逆向设计与3D打印案例教程课件：逆向工程概述.pptx

逆向工程概述

一、逆向工程的定义

传统的产品设计通常是从概念设计到图样，再制造出产品，其流程为：构思—设计—产品，

我们称之为正向设计或者顺向工程。而产品的逆向设计是根据零件或原型生成图样，再制造出

产品。

逆向工程（ReverseEngineering，RE），也称反求工程、反向工程，其思想最初来自从油泥

模型到产品实物的设计过程。逆向工程技术并不是简单意义的仿制，而是以设计方法学为指导，

以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的设计经验、知识和创新思维，对已

有产品进行解剖、分析、重构和再创造。

一、逆向工程的定义

广义的逆向工程包括几何形状逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工程。

目前，大多数有关逆向工程技术的研究和应用都集中在“几何形状逆向”上，即重建产品实物

的CAD模型和最终产品的制造方面，又称为“实物逆向工程”。

目前，“实物逆向工程”已成为CAD/CAM领域的一个研究热点，并发展成为一个相对独立的

领域。在这一意义下，逆向工程可定义为：逆向工程是将实物转变为CAD模型的相关的数字

化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。

二、逆向工程的应用范围

在对产品（如汽车、飞机等产品）外观有工业美学特别要求的领域，首先需要设计师利用

油泥、黏土或木头等材料制作出产品的比例模型，将所要表达的意向以实体的方式表现出来，

而后利用逆向工程技术将实体模型转化为CAD模型，进而得到精确的数字定义。

利用逆向工程技术对现有产品进行表面数据采集、数据处理从而获得与实物相符的CAD模

型，并在此基础上进行产品改型和设计、误差分析、生成加工程序等，这是常用的产品设计方

法。这种设计方法是在借鉴国内外先进设计理念和方法的基础上提高自身设计水平和理念的一

种手段，该方法被广泛应用于家用电器、玩具等产品外形的修复、改造和创新设计。

二、逆向工程的应用范围

利用逆向工程技术对产品损坏或磨损部位进行信息提取，从而进行自主开发设计、破损

部位的表面数据恢复或结构的推算、还原修复等。

对现有模具进行逆向数据采集，重建CAD模型并生成数控加工程序，既可以提高模具的

生产效率又能降低模具的制造成本。还可以以实物零件为对象，逆向反求其几何CAD模型，

并在此基础上进行模具设计。

二、逆向工程的应用范围

利用逆向工程技术对文物及艺术品进行表面数据采集，将表面数据保存于计算机中以待需

要时调取。还可对文物或艺术品进行定期数据采集，通过两次模型的比较，找到破坏点从而制

定相应的保护措施，或者进行相应的修复。

逆向工程技术结合3D打印技术可以根据人体骨骼和关节的形状进行假体的设计、制作、

植入及外科手术规划等。

三、逆向工程的工作流程

逆向工程的第一步，也是后续工作的基础。数据

采集设备的方便、快捷、操作的简易程度、数据的准

确性、完整性是衡量测量设备的重要指标，也是保证

后续工作高质量完成的重要前提。

目前产品表面三维数据的获取主要通过三维测量

技术来实现，通常采用三坐标测量机（CMM）、激

光三维扫描、结构光测量等装置来获取产品的三维表

图1-1逆向工程的工作流程

面坐标值。

产品的三维数据采集是基础，采集数据的好坏直

接影响到原型CAD模型重建的质量。

三、逆向工程的工作流程

通过三坐标测量机得到的测量坐标点数据在CAD模型重构之前必须进行格式转换、噪声

滤除、平滑、对齐、合并、插值补点等一系列的数据处理。

对于海量的复杂点云数据还要进行数据精简、按测量数据的几何属性进行数据分割处理，

采用几何特征匹配的方法获取样件原型所具有的设计和加工特征。

数据处理是关键，从测量设备所获取的点云数据，不可避免地会带入误差和噪声，而且数

据量庞大，只有通过数据处理才能提高精度和曲面重建的算法效率。

三、逆向工程的工作流程

模型重构是