摘 要

逆向工程是在没有工程图纸的情况下，对实体模型进行测量，通过对测量信息的分析以及处理来构造其CAD模型的过程，及由实体模型反向求出设计模型，也称反向工程。在现代工业的许多领域中，都需要创建已经存在的物体的计算机几何模型，但往往又没有现成的这类几何模型，所以，就需要通过实体模型来生成计算机模型。

对于逆向工程实体模型数据采集有多种方式，本课题主要内容是运用三坐标测量系统采集数据，然后通过CATIA逆向建模软件导入点云数据，通过曲面建模重现实体模型的建模。建模完成后，应用3D打印技术将模型打印出来。最后通过对实体模型与计算机模型的部分数据测量，比较和分析两组数据，分析误差，实现对建模精度的评估。

关键词：三坐标，逆向工程，点云数据，三维打印

Reverse reconstruction of medical head mode based on three coordinate measuring system

ABSTRACT

Reverse Engineering is a method of measuring solid model and construct the CAD model without engineering drawings by measurement and analysis of measuring information. The design model is oppositely gotten by solid model, so it is called Reverse Engineering. In many fields of modern industry, it’s necessary to build a computer geometric model of exist object. However, there haven’t these ready-made geometric models. So, it’s needed to build computer model by solid model.

There are various methods to collect reverse engineering solid model data. This subject focus on collecting data by three dimensional measuring system, and then importing point cloud by CATIA reverse modeling software and reproducing modeling of solid model by surface modeling. When the modeling is finished, the model will be printed by 3D print technique. Next, by the measurement of partial data of solid model and computer model, comparing these two sets of data and analyzing the errors .Finally assessing the modeling accuracy.

Key words: three dimensional, Reverse Engineering, point cloud, 3D print

目录

1 绪论 1

1．1研究背景及意义 1

1.2课题研究内容 1

1.3 国内外统逆向工程分析现状 2

1.3.1国外逆向工程的发展状况 2

1.3.2 我国逆向工程分析现状 3

1.4逆向工程技术主要研究内容和关键技术 3

1.4.1 逆向工程技术主要内容 3

1.4.2关键技术 4

1.5 逆向工程测量系统 5

1.5.1 CMM接触式测量 5

1.5.2 CMM非接触式测量 7

1.6本章小结 8

2 医用头模点云数据的采取 9

2.1三坐标测量仪的介绍 9

2.1.1 坐标测量机的基本组成 9

2.1.2 测量机主机的几种结构形式 10

2.1.3 活动桥式测量机的构成及功能： 11

2.1.4 控制系统的功能 12

2.1.5 测座、测头系统 14

2.1.6 计算机和测量软件 14

2.2数据测量 15

2.2.1进入PC-DMIS 测量软件 15

2.2.2 校验测头 16

2.2.3测头校验的步骤 17

2.2.4 定义加长杆和测头 18

2.2.5 定义测针 19

2.2.6 添加测头角度 19

2.2.7 测头校验 21

2.2.8 观查校验结果 24

2.3头模的固定 24

2.4坐标系的建立 25

2.4.1坐标系的定义 25

2.4.2建立坐标系必要性 26

2.4.3建立坐标系的三个步骤 26

2.4.4设置原点 28

2.4.5测量取点 28

2.4.6文件的导出 30

2.5 本章小结 32

3 基于CATIA的头模曲面三维重建 33

3.1引言 33

3.2 CATIA的简介 33

3.3 建模的过程 34

3.4 建立实体模型 39

3.5 本章小结 40

4 三维打印与建模精度的评估 42

4.1三维打印 42

4.2头模打印过程 43

4.2评估建模精度 45

4.2本章小结 46

5 总结与展望 47

5.1总结 47

5.2展望 47

致谢 48

参考文献 49

1 绪论

1．1研究背景及意义

逆向工程产生于20世纪80年代末至90年代初期，从广义上，逆向工程可以分为实物逆向、软件逆向和影像逆向三类。目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向重构上，也就是产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，简称“实物逆向工程”。逆向工程也称反求工程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据的过程。在产品设计时，如果客户给出的只是实物模型而没有产品原始图纸、文档或CAD模型数据， 需要通过对已有产品实物进行分析与测量，重新得到制造产品所需的几何模型和特性数据，即对其进行数字化处理，使之能利用CAD、CAM、RPM、PDM及CIMS等先进技术进行处理，形成三维模型，并最终复制出已有产品。也可以在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，这样的过程就称为逆向工程。逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及数控加工等多个环节。其中快速反求是从实物原型到三维数字模型的转换，是反求工程技术实现的关键技术，它包括数据测量、数据处理、三维重建和模型评价四部分^[1]。

1.2课题研究内容

本课题拟基于三坐标测量系统，进行医用头模的三维重建研究。课题研究内容包括：

（1）与课题合作单位南京医科大学共同采集一例医用头模；