逆向工程实验报告.docx

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逆向工程实验报告

逆向工程技术实验报告

姓

名：

XXX

学

号:

XXXXXX

指导老师：

XXX

专

业：

XXXXX

2012年12月

弓I言：

20世纪90年代，随着计算机技术和三维测量技术的飞速发展，逆向工程成为研

究的热点，它除了应用到几何测量、产品复制、新产品开发、几何造型等制造领域，还广泛应用于医学、地理、考古等新领域的图像处理和模型恢复。

STL文件格式是一种用三角片表

达实体表面数据的数据交换文件，在逆向工程中是三维测量设备数据输出的主要文件格式之一由于STL文件格式简单、容易读取和显示，它成为从三维数据测量到CAD几何造型过程中十分重要的数据交换文件，同时也是快速原型制造事实上的标准。

许多基于STL文件的应用

在不断的扩展，如直接利用STL文件生成有限元网格、从STL直接生成加工轨迹等.随着三维测量设备在测量效率、精度等方面的突破，目前已经可以在很短的时间内采集上百万个采样数据点，如德国GOK公司的ATOSII激光测量仪可以在7s内采集130万个数据点，生成的STL数据文件的尺寸从几兆到上百兆不等，并且还随着用户需求精度的提高在不断的增长。

如此日益庞大的STL数据的拓扑重建，采用通常遍历的算法将耗费几十分钟甚至几十小时，这成为逆向工程后续研究必须要解决的瓶颈。

在逆向工程中，光学测量已经成为获取模型数据的主要方法。

这种测量方法的特点是能

在短时间内采集大量的数据点，这些数据通常被保存为STL格式的文件。

但是在STL文件中存储的三角片及其顶点的信息又处于无序排列状态，直接使用只能得到其中单个三角片的信

息，无法建立该三角片和相邻的其他三角片之间的联系，因此必须重建拓扑信息后才能在后

续工作中使用。

在STL文件中所列出的顶点数恰好是面片数的3倍。

平均每个顶点的坐标被重复地给出

了几乎6次，所以数据的冗余现象非常严重，如果仅仅是简单地照原样提取数据，就会不必

要地占用大量地计算机资源，降低计算速度，同时也无法有效地对模型进行错误诊断和修复，使得后续的处理计算量增大。

因此如何滤除冗余现象是拓扑重建的关键。

实验简介:

通过ATOS三维光学扫描仪进行工件表面测量，掌握基本的测量方法、数据处理以及利用测量的三维数据实现工件的模型重构；了解快速成型机

的工作原理，掌握快速成型机的主要参数设置，进行基于STL文件的零件快速

原型制造。

设备：

德国GOM公司的ATOS流动光学三维扫描仪

德国GOM公司的ATOS流动光学三维扫描仪是一种带有两个CCD摄像机和一个中央投影单元并且可以配合高分辨率数码照相使用的光学三维测量系统，其中中央投影单元部分配备了一个白色的投射灯泡和一个可规则滑动的复杂光栅。

其测量原理基于光栅投影式的原理，如图1所示，即中央投影单元的投射

灯泡将连续投影11种不同间距的光栅到被测工件表面，光栅整体的移位量被CCD镜头记录下来，利用三角测量的原理，经过数码影像处理器分析计算相位的变化，精确计算出每一个像素点的3D坐标值，获到实物表面数据，实现三维扫描高速化。

ATOS的单幅照片可扫描点数最大可达400,000个点，单幅照片精度为±）.03mm，整体测量精度小于0.1mm/m。

设备原型如图2所示。

图1测量原理

图2Atos测量设备

TRITOP系统（数字照相测量系统）

Atos针对某些特殊的需要，例如1）扫描工件很大的工件，如果按照上述方法扫描，从第二张照片开始必须每次计算新的参考点坐标，计算量和累积误差会

越来越大。

这时对每一测量区域首先使用TRITOP系统，即对贴上参考点和数码点的飞机表面进行拍摄，获得被测飞机整个表面参考点的坐标，使得每个参考点都是已经定义过的参考点。

如此可以有效消除单幅照片需要计算新的参考点所带来的累积误差，而且极大提高了测量的效率；2）在某些情况下，仅仅需要获得

工件表面上几条控制线的信息，可以使用TRITOP系统，直接拍摄参考点，计算参考点的坐标值。

TRITOP系统组成如图3所示。

1）1200万像素的数码相机；2）标尺（提供特定标把之间的固定距离，以此为基准计算其余标把的位置和工件的大小）；3）标把（贴在工件表面，基于TRITOP的编码确定相机的空间位置，对工件进行参考点空间位置的计算）；4）参考点

图3TRITOP系统

TRITOP主要是用数码相机对工件表面进行拍摄，然后将照片输入TRITOP

系统自动计算完成。

如图4所示，拍摄时应由高到低，逐步拍摄，形成一完整的

“相机包围圈”。

具体操作时必须注意以下几点：

1）前四张照片必须按照如图5所示，对同一工件表面，保持同样的高度，转换相机的位置进行拍摄；

2）拍摄的每张照片中必须包含5个可识别的标把；

3）参考点的曝光不能过亮或过暗；

4）每个参考点至少在三张照片中出现过；

5）拍摄过程中不能改变相机的任何设置（如光圈、快门、闪光灯等）

6）在应用TRITOP软件时必须正确设置标尺和标把的参数。

实验步骤:

本次造型主要使用Proe逆向模块——小平面特征。

1.造型前的准备

打开PROE5.0，修改工作目录到相应文件夹，新建一个零件，键入文件名，取消选中“使

用缺省模板”复选框，选择mmns_part_solid选项。

2.输入点云数据

单击菜单栏的“插入”/“小平面特征”命令，在弹出的“打开”对话框中选择并打开

要输入的点云数据，如下图：

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单击“输入选项”对话框中的“确定”按钮，系统以默认坐标系将点云数据调入到小平面特征工作区域。

关闭“信息窗口”，结果如图所示：

“灵敏度”为0.6，单击“预览”按钮，所有界外点以红色显示。

单击“确定”按钮，所有界外点被删除。

击“确定”按钮，操作完成。

设定“示例百分比”为50,单击“确定”按钮，点数量减少一半，如下图:

单击“确定”按钮，如下图:

单击工具栏中的“保存“按钮，在弹出的对话框中输入文件名，选择格式为PTS,如图,

单击"确定”按钮，数据自动保存到工作目录下。

4.包络处理

结果如下:

单击工具栏中的“包络”按钮，系统将对处理过的数据点进行三角平面处理,

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5.小平面粗调

单击工具栏中的“精调”按钮

，进入小平面精调阶段。

用矩形框选取破洞边缘小平

面，单击工具栏中的“填充边”按钮，进行填充。

6.小平面精调

Hh

单击工具栏中的“按长度选取”按钮’，对话框中单击“选择”按钮，选取任意两

个小平面顶点，系统将计算选取的小平面顶点的距离，计算的值则显示在“长度”文本框中。

在“按长度选择”对话框中单击“确定”按钮后，任意的长度等于或大于此“长度”值的小三角形平面将会被选取并加亮显示。

结果如下图：

利用“删除小平面”命令删除模型中其余需要删除的小平面，是整个小平面特征在棱角

处尽量光顺。

单击“选取”按钮，选中上面所示的破洞，预览后单击“确定”按钮，破洞被填充了。

单击工具栏中的“分样”按钮在弹出的对话框中设置“保持百分比”为50%单击

确定按钮，如下图：

单击工具栏中的“矩形框选”按钮，拖动素表选中如图所示的小平面区域，单击工具栏

中的“精整”按钮丄，在弹出的对话框中选择3X分舱，固定边界，单击“确定”按钮，

局部精整完成。

单击工具栏中“集管”按钮，设定“集管类型”为打开式，单击“确定”按钮，操作完成，单击工具栏中的“确定”按钮，完成。

实验评价及建议:

通过本实验已经能够初步掌握逆向工程技术，在实验过程中已经初步掌握了Atos光学

测量仪的使用方法，通过对实体物件的测量，已达到了理论与实践相结合的目的。

通过此次

实验，使我们对Atos光学测量仪的测量原理有了更深的理解和掌握，同时也一定程度上掌握了测量软件的使用。

另外做实验时，为了在规定的时间内高效的完成实验，并达到预期的结果，在课前进行了相关知识的学习。

特别的感谢，卫炜老师的悉心指导使我受益颇丰。