不好，局部有波纹。这种情况只能修改好曲面后再进行偏置处理。部分曲面看起来光顺性很好，但就是无法进行偏置操作。这种情况可以用Extractgeometry成B曲面后，再进行偏置操作。四、UG逆向造型的方法和技巧（五）修补01对于输入的模型局部连接部分有微小缺损、干涉、相交的，UG提供了一个自动修复的工具。具体操作为：在模型输入后选择Export→HealGeometry，注意tinytolerancede的选择，对于重要的模型，可先在Anlysis→ExamineGeometry中检查一下模型，接着指定一下输出的文件名字就可以了。输出的是一个修补好的PRT文件。但如果缺损、干涉、相交情况严重，此时只能进行手工整理。02对于输入的模型不存在1）中所述的问题，可选择Import→IGES→ModifySetting→AutomaticSewingofSueface选项前打上勾就可以了。03如果是实体破面，则先建一个图层，然后抽取体上所有的面，加大缝合公差后进行缝合操作即可解决破面问题。01.逆向工程全流程技术链。02.三维扫描与数据优化关键技术。03.模型重构与制造输出核心方法。在汽车钣金