浅谈逆向工程技术.pdf

专题 先进测量技术 www moul d - n n et 浅 谈 逆 向 工 程 技 术 向国 玲 ( 永 州职 业 技 术 学院 ，湖南 永 州 ，4 2 5 0 0 0 ) 摘要：逆向工程技术是根据已经存在的实物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。本文简单介绍了逆向工程技 术的概念 ，实施原理 ，常用 的软 件以及它在 工业 制造领域的实 际应用 。 关键 词 ：逆 向工程技 术 。实 施原理 ，软 件 。应用 The s i m p l y t a l ks a bo ut t he r e ve r s e e ng i ne e r i ng X i a ng Guo。- l i ng ( Yo n g Zh o u Vo c a t i o n a l Te c h n i c a l Co l l e g e ，Hu n a n Yo n g z h o u ，4 2 5 0 0 0 ) Ab s t r a c t ：Re v e r s e e n g i n e e r i n g i s t o i n t r o d u c e t h e c o u r s e o f t he p r o d u c t s d e s i g n d a t a ( i n c l u d i n g d e s i g n d r a wi n g o r ma t h e ma t i c a l mo d e 1 )b a c k wa r d a c c o r d i n g t o t h e e x i s t i n g ma t e ria l o b j e c t mo d e 1 Th i s t e x t i n t r o d u c e s t he c onc e pt o f r e ve r s e e ng i ne e r i ng b rie fly ，i m p l e m e nt t he p r i nc i p l e ，c o m m o nl y us e d s of t wa r e a nd i t s p r a c t i c al a pp l i c a t i o n i n t he fie l d o f i n dus t ria l m a nu f a c t uring Ke y wor ds ：Re v e r s e e ng i ne e r i ng； I m pl e m e n t t he princ i pl e； S of t wa r e；Appl i c a t i o n - _一l 征 1前言 瞬息万变 的产 品市场 中 ，能否 快速地 生产 出合 乎市场 要求的产 品就 成为企业 成败 的关键 ，而 往往我们 都会遇到这 样难题 ，就是客户给 你 的 只 有一个 实物样 品或模 型，没有 图样或C A D 数据档 案 ， 工 程人 员没 法得 到准 确 的尺 寸 。如 果要 制造 模 具就 更 作 者 简 介 ： 向 国 玲 ，女 ， 1 97 4 年 生 ， 湖 南 永 州 人 ， 讲 师 ，本 科 学 历、 学 士 学 位 ，主 要 研 究 方 向 为 机 械 设 计 与 模 具 CAD。 为烦 杂 ，用传 统 的雕 刻方 法 ， 时间长 而效 果 不佳 ，这 时候 你 就需 要一 个 一体化 的解决 方案 ：从样 品到数 据 再到 产 品 ，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 。 逆 向工程 是 以专 案 方 式执 行 一模 型 的仿 制 工作 。 往往 拟仿 制 的产 品没 有原 始 设计 图档 ，而 是委 托单位 交付 件 样 品或模 型 ，如 鞋模 、 高尔 夫杆 的球 头 、玩 具 、电器 外壳 结 构等 ，要 求制 作单 位 复制 出来 。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 比一等 比例 的模 具 ，再 进行 量产 ，这 种方 法称 2 0 1 1 年 第8期 ( 总第 1 2 3期 )WWWMOU L D C N N E T模具工程53 先进测量技术 为类 比式 复制 ，无法建 立 工件尺 寸 图档 ，也 无法做 任 何 的外 形修 改 ， 已渐渐 地 为新型 数字化 的逆 向工程 系 统所取 代。 2逆向工程技术的概念 逆 向工程( R e v e r s e E n g i l i e e r i n g ， R E )是对 产 品设计 过程 的一种 描述 。是相 对于 现在 的正 向工程 而 言，正 向工程 就是 我们先 设计 有 图纸 ，然 后按 图纸 加 工 出产 品实物 ，而逆 向工 程是 以 目前 已有 的实 物通 过 三 维激光 超数及 逆 向软件 处理 ，还 原为 电脑模 型 ，并 且可 以修改和改进 。 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 入到制 造流程 中，完成 产 品的整 个设计 制造 周期 。这 样 的产 品设计过程 我们称 为 “ 正向设计 ”过程 。 逆 向工程产品设计可 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。从这个意义上说 ，逆 向工程 在工 业设 计 中的应用 已经 很久 了 。早期 的船舶 工业 中 常用 的船体 放 样设计 就是 逆 向工程 的很好 实例 。随着 计算 机技 术在 制造领域 的广 泛应 用 ，特 别 是数字 化测 量技 术 的迅 猛发 展 ，基 于测 量数 据 的产 品造 型技 术成 为逆 向工程 技术 关注 的主要 对象 。通 过数字 化测 量设 备 ( 如坐标测量机 、激光测量设备等)获取的物体表 面的 空间数据 ，需要利 用逆 向工程 技术 建立产 品的三 维模 型 ，进而利用 C A M 系统完成产 品的制造 。因此 ，逆 向工程 技术可 以认 为是 将产 品样件 转化 为三维 模 型的 相关数字化技术和几何建模技术 的总称 。 逆 向工程 的实 施过 程是 多领 域 、多 学科 的协 同过 程。从实践中我们可 以得 出，逆向工程的整个实施过 程包括 了从测量数据采集 、处理到常规C A D C A M 系统 ， 最终 与产 品数据管 理系统 ( P D M 系统 )融合 的过程 。工 程的实施需要人员和技术 的高度协 同、融合 。 3逆向工程实施原理 逆 向工程在C A D C A M 系统 中的作用 ：逆 向工程技术 不是一个孤 立的技术 ，它 和测量技术及现 有C A D C A M 系 统有 着千 丝万缕 的联 系 。但 是在 实 际应用 过程 中 ，由 5 4 模具工程 w wwM O U L D C NN E T 2 0 1 1 年 第8 期 ( 总第 1 2 3 期 于大 多数 工程 技术人 员对逆 向工程技 术不够 了解 ，将 逆 向工程 技术 与 现有C A D C A M 技 术等 同起 来 ，用现有 C A D C A M 系统的技术水平要 求逆 向工程技术 ，往往造 成 人们对逆 向工程技术的不信任和误解 。 从理 论角度 分析 ，逆 向工程 技术 能够 按照 产 品的 测量数据重建 出与现有C A D C A M 系统完全兼容的三维 模 型 ，这是 逆 向工程 技术 的最终 实现 目标 。但 是我 们 应 该看 到 ， 目前人 们所 掌握 的技 术 ，包 括工程 上 的和 纯 理论 上 的 ( 如 曲面建 模理 论 )，都还 无法满 足这种 要 求 。特 别 是针对 目前 比较流 行 的大规模 “ 点云 ”数 据 建模 ，更是远未 达到可 以直接 在C A D 系统 中应用 的程 度 。因此 我们认为 ， 目前逆 向工程C A D 技术与现 有C A D C A M 系统 的关系 只能是一种相辅相 成的关系 。现有C A D C A M 系统经过几十年的发展，无论从理论还是实际应用 上都 已经 十分成熟 ，在这 种状况下 ，现有C A D C A M 系统 不会 也不可 能 为 了满 足逆 向工程 建模 的特殊 要求变 更 系统 底层 。另 一方面 ，逆 向工程 技术 中用 到的大量 建 模方法完全可 以借鉴现有C A D C A M 系统 ，不 需要 另外搭 建 新平 台 。 基 于这种 分 析 ，我们 认 为逆 向工程 技术 在整 个制 造 体系 链 中处于从 属 、辅助 建模 的地位 ，逆 向工程技 术可以利用现有C A D C A M 系统，帮助其实现 自身无法完 成 的工作 。有 了这 种认 识 ，我们就 可 以明 白为 什么逆 向工程技 术 ( 包括 相应 的软件 )始 终不 是市场 上的主 流 ，而 大多数C A D C A M 系统又均包含逆 向工程模块或第 三方软件包这样一种情况 。 4 逆向工程技术的常用软件 逆 向工程技术 中的常用软件 目前 比较著名 的有 ： ( 1 ) G e o m a g i C ( 美 国R a i n D r o p 公司 的)逆 向工程软 件 ，具 有丰 富 的数 据 处理手 段 ，可 以根 据测 量数据快 速构造 出多张连 续的 曲面模 型。 ( 2 ) I m a g e w a r e 作 为U G N X 中提 供 的逆 向工程 造型 软 ，可 以处理 几万 至几 百万 的点云 数据 。根据 这些 点 云数据 构造 的A 级 曲面 ( C L A S S A )具有 良好的品质和 曲 面连续 性 。I m a g e w a r e 的模型检测 功能可 以方便 、直观 地 显示所 构造 曲面 模型 与实 际测量 数据之 间 的误 差 以 及平面度 、真 圆度等几何 公差 。 ( 3 ) C o p y C A D ( 英 国D E L C A M 公司系 列产 品)，主要 处 理测量 数据 的 曲面造 型 。D E L C A M 的产 品涵盖 了从设 计 到制 造 、检 测 的全过 程 ；包括 P o w e r S H A P E 、P o w e r - M I L L 、P o w e r I N S P E C T A r t C A M 、C o p y C A D 、 P S - T E A M 等 诸 多软 件产 品 。C o p y C A D M 系列 中 的其 它 软件可 以很好 地集成 。 ( 4 ) R a p i d F o r m ( 韩 国 I N R S 公司开 发 )逆 向工程 软 件 ，主 要用 于 处理测 量 、扫 描 数据 的 曲面建 模 以及 基 于c T 数据 的 医疗 图像建 模 ，还 可完 成 艺术 品 的测景 建 模 以及 高 级 图形 生成 。R a p i d F o r m 提 供一 整 套模 型 分 割 、 曲面 生成 、 曲面检测 的工 具 ，用 户 可 以方 便地 利 用 以前 构造 的 曲线 网格 经过 缩放 处 理后 应用 到 新 的模 型重构过程 中 。 以 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 件均 是 国外 的。 国 内 在逆 向工程 软件 方面 虽然 也 有研 究 ，但 是主 要 集 中在 儿所 高校 。其 中以清 华大 学 、浙 江大 学 、南 京航 空航 天大 学在 这 方面 的研 究 比较 深入 ，这 些研 究 成 果也 有 一 些 以软件 产 品形式 出现 ， 由于 系统 稳 定性 、 可操 作 性等 方 面 的原 因，这 些研 究 性软 件还 没 有完 全 具各 与 国外商业化软 件竞争 的条件 。 由国 内逆 向工程 领域专业人 士参与开 发的逆 向工程 软件O u i c k F o r m 是国 内逆 向工 程软 件 中较 好 的一个 。 该 系统 采用 先进 的几 何 引擎 ，运 行稳 定 性好 ，具有 良 好 的可 操作 性 。 由于开 发人 员具 有丰 富的逆 向工程 实 施经 验 ， 因此系 统 中 的功能 设置 、操 作 方式 符 合 国 内 用户 的习惯 ，这是 国外 软件所无 法具备 的 。O u i c k F o r m 的另一 个优势 是价格优 势，O u i c k F o r m 的价格在 同类 软 件 中具 有极 强 的竞争 力 。 同时 ，使用 国产软 件 也是 对 国内制造业和 软件行业 的支 持 。 5逆向工程在工业制造领域的实际应用 逆 向工程在工 业制造领域 的实 际应用 主要包括 以下 几个方面 ： ( 1 )对产 品外形 美学 有特 别要 求 的领 域 ， 由于 设 计 师 习惯于 依赖 3 D 实物 模型 对 产 品设计 进行 评 估 ，因 此产 品几何外 形通常 不是应 用C A D 软件 直接 设计 的而是 首 先制 作 出全尺 寸 的木质 或 粘土 模 型 ，然后 利 用逆 向 工程技术 重建产 品数字化模 型 ； ( 2 )当设 计需经 实验 才能 定型 的件模 型 时，通 常 采用逆 向工程 的方法 ； ( 3 )损坏或磨损零件 的还原 ， 以便修复或重 制； ( 4 )产 品的检测 ，例 如检 测分析 产 品的变 形 ，检 测焊 接质 量 等 ， 以及 对加 工 产 品与三 维 数字 化模 型 之