0．引 言 ................................................................................................................................... 1 1．概 述 ................................................................................................................................... 2
1．1逆向工程原理 .................................................................................................................. 2 1．2逆向工程特点 .................................................................................................................. 2 1．3逆向建模的一般流程图 .................................................................................................. 3 1．4逆向工程的应用领域 ...................................................................................................... 3
2．逆向工程一般步骤 .................................................................................................... 4
2．1实体三维数据的获得——扫描 ...................................................................................... 4 2．2点云处理 .......................................................................................................................... 5 2．3曲面重构 .......................................................................................................................... 6 2．4实体建模 ........................................................................................................................ 10 2．5快速制造 ........................................................................................................................ 10
3．逆向工程软硬件设备 ............................................................................................ 13
3．1扫描设备 ........................................................................................................................ 13 3．2点云曲面处理软件 ........................................................................................................ 14 3．3实体建模软件 ................................................................................................................ 16 3．4快速成型设备 ................................................................................................................ 18
4．建立 外形具体步骤 .......................................................................................... 19
4．1松下G60 外形逆向开发的流程 .............................................................................. 19 4．2模型分析 ........................................................................................................................ 19 4．3扫描 ................................................................................................................................ 20 4．4点云数据清理 ................................................................................................................ 20 4．5曲面造型 ........................................................................................................................ 23
1．建立对称平面 ........................................................................................................... 23
2．建立上外表 ............................................................................................................... 24 3．建立下外表 ............................................................................................................... 26 4．建立侧面 ................................................................................................................... 27 5．曲面初次裁剪 ........................................................................................................... 28 6．建立倒角面 ............................................................................................................... 29 7．建立棱角曲面 ........................................................................................................... 30 8．曲面再次裁减 ........................................................................................................... 30 9．建立按键曲线 ........................................................................................................... 31 10．整体镜像操作 ......................................................................................................... 32 11．曲面连续性处理 ..................................................................................................... 32 12．误差分析 ................................................................................................................. 33 13．数据精简 ................................................................................................................. 34 14．数据转化导出通用格式 ......................................................................................... 34 4．6实体造型 ........................................................................................................................ 35
1．数据导入 ................................................................................................................... 35 2．曲面缝合及模型实体化 ........................................................................................... 35 3．建立 按键 ............................................................................................................. 37
5．快速成型制造 ............................................................................................................. 41 6．质量评估检测 ............................................................................................................. 42 7．结 论 ................................................................................................................................. 43 8．谢 辞 ................................................................................................................................. 44
基于逆向工程和快速成型的 外形快速设计
摘 要：随着计算机技术的迅速开展，计算机三维造型技术特别是逆向工程技术在工业上
已经得到了广泛的应用。为了解决 外形设计周期长的困难，本文研究了 外形的逆向工程造型方法，并对逆向工程概念、方法进行系统的阐述，同时又以松下G60 为例详细介绍了对 外形进行逆向工程的步骤。
关键词：逆向工程，点云，快速制造，STL
Abstract: With the rapid development of computer technique, the technology of 3D
computer-aided prototyping, especially the Reverse Engineering, has been more widely used in industry. In order to solve the problem of long time on the mobile phone’s shape-design, a method based on the integrated reverse engineering is discussed in the paper. Furthermore, the concept and method of the Reverse Engineering is also illustrated, and the step of the integrated reverse engineering of mobile phone’s shape-design process is presented in detail with the example of Panasonic G60.
Keywords: Reverse Engineering , Point Cloud , Rapid Manufacturing , STL
0．引 言
。，由于供大于求的整体局势，导致市场竞争剧烈，并且从单纯的价格战，逐步向推出新品，用户定制，供给链争夺等纵向全方位的开展。在企业竞争中， 的外形是非常重要的一环。
传统的产品外形开发多是重新建模，设计周期长。但是采用逆向工程技术进行 外形的再设计方法可以加快设计改良的步伐，快速了解同类产品以及进行必要的改良。
1．概 述
1．1逆向工程原理
在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出符合市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因往往我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或CAD数据档案，有时，甚至可能连一张可以参考的图纸也不存在，没法得到准确的尺寸，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，制造模具也就更为烦杂。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。
随着计算机技术的飞速开展，三维的几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及工模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物〔产品原型或油泥模型〕转化为计算机上的三维数字模型，在CAD领域，这就是所谓的逆向工程。
1．2逆向工程特点
传统的复制方法是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出一比一成等比例的模具，再进行量产。这种方法属称类比式〔Analog type〕复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改。这为后续的改良设计造成很大程度上的麻烦。
传统的复制方法时间长而效果不佳，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。并给出一个一体化的解决方案：从样品→数据→产品。
逆向工程通常是以专案方式执行一模型的仿制工作。往往制作的产品没有原始设计图档，而是委托单位交付一件样品或模型，如木鞋模、高尔夫球头、玩具、电气外壳结构等，请制作单位复制〔Copy〕出来。因为长期专门从事逆行工作，所以工作效率很高，三维模型也很专业。
逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造
效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工。
IGES数据可传给一般的CAD系统〔如：UG、MDT等〕，进行进一步修改和再设计。另外，也可传给一些CAM系统〔如：UG、MASTERCAM、SMART-CAM等〕，做刀具路径设定，产生数控代码，由CNC机床将实体加工出来。STL数据经曲面断层处理后，可以直接由激光快速成型方式将实体制作出来。
1．3逆向建模的一般流程图
模型曲面分析——〉确定扫描方案——〉进行实体点云扫描——〉进行点云数据处理
——〉建立需要的曲线——〉建立曲面——〉进行实体建模(如图1.1)
1．4逆向工程的应用领域
逆向工程应用领域相当广泛，有军工，模具制造业、玩具业、游戏业、电子业、鞋业、
高尔夫球业、艺术业、医学工程及产品造型设计等方面。
2．逆向工程一般步骤
2．1实体三维数据的获得——扫描
在进行逆向工程时，三维扫描是最根本的一步。它是获得原始点云数据的最直接的方法，也是最理想的方法。原始点云数据是后面进行逆向处理的根本依据，因此三维扫描得到点云数据的好坏直接影响到逆向建模的成功与否。
三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体外表的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。
高速三维扫描及数字化系统在逆向工程中发挥着巨大作用。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。而且其测量结果能直接与多种软件接口，这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应用日益普及的今天很受欢送。在兴旺国家的制造业中，三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，因其测量速度快、精度高，非接触，使用方便等优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对手板，样品、模型进行扫描，可以得到其立体尺寸数据，这些数据能直接与CAD/CAM软件接口，在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加工中心或快速成型设备上制造，可以极大的缩短产品制造周期。
三维扫描设备是以三次元测量系统为主。根本上以接触式〈探针式〉和非接触式〔激光、照相、X光等方式〕两大类。在早期是以探针式为主，虽然价格较廉价，但速度较慢，而且以探针与物体接触会有盲点并且使软件物体容易变形，影响扫描精度。激光扫描速度快、精确度适当，并且可以扫描立体的物品获得大量点云数据，以利曲面重建。
三维扫描技术从产生以来，到目前已经开展了很多扫描原理，一般来讲分为以下几种技术，见以下列图〔图2.1〕：
三维扫描技术 非接触式 光学式 声学式 三角形法 轮廓投影法 成像法 图2.1 三维扫描技术分类
磁学式 触发式 接触式 扫描式
从三维数据的采集方法上来看，非接触式的方法由于同时拥有速度和精度的特点，因而在逆向工程中应用最为广泛。
2．2点云处理
通常扫描后得到的测量数据是由大量的三维坐标点所组成，根据扫描仪的性质、扫描参数和被测物体的大小，由几百点到几百万点不等，这些大量的三维数据点称为点云〔Point Cloud〕。
扫描得到的产品外形数据会不可防止的引入数据误差，尤其是锋利边和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，所以要对原始点云数据应进行预处理，通常要经过以下步骤：
1．去掉噪音点，常用的检查方法是将点云显示在图形终端上，或者生成曲线曲面，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整；
2．数据插补，对于一些扫描不到的区域，其数据只能通过数据插补的方法来补齐，这里要考虑两种曲面造型技术，基于点的样条曲面逆向造型和基于点的曲面拟合技术。
3．数据平滑，数据平滑的目的是为了消除噪音点，得到精确的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法处理方法，应力求保持待求参数所能提供的信息不变。
4．数据光顺，光顺泛指光滑、顺眼，但由于精度的要求，不允许对测量的数据点施加过大的修改量来满足光顺的要求，另一方面由于实物边界曲面的多样性，边界上的某些特征点〔边界折拐点〕必须予以保存，而不能被视为“坏点〞。
5．点云的重定位整合，在重新装夹后屡次扫描形成的数据要进行重定位整合，目前一般的CAD软件还都没有此项功能，需要手工“缝合〞，在测量件上选取两次定位状态下的基准点，在两次定位测量的过程中，分别测量两次定位状态下的基准点的坐标值，然后以一定的判断规那么判别出各基准点的测量精度，最后在CAD系统中显示定位下的测量数据，并移动某一定位下的数据，使该定位下的所有测量数据整合到另一定位下。
2．3曲面重构
曲面重建可以说是逆向工程的另一个核心及主要的目的，是依据扫描得到的点云数据恢复曲面形状建立CAD数学模型的过程。在得到产品的数据后，以逆向工程软件进行点数据的处理，经过分门别类、群组分隔、点线面与实体误差的比对后，再重新建构曲面模型，产生CAD数据、制造或NC加工。目前在点云生成曲面的过程中，主要有三种曲面构造的方案：其一是以B-Spline或NURBS曲面为根底的曲面构造方案；其二是以三角Bezier曲面为根底的曲面构造方案；其三是以多面体方式来描述曲面物体。
在逆向工程的技术开展中重要的是建立产品的CAD 模型，并由此可再进一步的到CAM处理和快速成型制造，而仿制出产品的外形。一般而言，CAD模型是由许多不同的几何形状所组合而成，而每一种几何形状都有其特性。因此假设要将产品应用逆向工程的技术，反求出此产品的原CAD 模型，并非单纯的使用一种方法即可完成，而须视此产品外形的几何特性，选择适当的处理方法，方可得出良好的几何形状，以满足产品外形的几何特性。由此可知，在曲面重建的过程中了解其曲面的特性及其曲面的数学模式，在对于我们重新建构曲面时可以帮助我们节省很多的时间以及提高将效率。
由于CAD/CAM系统的开展，各种自由曲线与自由曲面的理论因应而生，如Bezier曲线、B-Spline曲面、NURBS曲线、扫描曲面(Sweep Surface)、Loft曲面(Loft Surface)、标准
曲面(Construct Surface) 、旋转曲面(Revolved Surface) 、网格曲面(Net Surface)等。一般CAD/CAM系统较常用到的曲线、曲面作以下特点介绍：
1. Bezier 曲线
1962年时法国雷诺(Renault)汽车公司的工程师开展的一种完全用控制点坐标来定义的曲线(如图2. 2)。
图2. 2 不同控制点建构的Bezier曲线
Bezier 曲线有以下的特点：
(1) 控制点多角形(control point polygon)
(2) 凸面被覆(convex hull property)
曲线被包含在自由控制点所构成的多角形内，此性质对于处理曲线相交时相当有用。
(3) 控制点末点与曲线末点重合(end points meet polygon end points)
Bezier 曲线有以下的缺点：
A. Bezier曲线无法做区域性的控制(no local control)。
B. 其曲线的次数和控制点的数目直接相关，定义比较复杂的曲线形状时，曲线的次数
也跟着提高。
2. NURBS曲线
相较于Bezier曲线而言，NURBS曲线除了保有Bezier曲线的优点外，由于节点向量与加权数的参加，对曲线有更好的控制性，对于区域性的控制也能藉由改变节点向量与加权数而有更好的结果。对于NURBS曲线(non-uniformrational B-spline curve)方程式我们描述如下：
其中Pi：控制点
N(u )：(P-1)阶B-Spline基函数
w：加权数
u：参数值
Ri,p( u ) 为有理基函数(rational basis function)。由于加权值的参加，使得控制点对曲线/曲面的控制产生不同比例的影响力，当加权值修改时会使得曲线远离或接近控制多角形(control polygon)，使得曲面的控制有更大的空间。在逆向工程中的大局部时间会用到它。
3. B-spline 曲面
B-spline 曲面乃由U、V参数方向二维的基底函数(basis function)及控制点所组成，基底函数是由多阶参数曲线组合而成，而控制点那么在曲面的U、V参数方向上。在拟合B-spline 曲面时，方法是获得曲面U、V参数方向的控制点坐标值，以建立B-spline曲面。
对B-spline曲面以数学模式方程式表示如下：
4. Loft曲面(Loft Surface)
Loft曲面的拟合方式那么不同于B-spline曲面，首先将其中一个参数方向的测量点数据拟合出最正确化的B-spline曲线，此时每条曲线的控制点数目必须相同。接着在另一个参数方向上用先前所得的曲线控制点，拟合出该参数方向最正确化的B-spline曲线，并得到另一组新的控制点。由此两组先后得到的U、V参数方向点，即可建立Loft曲面。因此Loft曲面的拟合方式是由两组一维的B-spline曲线拟合所组成。
根本上基底函数的阶数、节点向量(knot vector)、控制点的数目或控制点坐标值等的改变，都会影响曲面的形状。因此在拟合曲面时，为了降低曲面偏差量，在使用最正确化方法时，或提高基底函数的阶数，或增加控制点的数目，以调整U、V参数方向的控制点坐标值，最后使得曲面偏差量在容许曲面偏差量的范围内。此种曲面拟合法对于自由曲面造型或有突点等曲率变化比较大的曲面，都可以拟合出很好的结果。然而对于平滑或有规那么性，对称性的曲面，这种曲面拟合法会对产品在加工制造及量测上的误差明显的显现出来，以至于无法拟合出具有上述特性的曲面。
由三维扫描仪所得到的点云数据来建立曲面的方式一般可以分为两种：一种是以近似的方式、另一种是以插补的方式来将顺序的点数据建立成为曲面，以下分别就这两种方法做一简单介绍：
1. 近似法(approximation)
以近似法来重建曲面，首先必须先指定一个容许误差值(tolerance)，并在U、V方向建立控制点的起始数目，以最小平方法来拟合出(fit)一个曲面后将量测之点投射到曲面上并分别求出点到面的误差量，控制误差量至指定的容许误差值内以完成曲面的建立，如果量测的数据很密集或是指定的容许误差很小，那么运算的时间会相当的久。以近似法来拟合曲面的优点是拟合的曲线不需要通过每个量测点，因此对于量测时的噪声将有抑除的作用。所述，使用近似法时通常是点云数据点多且含噪声较大的情况下。
2. 插补法(interpolation)
以插补的方式来进行曲面的建立，那么是将每个截面的点数据，分别插补得到通过这些点的曲线，再利用这些曲线来建立一个曲面。以插补的方式进行曲面数据建立，其优点在于得到曲面一定会通过量测之数据点，因此如果数据量大的话，所得到的曲面更近似于原曲面模型，然而也因为如此，如果量测时点数据含大量的噪声那么在重建曲面时大量的噪声将被含入而产生相当大的误差。所述，以插补法来重建曲面较佳的使用时机是对于数据量少且所含入噪声较小的点群数据。
由以上的分析我们可以知道对于少量的点而言，我们可以使用插补法来得到一较近似的曲面，然而对于激光扫描所得到的大量数据点假设以插补法来重建曲面，那么有在扫描时所夹带的噪声点与误差将随着曲面的建立而被包含在曲面之中的缺点。
因此对于扫描点数据而言，由于点数据量大以近似法来重建曲面将会较插补法节省控制点的储存空间，而且对于扫描时所渗入的误差有抑除的效果，然而，以近似法来建立曲面，却会消耗大量的计算机内存及较多时间在曲面的计算上，因此我们在建立曲面的过程中应配合所测量得的数据点数目及精度来决定曲面重建所使用的方法。
2．4实体建模
近年来，运用AutoCAD软件进行二维图形的设绘已经得到很大的普及。但是，二维平面图不能完整和准确地表达出设计者的设计思想，而且，二维图纸无法对设计对象进行后续的结构有限元分析、运动分析、公差分析、以及数控加工代码的生成，而这些分析往往是必不可少的，只有三维实体造型才能满足这些要求。越来越多的三维设计软件如MDT,Solid Works、ProE、UG等，都得到了广泛的应用。
建立三维模型，有助于理解零件的特征，更加直观方便，而且对于快速制造很必要。
2．5快速制造
快速原型技术是九十年代开展起来的一项高新技术，它无需准备任何模具、刀具和工装卡具，快速成型设备可直接接受产品设计〔CAD〕数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极推动作用。传统制造业的战略是规模效益第一，九十年代以来，已开展为市场响应第一。在制造业日趋国际
化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。近年来，制造业市场的制造战略重点正在发生从本钱与质量到时间与响应的重大转移。快速将多样化的产品推向市场是制造商把握市场先机而求生存的重要保障。快速成形技术是集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术之一。
20世纪80年代末、90年代初开展起来的快速成形〔Rapid Prototyping&Manu facturing：RP〕技术，突破了传统的加工模式，是近20年制造技术领域的一次重大突破。它与科学计算可视化和虚拟现实等技术相结合，为设计者、制造者与用户之间提供了一种可测量、可触摸的新手段。快速成形技术可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件〔模具〕，有效地缩短了产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品本钱的有力工具。它的核心是基于数字化的新型成形技术。
RP系统可分为两大类：基于激光或其它光源的成形技术，如：立体光造型〔Stereo lithography：SL〕、迭层实体制造〔Laminated Object Manufacturing：LOM〕、选择性激光烧结〔Selected Laser Sintering：SLS〕、形状沉积制造〔Shape Deposition Manufacturing：SDM〕等等。
快速成形术已经广泛应用于家电、汽车、航空航天、船舶、工业设计、医疗等领域。艺术、建筑等领域也已开始使用RP设备。随着RP技术本身的开展和完善，其应用领域在不断拓展。
快速制造技术的优越性和特点：
1、制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；
2、产品制造过程几乎与零件的复杂性以及几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越，这是传统方法无法比较的；
3、加工周期短，本钱低，本钱与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，加工周期节约70%以上；
4、产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产；
5、整个生产过程数字化，与CAD模型具有直接的关联，零件可大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造；
6、与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造、小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。
快速制造技术周期短、工艺简单、易于推广、制模本钱低、精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合经济效益良好，是一种快捷、方便、实用的制造技术，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。
目前，大多数的快速成形制造系统中，3D的CAD模型首先要转化为标准STL格式模型，即采用所谓面型化(Tessellation)处理方法对实体曲面进行近似处理，用平面三角面片近似模型的外表。这样处理的优点就是大大地简化了CAD模型的数据格式，以便于后续的分层处理，为制造过程准备数据。STL文件格式是由美国3D System公司于1987年提出的，由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快开展为快速成形制造领域中CAD系统与快速成形机之间数据交换的准标准格式。表达一个三维实体模型的STL文件是用大量的空间小三角形面片来表示实体模型的外表，如图2. 3所示，对每一空间小三角形面片用三角形的3个顶点坐标及三角形面片的法向量来描述，法向量由实体的内部指向外部，3个顶点的次序与法向量满足右手规那么，如图2. 3所示。此外，STL文件中两个相邻的三角形只能有一个公共边。
图2. 3
3．逆向工程软硬件设备
3．1扫描设备
三维激光扫描技术，它能够完整及高精密度的重建实物或实景、三维实体模型及原始测绘数据。最大特点就是：精度高、速度快、逼近原形。
法国KREON 系列三维激光超高精密度扫描仪，〔KREON KZ 50〕具有很多优质：扫描精度极高，这利于将重建内容更逼近原形。扫描密度极高，扫描速度极快，这利于快速原形化目标、实时扫描、同步移动操作等。具有一对CCD同时同步工作，可无死角的实时扫描任何复杂目标，减少重复性工作，目前国际同类技术都是一个CCD，双CCD技术还利于实时检测监测工作,KREON可以与目前各种三坐标测量机、数控加工中心、机械关节臂等配接,KREON扫描头可以与现有的很多设备互换使用,KREON激光扫描技术不同于传统的光学照相三维成像技术，KREON保证了所有扫描云点的实测性、实时性及真实性，而光学照相技术做不到，它是基于少数测量点并经过后处理三维数学推算后得到点云。本次选用的KREON 系列中的KZ 50是近距三维激光扫描系统。分辨率可达5μm，速度：30000点/每秒，(可借助机械臂或数控机械平台扫描任何大小的物体〕。实体如以下列图：
图3. 1 三维激光扫描仪
3．2点云曲面处理软件
目前市面上常用的逆向工程软件系统采用的根本都是NURBS曲面，从它们的功能或操作方法来看，其共同特点是先构造曲线，或者是利用曲线直接构造曲面，或者是通过曲线界定曲面拟合区域，先生成曲面片，然后通过拼接构成完整的曲面模型。其优点是NURBS曲面的应用在CAD/CAM领域内相当广泛，因而，这些系统与其它CAD/CAM系统的通信、交流就十分方便。特征曲线的构造在其中起着重要的作用。然而，通过交互定义特征线费事费力，而自动提取的方法在目前仍相当有限。Imageware12主要用来做逆向工程，它处理点云数据的流程遵循，点——曲线——曲面的原那么，整个流程简单清晰明了，而且软件操作容易，对系统性能要求也不高。
(一) 点云处理功能
1．读入点云数据,将别离的点云对齐在一起〔如果有需要〕。有时候由于零件形状复杂，一次扫描无法获得全部的数据，或是零件较大无法一次扫描完成，这就需要移动或旋转零件，
这样会得到很多单独的点云。Imageware12软件可以利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点云对齐。
2．对点云进行判断，去除噪音点〔即测量误差点〕。由于测量工具及测量方式的限制，有时会出现一些噪音点， Imageware12软件有很多工具来对点云进行判断，去掉噪音点，以保证结果的准确性。
3．通过可视化点云观察和判断，规划如何创立曲面。一个零件，是由很多单独的曲面构成，对于每一个曲面，可根据特性判断用用什么方式来构成，例如，如果曲面可以直接由点的网格生成，就可以考虑直接采用这一片点云；如果曲面需要采用多段曲线蒙皮，就可以考虑截取点的分段。提前作出规划可以防止以后走弯路。
4．根据需要创立点的网格或点的分段。 Imageware12软件能提供很多种生成点的网格和点的分段工具，这些工具使用起来灵活方便，还可以一次生成多个点的分段。
(二) 曲线创立功能
1．判断和决定生成哪种类型的曲线。曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺的〔捕捉点云代表的曲线主要形状〕、或介于两者之间。
2．创立曲线。根据需要创立曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。控制点增多那么形状吻合度好，控制点减少那么曲线较为光顺。
3．诊断和修改曲线。可以通过曲线的曲率来判断曲线的光顺性，可以检查曲线与点云的吻合性，还可以改变曲线与其他曲线的连续性〔连接、相切、曲率连续〕。 Imageware12软件提供很多工具来调整和修改曲线。
〔三〕曲面创立功能
1．决定生成那种曲面。同曲线一样，可以考虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面，或两者兼顾。根据产品设计需要来决定。
2．创立曲面。创立曲面的方法很多，可以用点云直接生成曲面〔Fit free form〕，可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界线等方法生成曲面，也可以结合点云和曲线的信息来创
立曲面。还可以通过其他例如圆角等生成曲面。
3．诊断和修改曲面。比较曲面与点云的吻合程度，检查曲面的光顺性及与其他曲面的连续性，同时可以进行修改，例如可以让曲面与点云对齐，可以调整曲面的控制点让曲面更光顺，或对曲面进行重构等处理。
Imageware12是著名的逆向工程软件，其广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。而且拥有以上专业的点云到曲面的造型功能，在进行逆向工程时是一个不错的工具。
3．3实体建模软件
Autodesk公司在AutoCAD软件包的根底上，开发出了三维实体造型软件Mechanical Desktop 简称MDT，在微机上，实现了快捷、精确的三维实体造型。与别的三维设计软件不同的是，它基于以被广阔的中国用户所熟知的AutoCAD平台。对于有AutoCAD二维绘图软件使用经验的用户，学习和使用MDT十分容易。利用它，设计者在设计初期能够很方便地进行概念设计，将主要精力集中在零件的选型、相关结构的关系以及零件的使用功能上，设计者们能最大限度的发挥聪明才智，这一过程在整个设计过程中，占据极为重要的作用。完善概念设计之后，输出立体效果图、零件施工图及系统装配图很方便，而且节约了大量的绘图时间。
MDT软件包包括零件造型、零件装配、曲面造型及二维出图等局部。MDT软件的零件造型模块是基于二维平面特征的三维实体造型工具，能够非常方便地创立任何复杂形状的实体。
基于特征的参数化零件造型模块可用已经存在的AutoCAD二维图形，作为平面草图，然后通过拉伸、旋转、扫掠等方法建立三维实体外形。可对此实体的各个特征用智能化、参数化的尺寸进行约束，通过建立参数化表来建立零件族。功能如下：
1)草图特征：由草图生成实体，支持拉伸、旋转和扫掠。
2)圆角特征：对每一边可进行常值倒圆、变半径倒圆、可以表示非常复杂的造型及圆角过渡。
3)孔特征：可钻沉孔、阶梯螺孔、螺纹孔。
4)倒角特征：包括等边、不等边及边长和夹角。
5)切割特征：用曲面可以切割实体。
6)全参数化特征阵列：可以用数值和等式及参变量表示阵列特征，并且可随时对其进行修改。
7)参变量技术：参变量使零件之间建立尺寸连接关系，具有尺寸连接关系的所有零件将自动变化更新。
8)约束类型：几何形状、尺寸、参变量约束。
9)工作特征：工作轴、工作点和工作平面。
10)约束技术：对约束可操作
装配造型模块及工程分析模块能容易地创立和管理包括成百上千个零部件的装配和子装配，它使用参数化的关系，模拟实际的装配过程。内建的分析工具可计算零件质量特性，如质心、回转半径、惯性矩等。能自动地开发全参数化的零部件的关联明细表等，具体功能如下：1)智能化的装配约束。2)装配文档管理。3)材料特性分析。4)干预检查。
与模型关联的工程出图模块能通过零件造型和绘图双向的关联。MDT智能地连接三维造型和二维视图，简化了工程图纸的生成过程，从三维造型自动地生成详细的二维视图—— 轴测、正交投影、剖视等。当改变模型尺寸时，所有关联的二维视图自动地更新，或当更改一个二维视图时，将使得关联的模型及其它的二维视图也更新。这局部功能包括：
1)完整的模型—— 图纸双向关联；
2)借助AutoCAD绘图环境；
3)自动消隐；
4)支持ANSI、ISO、DIN、JIS绘图标准；
5)提供各种工程符号、形位公差、外表粗糙度、焊接符号等；
6)参数化的标注功能；
7)视图生成包括正交投影、轴测图、辅助视图、剖面图、局部剖视图、平移剖面图、断开图及用户自定义图等。
3．4快速成型设备
本次使用的快速成型机是新加坡的ZIPPY 1系统，它的可成型件最大尺寸为380*280*340。完全满足我们的要求。实体如以下列图：
图3. 2 快速成型系统
ZIPPY是首家采用三坐标精密伺服电机驱动、精密滚珠丝杠传动、精密滚珠直线导轨导向，机械空运行重复定位精度为±0.01mm。采用独特技术保证工件Z方向精度。采用激光切割速度与切割功率的自动匹配控制技术，硬件实现速度跟踪，反响速度快。采用自动开发的软件技术，具有模拟成型过程、预算加工时间、STL文件检查、缺陷自动修补、切片、CLI、SSL输出、误差校正、镂空、分隔、组合的功能。采用激光切口宽度的自动补偿软件技术。采用轮廓线内外自动识别软件技术。采用美国著名品牌SYNARAD生产的金属管CO2激光器，
功率高、速度快，无需充气，维护保养容易，费用低。采用三级除尘装置，两级纤维过滤，一级高压静电除尘，彻底消除环境污染。采用独特的卸料装置，使用方便。ZIPPY系统采用了高质量的传感监控系统和元器件，有完善的平安保护和断纸报警装置，因此能长时间连续无人看管运行，可靠性高，故障率低。采用独特的均匀加热方式，保障系统可平衡地加热到最高400℃，可兼容其它供给商提供的成形材料。
KINERGY公司自行开发的多种高性能纸基薄材，在中国设有材料生产厂，不必进口，供货方便、周期短。
4．建立 外形具体步骤
4．1松下G60 外形逆向开发的流程
模型分析→扫描方案确定→进行扫描→数据转换→点云处理→点云数据过滤→点云分割→曲线建立，曲面建立→曲面镜像→按键曲线建立→曲面连续处理→精简数据→数据转换→曲面两两缝合→曲面整体缝合→按键建立。
4．2模型分析
针对松下G60 的外形观察，发现其实体外表主要分为四个曲面围成。它们分别是上外表，下外表，侧面和倒角面。而且每个上外表，下外表，侧面都有共同的曲面特征，都可以使用放样的方法来生成所需要的曲面。然后分别进行裁剪，就得到了想要得曲面大小。
仔细观察松下G60 ，会发现它拥有比较高的对称性，左右对称，包括按键、屏幕在内。因此可以考虑使用对称面来建立整个曲面模型。上外表，下外表，侧面的曲面建模方法刚刚已经形成，只需要把其建立半个曲面，然后再作一个镜像操作，就可以使其建立 的整个根本曲面模型。
4．3扫描
有了以上的建模思路，就可以进行 点云数据的扫描。由于建模思想不一样，点云数据的扫描侧重点也不一样。数据点质量的好坏直接影响到曲面精度。
在建模时，是通过半边曲面组的镜像操作来进行最终的建模的。因此也只用到半边的点云。在采集点云数据时只需要采集 的半边点云就可以了。由于本款 外表反光比较强，在扫描时需要喷上显影剂，这样可以防止过多的噪声点产生。
对于使用镜像操作建立的曲面模型来说，对称面的精确度是非常重要的。拟合球找球心要比较合圆找圆心的精度要搞很多。因此在进行扫描时，在 的两个按键孔上粘合同样大小的钢球。这样以后对称面的建立就可以通过两个球心之间连线的中点和垂直该连线来实现。
4．4点云数据清理
进行点数据处理是进行曲面重构的第一步。在松下60 外形的点云数据被三维激光扫描设备扫描后，把所获得的原始的云数据另存为IGS格式。然后在逆向工程软件Imageware12中翻开。如图
图4. 1原始点云数据
该点云数据中存在很多的不需要的点，为了后面处理方便首先需要把点云中明显的不需要的点删除掉。使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选不需要的数据，以及明显的噪声点。处理后如图
图4. 2剔除坏点后的点云数据
在去掉明显不需要的点数据后，原始点云还有651612个原始点。这个数据量还是比较庞大，而且分布不均匀，为了使点的分布比较合理，使用命令Modify ——〉Date Reduction ——〉Space Sampling 进行点云数据过滤。过滤后的点数为35408。如图
图4. 3过滤后的点云数据
其中距离公差参数的选择根据相邻两点的最大距离0.0967mm和最小距离0.9682mm的平均值0.5mm。该参数表示，在过滤时，将相邻两点之间距离小于该参数的两点只保存一个。测量两点之间的距离使用Measure ——〉Distance ——〉Between Points命令。如图
图4. 4测量两点之间的距离
4．5曲面造型
1．建立对称平面
建立对称平面，可以使后来的建模对称精度更高。建立一个平面有很多种方法，如三点式，在视角平面上，平面偏移，中心法向式。综合考虑，使用中心法向式比较方面。在 点云上有两个扫描时特意粘贴上去的钢球的点云，由于球装点云拟合时精度比较高，而且球心比较好捕捉，因此可以建立一条过两球心的线段，然后建立过该线段中心点，且平面法向为该线段方向的对称平面。
其具体步骤为：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选球形点云数据，把球形点云数据分别分割出来，然后使用Construct ——〉Surface From Cloud ——〉Fit Sphere命令分别选中刚分割出来的球行点云数据，然后拟合成球。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，分别使用中心捕捉选两球的球心，建立线段。使用Create ——〉Plane ——〉Center / Normal命令，分别使用中心捕捉线段的
中点，选平面法向为沿直线方向，建立对称平面。使用Create ——〉Coordinate System ——〉Create命令，使中心点为线段的中点，Z向为平面的法向。
图4. 5建立的对称平面
2．建立上外表
在前面对曲面建模思路分析的根底上，进行 外形上外表的模型建立。由于上外表接近放样曲面的特征，并且使用放样得到的曲面质量比较好，因此主要的曲面建立方法还是使用放样。首先把上面的点云分割出来，再在分割出来的点云上再分割出一局部边上的点云，然后在建立的点云上建立3D曲线，再把该曲线投影到以前建立的对称面上，再在z向建立镜像曲线，然后放样得到曲曲。
具体步骤：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选 外形上外表点云数据，再把选中的点云数据分割出来，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令在刚刚分割出来的点云数据中圈选没有洞的连续点数据，然后把选中的点云数据分割出来。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，
使用点云捕捉建立一条3D曲线。此时在Z方向上看，这条空间曲线是比较光滑，走向也接近 外形上外表的曲面走向。接着使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把该空间曲线沿对称平面的法线方向上投影到对称平面上。使用Modify ——〉Extend命令把该对称平面上的曲线进行延伸，使用相切连续，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令进行曲线镜像操作，z向距离-15mm。
在进行曲面放样操作时，必须首先对要放样的曲线进行匹配，否那么会出现扭曲等影响曲面质量的问题。曲线匹配包括曲线的阶次、方向、段数。使用Modify ——〉Parameterization——〉Reparameterize命令，选择将要放样的曲线，参数4阶8段。然后使用Construct ——〉Surface——〉Loft进行放样操作，依次选择要放样的曲线。然后观察曲面是否符合预计的形态，使用Shift+D快捷健组合，调出曲显示状态描述对话框，使用Shaded选项。此时曲面将显示着色状态，而不是构造线形态。默认曲面法向显示的是红色，反面是灰色。这对曲面的观察和后面的实体化有影响。我们理想的情况是 外外表是正向，这里显示的是灰色，因此需要调整。使用Modify ——〉Direction——〉Reverse Surface Normal命令使曲面法向反向。
图4. 6 外形的上外表曲面
3．建立下外表
曲面的下外表拥有和上外表相同的特性，因此还是使用放样的方法建立 的下外表。具体步骤：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选 外形下外表点云数据，再把选中的点云数据分割出来，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令在刚刚分割出来的点云数据中圈选连续的点数据，然后把选中的点云数据分割出来。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，使用点云捕捉建立一条3D曲线。接着使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把该空间曲线沿对称平面的法线方向上投影到对称平面上。使用Modify ——〉Extend命令把该对称平面上的曲线进行延伸，使用相切连续，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令进行曲线镜像操作，z向距离-15mm。对要放样的曲线进行匹配。使用Modify ——〉Parameterization——〉Reparameterize命令，选择将要放样的曲线，参数还是使用4阶8段，这对后面的曲面间的分割有好处。然后使用Construct ——〉Surface——〉Loft依次选择要放样的曲线，进行放样操作。然后观察曲面是否符合预计的形态，使用Shift+D快捷健组合，调出曲显示状态描述对话框，使用Shaded选项。此时曲面将显示红色，反面是灰色。因此不需要调整。
图4. 7 外形的下外表曲面
4．建立侧面
外形侧面的也拥有和上外表较相似的特征，因此还是采用相同的方法，放样建立曲面。不过此时曲面建立的方向有差异。此时的投影变为xz坐标平面，而且要进行两次曲线镜像操作，这样才可以使建立的侧面曲面足够大，可以进行上下外表的裁剪操作。
具体步骤：首先建立XZ坐标平面，使用Create ——〉Plane ——〉Center / Normal命令，分别使用中心捕捉坐标原点，选平面法向为Y方向， 建立XZ坐标平面。再次使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选 外形侧面点云数据，再把选中的点云数据分割出来，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令在刚刚分割出来的点云数据中把选中的点云数据分割出来。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，使用点云捕捉建立一条3D曲线。接着使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把该空间曲线沿对称平面的法线方向上投影到XZ坐标平面上。使用Modify ——〉Extend命令把该对称平面上的曲
线进行延伸，使用相切连续，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令进行曲线镜像操作，Y向距离-15mm，然后再次执行相同的镜像操作，只是距离变为15mm。
对要放样的曲线进行匹配。使用Modify ——〉Parameterization——〉Reparameterize命令，选择将要放样的曲线，参数还是使用4阶8段。然后使用Construct ——〉Surface——〉Loft依次选择要放样的曲线，进行放样操作。然后观察曲面形态，使用Shift+D快捷健组合，调出曲显示状态描述对话框，使用Shaded选项。此时曲面将显示红色，反面是灰色。也不需要进行曲面法向的调整。如图
图4. 8 外形的三个外表曲面
5．曲面初次裁剪
经过上面根本曲面的建立， 一半的根本外形已经建立起来了，现在要做的就是把多
余的局部裁剪掉。裁剪曲面首先要建立裁剪曲线。该曲线的建立可以通过Construct ——〉Intersection ——〉With Surface命令，分别选择相交的两个曲面，然后执行。在两曲面相交处就建立了一条3D曲线。接着使用Modify ——〉Snip ——〉Snip Surface命令，选择要裁剪的曲面和参考曲线进行曲面的裁剪。裁剪后如图
图4. 9修剪三个外表曲面
6．建立倒角面
已经有了 外形的根本了，下来就要建立一些小的特征。建立倒角的时候需要动态观察，和点云进行比较，找的对适宜的参数，建立最接近原始点云的倒角曲面。使用Construct ——〉Fillet——〉Surface命令，选中相邻两个曲面，设置根本曲率为2.5。
图4. 10建立倒角
7．建立棱角曲面
由于上面建立倒角曲面是由很多小的曲面组成，因此对以后的曲面缝合，会不利。因此需要建立一个整面来代替倒角曲面。该曲面的建立，使用放样，这样建立的面质量比较好。使用Construct ——〉Surface——〉Loft进行放样操作，依次选择两个倒角边曲线。参数还是使用2.5，这样可以保证和原始倒角面的根本重合。
8．曲面再次裁剪
此时，还需要对上外表，下外表，侧面进行裁剪。把倒角面以外的局部修剪掉，这样整个外形看起来会比较连续。使用Modify ——〉Snip ——〉Snip Surface命令，选择要裁剪的曲面和参考曲线进行曲面的裁剪。裁剪后得到的外形如图
图4. 11再次修建后的曲面
9．建立按键曲线
由于 的上外表拥有按键，因此需要对它进行按键处理。现在就进行上外表的按键孔处理，会使整个曲面模型不连续，这对后面的曲面缝合，进一步生成实体的操作，非常不方便。因此在这里只需要把需要打孔的位置，大小，形状，使用曲线描绘出来，在缝合后，进行实体操作的时候，再根据这些参数建立 模型的按键孔以及按键。分析按键位置分布，左右是关于对称面对称的，因此只需要建立一边的按键就可以。然后镜像操作，这样按键位置的对称性也有保证。
具体步骤：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈选 外形上外表按键孔的点云数据，再把选中的点云数据分割出来，剔除不需要的杂点。然后使用Construct ——〉Curve from cloud——〉Fit Circle 和Fit Ellipse命令，来生成拟合点云的曲线圆和椭圆。然后使用镜像操作，使左右按键孔对称。使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令进行曲线镜像操作，沿对称面，距离为0。
10．整体镜像操作
按键已经建立，但是曲面还是只有半个，接下来使用镜像操作把曲面建立完整，使它看起来像个 外形。对于 这种注重外形的产品来讲，是否对称直接影响到外形美观，而且该款 当初的设计意图就是左右对称。
具体操作：使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令进行曲线镜像操作，沿对称面，距离为0。如图
图4. 12执行镜像操作后的曲面
11．曲面连续性处理
曲面是建立起来了，通过镜像操作，对称性也已经到达了。可是各个曲面间的连续性还不是很好，有的地方还会出现明显的缝和孔，这对以后的曲面缝合势必会造成困难。因此现在进行曲面的连续性处理是很必要的。曲面连续性包括位置连续，相切连续，曲率连续。曲率连续可以获得比较高的曲面质量。
具体操作：使用Construct ——〉Blend ——〉Surface命令，选中相邻两个中间有间
隙的曲面。执行后就会在这两个曲面之间再生成一个小的曲面，使他们连续起来。
图4. 13曲面连续
12．误差分析
在进行完曲面重构，需要对重构的误差进行分析。进行曲面和点云的比对，Imageware中提供了这样的功能。使用Measure——〉Surface to ——〉Cloud Difference命令。比对结果误差为0.5mm。如以下列图：
图4. 14曲面误差分析
13．数据精简
在曲面模型已经建立起来之后，需要做的就是精简数据。精简数据后的文件很直观，而且对后来在其他3维造型软件中进行处理是很方便的。
具体操作，删除在进行曲面造型时所建立的中间过渡几何，比方点云数据等。然后另外存储一个文件。另存是为了以后需要修改的时候方便。
14．数据转化导出通用格式
Imageware类型的文件不能直接在其他三维造型软件中翻开。为了解决这一问题，国际上出现了一种描述三维几何的标准格式IGS格式。以这种格式导出的三维模型就可以在其他三维设计软件中继续修改了。为了后期的三维模型可以在其他的三维软件中翻开，在Imageware中把精简数据后的文件另存为扩展名为IGS的文件。
4．6实体造型
1．数据导入
在Imageware中已经建立起根本封闭的曲面模型。由于曲面模型的修改以及快速制造都比较困难，因此需要把该曲面模型特征转化为实体特征，然后再进行实体模型的修改和快速制造。
MDT软件中可以实现曲面到实体的功能。由于是两个公司的开发的软件，各自的文件格式不兼容，但是国际上提供了一种通用的描述三维特征的标准IGS。由于MDT也支持这种格式的导入，因此在MDT中新建一个文件然后使用命令： IGESin 。如图
图4. 15数据导入到MDT
2．曲面缝合及模型实体化
曲面和按键曲线已经在MDT中翻开，由于曲面间还有很小的缝隙，因此在生成实体前需要对曲面进行缝合。
鉴于相邻曲面间隙大小差异很大，采用分步缝合的方法。先缝合上外表，然后是下外表，然后是侧面，最后是倒角边。分步缝合完毕后选中所有曲面进行整体缝合。这样处理可以得到比较高的曲面缝合精度。
具体操作：曲面——〉曲面缝合，然后选中要缝合的曲面，回车后出现对话框〔如图〕
图4. 16曲面误差分
缝合类型为优化缝合，曲面输出形式为覆盖曲面。分步缝合完毕后，对曲面进行整体缝合时曲面输出形式要使用零件。这样才可以缝合为实体零件。缝合后的实体如图：
图4. 17缝合后的实体模型
3．建立 按键
模型已经缝合为实体，接下来需要建立模型上的按键孔，以及按键。在Imageware中已经利用点云数据建立了按键位置曲线。这对MDT中的实体建模很有帮助。由于上述按键曲线是空间上的3D曲线，不能直接拉伸建模。需要建立一个平面，把按键曲线投影到该平面上。然后才能建立需要的按键模型。按键要安装到 上，因此还需要在 实体模型上进行切除操作形成按键孔。
具体步骤：
使用，辅助——〉建立UCS——〉三点，命令捕捉上外表三点建立用户坐标系。零件——〉定位特征——〉工作平面，选在UCS面上选项。零件——〉定位特征——〉工作平面，选在与平面平行，偏移5。然后使用，曲面——〉创立曲面——〉平面曲面，来建立一个平面。曲面——〉创立曲线——〉投影曲线，把3D按键曲线投影到平面上。
图4. 18按键曲线投影到平面上
然后使用两维草绘工具把按键曲线进行重建。使用，零件——〉草图特征——〉拉伸，按键就建立了为了以后装配方便按键上下边需要进行倒角。
图4. 19 按键模型
使用，修改——〉偏移，把重建的按键曲线尺寸放大0.2。使用，零件——〉草图特征——〉拉伸，在 实体模型上切割出按键孔。
图4. 20 模型按键孔处理
模型已经建立起来，但是此时还不能进行快速制造，快速制造使用的是STL格式的文件，因此还需要把 模型和 按键分别导出为STL格式的文件。MDT中提供了这种功能。
图4. 21 模型和按键模型配合
5．快速成型制造
在新产品零件的三维CAD模型生成后，常常通过快速成形技术制造其原型。快速成形技术是8O年代迅速开展起来的新型综合制造技术。RP技术可以依据计算机上构成的产品三维CAD设计模型，对其进行分层切片，处理成一系列薄截面的轮廓。根据各截面层形状的二维数据，由快速成型机将材料逐层添加堆积，最终生成三维实体模型或零件。由于RP技术具有的技术优势，使它特别适合于新产品的原型制造，有利于新产品的快速开发和制造。叠层结束后得到的零件原型在力学和机械物理性能上往往不能直接满足需要，仍然需要进一步处理，包括余料去除，以及防水、防潮、加固和使其外表光滑等后置处理，以满足快速原型外表质量、尺寸稳定性、精度和强度等方面的要求。
利用MDT软件将G60 零件的三维CAD模型转化生成STL数据格式提供给，激光快速成型设备。然后根据模型的最大截面尺寸选取相应规格的纸材。在十几个小时的加工后，再
进行下料，拨料，上漆。
6．质量评估检测
逆向工程处理的是实物原型．它本身具有固定的形状、拓扑关系及相应的参数。这种表达在实物原型上的参数称为实物原型参数。实物原型在被制造时，要依据图纸上所标注的参数。这种表达在制造实物原型的设计图纸上的参数称为原始设计参数，其是制造实物原型的原始参数。相对原始设计参数，实物原型本身存在误差：一是制造实物原型所产生的制造误差AI制，二是原型在使用中的磨损和破损误差AI损。在对实物原型测量时，会产生测量误差AI
测
。在再设计阶段，逆向工程要完成从测量规划制订至CAD三维模型重构(在此，再设计环节
暂不考虑)。这种CAD模型自然是具有各种几何参数。这些参数是逆向工程依据测量点数据经拟合运算得到并表达在重构的CAD模型上，故称其为重构参数。在重构的计算中，不可防止地会产生误差，记为计算误差AI计。在制造阶段，逆向工程依据重构参数制造产品，产生制造误差AO造。
综上所述，逆向工程误差A可表示为：A逆＝f(AI制，AI损，AI计，AI测，AO造)。
实物原型是依据原始设计参数制造的，复原产品是依据重构参数制造的。从上面分析可知，原始设计参数与重构参数存在误差。因此、将依据重构参数复原制造的产品置于实物原型的工作环境下，有可能会达不到工作性能要求。
通常逆向工程不去直接测量实物原型参数。故实物原型参数是未知的，自然原始设计数也是未知的。重构参数是逆向工程对实物原型复现的参数。为了提高逆向工程复原精度，提高测量精度及拟合计算精度，可以减小测量误差AI测和计算误差AI计，但仍无法减少制造误差AI制，AO造和磨损误差AI损，其结果只是使重构参数，尽可能接近实物原型参数，仍无法复原原始设计参数。
在某些情况下，单从复制原型这一角度出发，为满足逆向工程复原产品的工作性能要求，需用原始设计参数进行复原制造。这就要求逆向工程在前述的再设计阶段能复原实物原型的原始设计参数。为此需综合运用人工智能技术、数理统计理论、精度设计等多学科技术知识对实物原型的磨损及制造误差等进行评估分析，在此根底上对重构参数进行修正再设计，得到接近原始设计参数的再设计参数。
上述思想，给出了以精度复原为目标对逆向工程的质量进行全面的误差分析。
由于此次条件的限制，对本次逆向工程误差的分析只能做到AI测，AI计，AO造，的分析。
数据点的获得——三维激光扫描过程中的测量误差AI测
在进行逆向建模时的误差AI计
在制造阶段，逆向工程依据重构参数制造产品，产生制造误差AO造
扫描时不可能没有误差，在进行点数据处理时进行点数据的过滤，也会对精度产生影响。进行曲面重构时使用的是放样的方法，虽然可以获得很好的曲面质量，但是增大了曲面和点云之间的误差。在曲面重构后进行曲面缝合，误差也是不可防止的。获得了实体模型后，在进行快速制造过程中，还有一定的制造误差。
累加放大后的误差，就是本次逆向设计的最终理论误差。实际误差是用快速制造后的模型再进行扫描，然后和第一次扫描的数据进行比对。这样两个点云的重合才是实际误差。
7．结 论
本次对松下G60 的外形重新建模设计，采用了逆向工程和快速制造技术。系统的阐述了如何对 进行逆向设计。
由于初次接触，经验缺乏，而且本次设计不是以精度复原为目标，因此设计得到的模型和原来模型有比较大的误差。但是实际上还是可以到达更高的精度。
外形已经是 市场竞争的一个有力的筹码，采用逆向工程来开发 外形的方法效率高、周期短，适应企业所要求的外形开发针对市场的快速反响。
8．谢 辞
感谢学院给我这次毕业设计的时机，并给我提供了毕业设计的条件。感谢张晔老师对我毕业设计的指导。使我在以前一无所知的技术面前找到了学习的窍门并鼓励我进行探索。通过本次毕业设计，使我增长了逆向工程和快速制造的知识。同时掌握了Imageware，和MDT软件的使用。更重要的是提高了认识新事物掌握新技术的能力。
参 考 文 献
[1] 姜元庆，刘佩军 ?Imageware逆向工程培训教程? 清华大学出版社。
[2] 窦忠强.?MDT6.0实用教程? 机械工业出版社。
[3] 刘光富 李爱平 王东立 ?三维实体零件分层处理软件的研究与开发?同济大学现代制造技术研究所。
[4] 张 伟，姜献峰，马亚良，孙 毅?逆向工程误差剖析与质量控制? 浙江工业大学
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