1、逆向工程及其应用一、什么是逆向工程随 着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成 为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组 成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用 CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是 在这祥的背景下产生的。逆 向工程 RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，是对产品设计过程的一种描
2、述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个 从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转人到制造 流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产晶设计过程珊们欢去“正向设计”过程。逆 向工程产品设计过程如图一所示，可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括 设计图纸或数字模型)的过程;它针对现有的工件(样品或模型)利用 3D 数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后， 传至一般的 CAD/C
3、AM 系统.再由 CAM 软件产生刀具的 NC 加工路径送至 CNC 加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出 来。逆向工程在某些方面很像我们常说的“仿制”;可以说，在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程将大有用武之地。二、逆向工程系统的组成从 逆向工程流程图可以看出，逆向工程首先须使用精密的量测系统将样品的三维轮廓尺寸快速地测量出来，然后依据得到的数据做出曲面造型及加工。故建立一套完整 的逆向工程系统，须要下列基本配备:1、测量机(也称抄数机)2、点群数据处理软件，即逆向工程软件，玉 CAD/CAM/CAE 软件，,4,CNC 机 床，5、快速成型机或塑料射出成
4、型机、轧出机、饭金成型机等。常用的测量机有:三维激光扫描机、三座标测量机、多轴关节式机械臂等。其中。三维激光扫描机：属于非接触式测量，具有测量速度快，可测量柔软物体，不会损坏工件表面等优点;但测量精度较低，一般 10-100m。多用于自由曲面的立体造型。二座标测量排:属于接触式测量，精度较高，但测量速度慢，受接触力影响较大;一般多用于精密量。台 湾智泰公司生产的三维激光扫描机，它由激光探头、工作台和控制柜组成，激光探头是扫描机的关键部件，它包括两个 CCD(光电偶合)传感器和一个半导体激光 器；工作台具有三个线性位移和一个旋转运动，采用闭环控制，定位精度可达 0.003mm，它带动 CCD 探
5、头做逐行扫描，可扫描 800800600mm 的模型或工件；控制和系统采用开放式结构，工控机内插有图像采集卡；利用激光刀对物体表面进行扫描，由 CCD 摄像机采集被测表面朱我刀曲线，然后计算机根据空间三角法测量原理，最终计算出物体表面的三维几何数据，扫描精度为0.05mm。然后以.asc 格式保存，供逆向工程软件处理。逆 向工程软件主要完成点云处理、曲线处理和曲面处理三项功能，它的作用是接收来自测量设备的产品数据，通过一系列的编辑操作，得到品质优良的曲线或曲面模 型，并通过标准数据格式将这些曲线曲面数据输送到现有CAD/CAM 系统中，在这些系统中完成最终的品造型。用于逆向工程的软件包括两大类
6、：一类是用于处 理测量得到的点云的逆向工程软件，另一类就是用于造型和数控编程的通用 CAD/CAM 软件；在实际应用过程中，由于大多数工程技术人员对逆向工程技术了解 不够，将逆向工程技术与现有 CAD/CAM 技术等同起来，用现有 CAD/CAM 系统的技术水平要求逆向工程技术，往往造成人们对逆向工技术的不信任和误 解。通常所 说的逆向工程软件，是专指用于进行点云的噪声滤除、补点、内插补、细线化、曲线建构、曲面建构、曲面修改等操作的软件，可以IGES, .DXF、STL 等多种格式输出，常用的有：UG/ImageWare(Surfacer)，它作为 UG NX 中提供的逆向工程软件，具有强大的
7、测量数据处理、曲面造型、 误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。ImageWare 的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际侧量数据之间的误差以及平 面度、真圆度等几何公差。CeoMagic 是美国 RainDrop 毓丽逆向工 fNC 软件，具有丰富的数据处理手段，可以根据测量势据快助造出多张连续的曲面模型。软件的应拜领域包括了从工业设计到医疗仿真等诸多方面。CopyCAD 是英国 DELCAM 公司系列 CAD 产品中的一个，主要进行测量数据的曲面造型:DELCAM 的产品涵盖了从设计到制造、检测的全过程。包括 PowerSHAPE,PowerMIL L;Power
8、INSPECT, ArtCAM,CopyCAD、PS-TEAM 等诸多软件产品作为系列产品 的一部分，CopyCAD 与系列中的其他软件可以很好地集成。以上介绍的是目前较常见的逆向工程软件在国内能够见到的商品化的逆向工程软件基本上均是国外的。三、逆向工程技术的应用逆 向工程的应用模式主要包括:L 给定产品样品，如家电的外壳、铸件等，采用逆向工程的手段，获取它的三维 CAD 模型、绘制产品图纸，完成产品的数榨编程及樟 具设计，也就是人们常说的“产品仿制”；2、先用石膏等造型材料，按一定比例设计出产品的外形，然后，采用逆向工程的手段，获取它的三维 CAD 模型，这就 是所谓的“工业产品设计“；3、
9、测量产品的三维点云，与CAD 模型进行比较，分析产品的制造误差，即产品检测。从逆向工程的概念和技术特点以看出，逆向工程的应用领域，主要是飞机、汽车、玩具、 电子业、鞋业、艺术品翻制、铸模、人造皮革和家用电器等与模具相关的行业；近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼、美容 等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。山东大学是省内最早从事逆向工程研究的单位之一，山东大学机电工程实验室通过逆向工程技术完成的部分 产品的三维造型。由 于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具并反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字
10、模型生成加工 程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是以生产各种汽车、玩具配套件的址区、企业有着十分广阔的应用前景。这些地 区、企业经常需要根据客户提供的样件制造出模具或直接加工出产品。在这些企业，测量设备和 CAD/CAM 系统是必不可的，但是由于逆向工程技术应用不够完 善，严重影响了产品的精度以及生产周期。因此，逆向工程技术与 CAD/CAM 系统匡结合对这些企业的应用有重要意义。这一点我们在多年的技术服务过程中深 有体会。一方面各个模具企业非常欢迎在企业推广逆向工程技术，在另一方面又苦于缺乏必要的指导和合适的软件产品。这种情况严重制约了逆向工程技术在模
11、具行 业的推广。与 CAD/CAM 系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为工程技术人员所了解只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但逆向工程技术广泛 的应用前景已经为大多数工程技术人员所关注，这对提高我国模具制造行业的整体技术含量，进而提高产品的市场竞争力具有重要的推动作用。四、结论本 文简要论述了逆向工程技术的基本概念和发展，列举了主要的逆向工程设备和应用软件，分析了逆向工程技术的特点，对逆向工程技术和现有CAD/CAM 系统的 关系进行了较全面的介绍和总结。结合我们的实践经验.介绍了逆向工程技术的应用领域;由于逆向工程是一门较新的高技术，无论是测量设备，还是应用软件都还 存在一些不很完善的方面，能够熟练掌握、应用这门技术的技术人员还不是很多，急需开展这方面的培训和普及工作。目前，我国正在成为世界制造中心，而我省也 正在打造山东半岛制造基地，可以预见到逆向工程技术在我国，特别是在我省，将会有具大的发展前景。
