Ξ收稿日期:2008-05-09
基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033
.作者简介:崔秀梅(1981—,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、
CAD\CAE\CAM
技术研究.
逆向工程中的数据采集技术
Ξ
崔秀梅,冯文杰
(重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050
摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391
文献标识码:A
文章编号:1671-0924(200808-0014-03
StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineering
CUIXiu 2mei,FENGWen 2jie
(ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050 ,China
Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandm easuringma 2
chineinreverseengineering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasurin gmachinesused
inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidel yusedin
automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedina utore 2
verseengineeringsoastorealizecost
2efficient,short 2cycledandhighqualityreversedesign.
Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation 随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立[1].数据采集是逆向工程的首要环节,是反求建模的理论依据.采集数据的精度和速度直接影响产品的质量和开发效率等.准确、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是逆向工程的一项关键技术.数据采集技术随着逆向工程的广泛应用不断发展,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等[2].如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集.
1测量机
测量机按测量方式主要分为接触测量、非接
第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学
JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience
2008年8月Aug.2008
触测量2种方式.随着数据采集技术的发展,接触式测量与非接触式扫描组合的数字化设备也在工程实际中开始应用.
1.1接触式测量机
传统的三坐标测量机(coordinatemeasuringma2 chine,CMM是接触式测量的典型三维数据采集仪器.在逆向工程应用的初期,CMM是实物三维数据采集的主要手段.按结构主要分为龙门式、水平臂式、桥式、关节臂式测量机等[3].
CMM工作过程由事先编号的程序或手动控制各坐标轴的运动,由数控装置发出移动脉冲,经位置伺服进给系统驱动移动部件运动,再由位置检测装置(旋转变压器、感应同步器、角度编码器、光栅尺、磁栅尺等检测运动部件实际位置.当检测头接触到被测工件表面时产生信号,读取各坐标轴位置寄存器值,经数据处理后得出测量结果.
三坐标测量机具有精度高、重复性好等优点,但测量速度慢,对微细部分的测量受限制,适用于精密测量.目前,英国雷尼绍(Renishaw公司、意大利DEA公司、美国的sheffield公司、德国Zess公司及Brownandsharpe等公司的三坐标测量机应用范围较广.
1.2非接触式测量机
随着市场的发展,汽车的更新换代速度日趋加快,其设计、改型速度也随之加快.在逆向工程中,传统三坐标测量机的采集速度显然不能满足要求,非接触式测量机有采集速度快、数据密集等优势,在数据采集中发挥了重要的作用.
非接触式测量机主要有光学、声学和磁学测量机,无需与被测样件接触就能获取数据.光学测量机是汽车工业中应用最广泛,技术最成熟的一种非接触式测量机.其采用的光学测量法主要有结构光法、激光三角形法、激光测距法、干涉测量法、图像分析法等.最常用的是激光三角形测量法,激光扫描三角法的原理是:采用激光作为光源,照射到被测物体上,利用CCD接受漫反射光成像点,根据光源、物体表面反射点和成像点之间的三角关系,计算出表面反射点的三维坐标.激光扫描三角法的最大
特点是速度快且不与被测工件表面接触,数据点密集,因此特别适合于测量大尺寸且具有复杂外部曲面的零件.德国Steinbichler公司的Comet光学系统和德国COM公司的Atos光学测量系统,采用线结构光相位移动投影获得被测表面的三维数据,是目前使用广泛的光学测量设备.
1.3复合型测量机
部分测量将接触式测量与非接触式扫描并用,在同一台机器上实现激光扫描和接触扫描相结合,解决了一般激光扫描不能扫描二维轮廓的问题,且保证一定精度
[4].如FARO公司的便携式多关节三维测量臂及扫描系统、美国德力的CIM2 CORE激光扫描系统等.
2汽车逆向工程的数据采集
2.1汽车整车外部数据采集
整车的初步控制尺寸,如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距等,测量时使用水平臂式三坐标测量机.图1为中测CLY-N(电动系列水平臂三维测量机,其测量范围:长度5m以上,宽度、高度2m以上,测量精度在0.02mm以内,足以满足测量需要.目前,有些研究采用机器视觉系统进行车身数据测量,这种方法受系统测量范围的影响,需将多视数据拼合,影响了测量精度,不利于数据采集及整车坐标系的建立.
图1水平臂式三坐标测量机
2.2汽车静态参数测量
汽车静态参数,如前悬、后悬、前、后风窗位置及倾角、前围板位置、发动机高度、地板高度、座椅布置、操纵机构布置,以及内部空间的控制尺寸等.部分静态参数可以在测量汽车车身数据时,利用水平臂式三坐标测量机进行测量.对于难以通
51
崔秀梅,等:逆向工程中的数据采集技术
过水平臂式三坐标测量机测量的数据,可以使用柔性的关节臂式三坐标测量机测量数据,随测量需要移动测量机,最终将数据统一到同一坐标系
下,确保数据的一致性.目前应用较广的是美国FARO公司的便携式多关节三维测量臂系统,其测量臂具有重量轻、高硬度、柔性好、抗弯曲性强等特点;测量手柄使用灵活方便,对于边界、拐角处理灵活.
2.3白车身数据扫描
白车身是指将整车用显像剂等喷白处理后的车身[5].对于白车身数据地采集,大多使用非接触式测量方法.非接触式测量法最重要的优点在于测量速度快、效率高、采集数据密集.对于精度要求不高的大型覆盖件,非接触式三坐标测量机是最佳选择,可以大大缩短开发周期、降低开发成本.
目前应用最广泛的扫描白车身的非接触式测量机主要有德国的ATOS光学扫描系统、德国Steinbichler公司的COMET三维扫描设备.这2种测量机均采用可见光,将特定的光栅条纹投影到测量工件表面,借助2个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照,利用光学拍照定位技术和光栅测量原理,可在极短的时间获得工件表面的完整点云[6].这2种三坐标测量机都能满足白车身数据采集的基本要求,只是在扫描出的点云效果及软件的拼接功能上有所差异,但2种非接触式测量机价格成本都较高,选择时应综合考虑.由于设备购置昂贵,使用成本较高.
2.4汽车零部件扫描
对于大型汽车零部件扫描,可以使用ATOS、COMET
等三维扫描设备,数据采集速度快、效率高.对于外形复杂的汽车零部件扫描,建议使用关节臂式的三坐标测量机,这种测量机柔性较好使用更灵活方便,对于边界、拐角处理比ATOS、COMET等三维扫描设备更灵活[7].目前应用较多的是美国FARO公司的便携式多关节三维测量臂及扫描系统(如图2、美国德力的CIMCORE
激光扫描系统.这种两种测量机都是将接触式测头与激光扫描头结合使用,对于关键特征使用接触式测头测量,对于曲面使用激光扫描头扫描,最终将数据统一到同一坐标系下,对于复杂曲面零件扫描非常有优势.只是FARO的接触式测头和非接触式测头可以自由切换不必重新安装,CIMCORE 的扫描测头和接触测头互换时必须重新安装.
图2FARO测量臂系统
2.5
汽车零部件精密测量
需要精密测量的汽车零部件,不能使用以上的非接触式测量机,必须使用接触式三坐标测量机,以保证测量精度.由于三坐标测量机精度的影响因素很多,硬件方面三坐标测量机的结构、材料、驱动系统、光栅尺等各个环节对三坐标测量机精度都有影响;软件方面机器误差补偿及温度、湿度的补偿能力等对三坐标测量机精度的影
响较大.因此高精度的三坐标测量机必须使用高精度的部件,价格也相应较高.在选用三坐标测量机时,应按精度、测量范围等需求适当选择,合理利用资源.一般可根据被测工件要求的精度与测量机给定的测量不确定度相对比,选择精度适合的测量机.对于中等尺寸的工件,多采用移动桥式;对于小型工件,多采用活动桥式(如图3、悬臂式等;对于大型工件,则多采用龙门式;对于需回转测量的工件,可选用带分度台的测量机.
图3活动桥式三坐标测量机
(下转第21页
61重庆工学院学报
2005第3阶段限值要求,2#Fuel与1#Fuel的排放结果相比,THC排放增加,NO x,CO和PM排放降低.
柴油中的硫约有98%在燃烧过程中转化为SO2,其余2%转化为硫酸盐,成为PM 的一部分.柴油中的硫在燃烧过程中先被氧化为SO2,部分SO2被继续氧化为
SO3,SO3与排气中的水结合生成H2SO4,H2SO4与部分金属磨损物反应成为硫酸盐,成为PM中的一部分.硫除了在燃烧过程中生成硫酸盐固体,使PM数量增加外,其中间产物还能够催化未燃碳氢的裂化,生成碳烟,使PM总量增加.试验表明,硫含量越高生成的颗粒物排放也越高.
4结束语
柴油质量对柴油机排放具有明显的影响.随着柴油十六烷值的增高,CO、NO X排放会降低,但是THC排放会增加.柴油硫含量显著地影响PM 排放,柴油硫含量越低,PM排放越好.因此,为了降低柴油机的排放,满足未来更严格的排放法规,减少环境污染,改善生态环境质量,必须改善和严格控制柴油质量.
参考文献:
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[4]陈杰峰.柴油质量对NOx和PM排放的影响及控制措
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(责任编辑陈松
(上接第16页
3结束语
探讨了逆向工程中的数据采集技术,对测量机在汽车逆向工程设计中的应用进行研究,给出汽车数据采集的选用测量机的建议,阐述的汽车逆向工程中使用的数据采集技术,经理论研究和实践是行之有效的.该技术的应用不仅可以缩短产品开发周期,而且可以提高产品质量,提高生产率,降低产品成本.
参考文献:
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(责任编辑陈松
12
王志伟,等:柴油质量对柴油机排放的影响
逆向工程及其关键技术 院（系）材料科学与工程 专业材料加工工程 学生 学号 2010年5月15日
逆向工程及其关键技术 摘要：随着现代制造业的迅速发展,反求技术在制造领域中的作用日趋重要。它作为一种新的产品设计思想和方法,已越来越广泛地应用于制造领域[1]。通过自动测量机对零件的扫描测量,得到点云,使用逆向造型设计方法,对其进行处理,得到实体模型后,通过工艺分析,生成加工程序代码,对零件进行数控模拟加工[2]。本文对逆向工程中的点云数据获得及输入、点数据的预处理、曲面重构及曲面分析方法进行了详细阐述。 关键字：逆向工程；曲面重构；点云；曲面分析 1 引言 在计算机技术飞速发展的今天,三维几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各个方面。热点模具网在当今市场经济瞬息万变的环境下,能否快速地生产出合乎市场要求的产品已经成为企业成败的关键。而往往我们都会遇到这样的难题,在没有二维工程图纸或三维CAD数据的情况下,工程技术人员没法得到准确的尺寸,制造模具就更无从谈起。另外一方面,随着测量技术的不断发展和对产品检测要求的提高,测量机也广泛地用于企业的质量检测部门。逆向工程成为满足这一需求的利器[3]。 2 逆向工程的系统及其关键技术 2.1 逆向工程的概念 逆向工程[4] (Reverse Engineering)也称反求工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行数据采集,根据测量数据进行计算机三维模型重建过程的总称。相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指按常规的从概念设计到具体模型,再到成品的生产制造过程。而反求工程是从现有的模型(产品样件、实物模型等)经过一定的手段转化为概念和工程设计模型,如利用三维坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构,或者直接将这些离散
逆向工程技术现状及发展前景 概念 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。 分类 从广义讲，逆向工程可分以下三类： 1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件或组件。 2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 工艺过程 逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。 (1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。 (2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。 (3) 模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。 逆向工程技术过程图解：
浅谈逆向工程技术 逆向工程（又称反向工程），是一种技术过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是，在不能轻易获得必要的生产信息下，直接从成品的分析，推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害，但是在实际应用上，反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域，如果怀疑某公司侵犯知识产权，可以用逆向工程技术来寻找证据。 需要逆向工程的原因如下： 1.接口设计。由于互操作性，逆向工程被用来找出系统之间的协作协议。 2.军事或商业机密。窃取敌人或竞争对手的最新研究或产品原型。 3.改善文档。当原有的文档有不充分处，又当系统被更新而原设计人员不在时，逆向工程被 4.用来获取所需数据，以补充说明或了解系统的最新状态。 5.软件升级或更新。出于功能、合规、安全等需求更改，逆向工程被用来了解现有或遗留软件系统，以评估更新或移植系统所需的工作。 6.制造没有许可／未授权的副本。 7.学术／学习目的。 8.去除复制保护和伪装的登录权限。 9文件丢失：采取逆向工程的情况往往是在某一个特殊设备的文件已经丢失了（或者根本就没有），同时又找不到工程的负责人。完整的系统时常需要基于陈旧的系统上进行再设计，这就意味着想要集成原有的功能进行项目的唯一方法便是采用逆向工程的方法分析已有的碎片进行再设计。 10.产品分析：用于调查产品的运作方式，部件构成，估计预算，识别潜在的侵权行为。 逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或X射线断层成像之类3D扫描仪技术进行尺寸测量，再通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D 虚拟模型的方法。逆向工程经常被用于军事上，在二战和冷战中经常被用到。 1980年开始，欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程领域。1990年初期，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段：2000年前，在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在2003年前技术成熟，广为业界引用。到2007年后，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。1998年，NEWPOWER启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于V模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。截止2011年，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。 逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域，它的特点是： 1、缩短产品的设计、开发周期，加快产品的更新换代速度； 2、降低企业开发新产品的成本与风险； 3、加快产品的造型和系列化的设计； 4、适合单件、小批量的零件制造，特别是模具的制造，可分为直接制模与间接制模法。
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/CAM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。
逆向工程技术的应用 仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应
用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。
Ξ收稿日期:2008-05-09 基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033 .作者简介:崔秀梅(1981—,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、 CAD\CAE\CAM 技术研究. 逆向工程中的数据采集技术 Ξ 崔秀梅,冯文杰 (重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050 摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(200808-0014-03 StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineering CUIXiu 2mei,FENGWen 2jie (ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050 ,China Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandm easuringma 2
chineinreverseengineering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasurin gmachinesused inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidel yusedin automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedina utore 2 verseengineeringsoastorealizecost 2efficient,short 2cycledandhighqualityreversedesign. Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation 随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立[1].数据采集是逆向工程的首要环节,是反求建模的理论依据.采集数据的精度和速度直接影响产品的质量和开发效率等.准确、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是逆向工程的一项关键技术.数据采集技术随着逆向工程的广泛应用不断发展,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等[2].如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集. 1测量机 测量机按测量方式主要分为接触测量、非接 第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学 JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience 2008年8月Aug.2008
摘要 与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。 逆向工程实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉与计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以与逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程CAD/CAM solidworks surfacer 反向工程、建模
目录 1 逆向工程简介 (1) 1.1逆向工程介绍............................. 错误!未定义书签。 1.2 逆向工程的应用 (3) 2 逆向工程应用实例 (6) 3 逆向工程的其他应用领域 (7) 参考文献 (8)
1 逆向工程介绍 1. 逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。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（包括设计图纸或数字模型）的过程。 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，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM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CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展
一、逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过图1所示的设计过程。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。 (2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 (3)损坏或磨损零件的还原。 (4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 二、逆向工程技术实施的条件 1.逆向工程技术实施的硬件条件 在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TAL YSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物——建立数学模型——CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状
逆向工程关键技术的研究 姓名:于海江 学号:1082000504 班级:10级5班 专业:车辆工程 沈阳理工大学研究生学院 2011年3月
摘要 逆向工程技术能够降低成本、缩短交货时间、提高产品质量，提高企业在市场中的竞争力，在产品开发中具有重要的作用。本文对逆向工程中的关键技术进行了深入的研究和探讨。 本文主要研究了逆向工程技术的三个关键环节:数据采集、数据处理和曲面重构。依据样件模型的外形特征，总结归纳了规划测量路径的策略，在对各种测量方法研究、对比和分析的基础上提出了数据采集方法选择的原则;结合实例研究了数据重定位、噪声去除、数据精简、数据光顺和数据分割五种数据处理技术，探讨了不同形状点云数据应采取的具体处理方法，提出了点云数据处理的原则;通过对比分析Bezier曲线曲面、B一Spline曲线曲面、NURBS曲线曲面三种曲面的数学模型，得出NURBS曲线曲面具有诸多优点，己成为当前曲线曲面模型的主流，合理的规划路径、恰当的选择数据采集方法和数据处理方法能够构建高品质的曲面，而且能量光顺算法也能够提高曲面的光顺程度。该论文的研究工作丰富了工业产品造型设计的理论和方法，将促进逆向工程在工业设计中的应用和推广。 关键词:逆向工程点云数据 NURBS曲线曲面重构曲面光顺 1.1逆向工程概述 “逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也称反求工程、反向工程等 逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路 [1] 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，最后通过检测和性能测试，这种开发模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或CAD造型，称为预定模式(Prescriptive Model)，我们也称之为正向工程(或顺向 工程)。正向工程流程如图1-1所示。 图1-1正向工程开发流程图 Fig.1-1 Forward engineering flow chart 产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样，再制造出产品。它是 一种以先进产品设备的实物、样件、软件(包括图样、程序、技术文件等)或影像(图像、照片等)作为研究平台，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术 的结合[2] 。逆向工程的流程如图1-2所示。广义的逆向工程包括形状(几何)逆向、
逆向工程技术及其发展现状 【摘要】本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以及逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程 CAD/CAM solidworks surfacer 反向 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。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：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。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（包括设计图纸或数字模型）的过程。 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，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM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CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。
机械CAD /CAM 逆向工程技术与应用研究 姓名：李倩 学号：S2******* 专业：机械设计及理论
逆向工程技术与应用研究 摘要：随着社会的迅速发展，传统意义上的正向产品开发设计和制造模式已经不能满足企业的需要。逆向工程以产品开发周期大大缩短这一特点而在现代企业中的地位日益重要。随着逆向工程技术的不断发展，其应用领域也日益广泛。本文阐述了逆向工程的基本概念，介绍了主要的逆向工程硬件及商用软件，并重点介绍了数据测量、数据处理、模型重建等逆向工程中的关键技术，最后对逆向工程的发展前景进行了展望。 关键词：逆向工程；硬件；软件；关键技术；发展前景 1引言 由于零件形状十分复杂，很难准确地在CAD软件上设计出实体模型，而通过手绘或手工捏塑来设计产品，其原型很难完全在CAD软件中体现。在没有图样和参数情况下，用传统方法仿制产品较困难也不够准确，计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性”，市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言，并不十分适用，况且计算机模型本身也需要检验。针对上述问题，提出逆向工程技术。逆向工程（Reverse Engineering，RE）产生于20世纪80年代末至90年代初，广泛应用于精密测量和质量检验领域，是设计下游向设计上游反馈信息的回路。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，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，称为“实物逆向工程”（简称逆向工程）。 2逆向工程概述 1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向工程，也称反向工程、反求工程，广义的讲它是在已知某种产品的有关信息（包括硬件、软件、照片、广告、情报等）的条件下，以方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等，达到充分消化和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进行再创造；狭义
摘要：随着测量技术和计算机技术的发展，以实体为研究对象，利用逆向工程技术对产品进行建模、仿真、优化及新产品开发成为现代设计的一大热点。本文阐述了逆向工程的基本概念及通过工业及医学的两个例子来说明逆向工程的应用，并对逆向工程的前景进行展望。关键词：逆向工程模型重建有限元数据测量技术 1.引言 逆向工程也称反求工程或反向工程[1]，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 从广义讲，逆向工程可分以下三类[2]： （1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。 （2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 （3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的C A D ，称为“实物逆向工程”。逆向工程与顺向工程如下图1 所示： 图1 逆向工程与顺向工程 2 逆向工程数据测量技术[3- 4] 数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散 点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。其测量原理是：将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。 现有的数据采集方法主要分为两大类： （1）接触式数据采集方法 接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据 采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。 接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的特征和测量的要求选择测头及其方向，确定测量点数及其分布，然后确定测量的路径，有时还要进行碰撞的检查。触发式数据采集方法采
、逆向工程概述 作为产品设计制造的一种手段，在2(X纪9 0年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视。特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM 技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究热点, 并成为逆向工程技术应用的主要内容。
二、逆向工程组成 1?定义 逆向工程 (Reverse Engineering) 也称反求工程、反向工程等，是指^ 用一定的测量 手段对实物或模型进彳亍测量，根据测量数据通过 三维几何廷模方法，重构实物的CAD模型，从而 实现产品设计与制造的过程。
逆向工程框图
品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速 地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据 处理、曲面创建、三维实体棋型重构，然后通 过CAM 系统进行数控编彳 工机床或快速成型机来制造产品。 特 点 与传统的 “产品概念设计-＞产品CAD 棋 型—产品（物 理棋型广的正向工程相反 。逆向 工程是在没有设计 纸不完牟 而有样 ,直至利用CNC 加 pi 、 纸或
2、逆向工程结构组成 为产品三维信息t 扫描仪、Tritop 三 坐标测量设备戲…? .......... . .......... . ..... 价化和功能复合化的特点。 ?在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计 工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫播设备。 例如，材质为硬且形状较为简单、容易定位的物体，应尽 量使? （D 逆向工程技术的硬件条件 ? lllittliBI .......... ................. 向（逆向）技术的软硬件技术与设备“Atosll 流动式试 冬件。德国GOM 公司趣 光学 三维照相测量系统。英国LK 公司的精密三 接触式L 体现了检测设备的高速化.廉
反求工程技术介绍及其应用举例
反求工程技术介绍及其应用举例 1.反求工程的概念 反求工程（逆向工程）是利用对实物测量的数据重新构造实物的计算机模型，然后利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作，而后进行加工。反求工程现己发展为CAD/CAM中一个相对独立的范畴。通过实物模型产生CAD模型，可以使产品设计充分利用CAD技术的优势，并适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息交换。实施反求工程可以充分发挥先进的测量设备的优越性，使其既可以作为CAD/CAM系统所需要的三维输入装置，又可以作为CAD/CAM系统处理后的误差检测评估装置，从而提高工业产品的设计，制造自动化程度，缩短产品的试制开发周期，降低生产成本。 将反求工程技术定义为没有工程图纸的情况下，对物体的物理模型进行测量，通过对测量信息的分析和处理来反求其CAD模型的过程。在这一意义下,反求工程可以定义为是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术和几何模型重建技术的总称。反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对己有新产品进行解剖、深化和再创造，是对己有设计的设计，特别强调再创造是反求的灵魂。从工程应用的目的出发，将反求工程的研究领域拓宽到工艺、材料、原理等方面的反求，是广义上的反求。应该看到反求工程有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支。现行产品中的各种复杂高新技
术，在反求工程中都会遇到如何消化吸收并加以改进和提高。所以对于新兴技术的理解、消化和推广上，反求工程作用十分巨大。 现代人们通称的设计一般均指正向设计。它根据市场需要提出目标和技术要求，使设计意图变为产品。如何合理利用他人的设计思想，加快自身产品更新换代的能力，是在市场竞争日益激烈的今天站稳脚跟，持续发展的关键。实际上，在设计制造领域，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制，都蕴含着对已有科学、技术的应用和借鉴改进。可以看出,反求思维在工程中的应用己源远流长，然而提出这种术语并作为一门学问去研究则出现于年代。反求工程是各国技术进步、发展，尤其是发展中国家迅速改变技术落后状况，提高综合设计、决策水平、制造水平,赶超世界先进水平的迅捷之路。战后日本工业恢复的需要使其首先对反求工程进行了较早的研究，日本提出“第一台引进,第二台国产化,第三台出口”的口号，用了近二十年时间迅速崛起成为世界经济强国就是一个生动的历史证明。 2.反求工程的作用及应用领域 反求工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用反求工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，反求工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。因此研究反求工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。
《逆向工程技术》课程标准 课程代码： 课程性质：专业课 学分：2.0 计划学时：32 适用专业：机械制造与自动化 1．前言 1.1课程定位 《逆向工程技术》课程是机械制造与自动化专业一门重要的专业课。在专业人才培养方案中有着重要的地位和作用。 本课程主要包括逆向工程技术研究和应用的最新进展，实物样件的数字化、数据处理、模型重建、应用系统等过程的理论基础、原理方法和专用软件。通过学习，使学生掌握逆向工程测量技术、数据处理技术、建模技术、产品创新设计的过程，帮助学生了解正向设计和逆向设计的区别、不同测量设备和逆向造型软件的具体使用技巧及逆向造型的设计特点，使学生具备利用测量设备和逆向造型软件的能力，为后续课程的学习和职业能力的发展奠定基础。 它的前修课程是《机械制图》、《几何量精度设计与检测》、《机械制造工艺与夹具》、《三维实体造型》、《CAM软件应用》，后续课程有《毕业实习》。 1.2设计思路 通过专业走访、岗位调研、毕业生质量跟踪调查、岗位分析等大量调研工作，制定出本课程标准的总体思路：将“示范与讲解”、“实践与理论”、“技能与知识”、“单元与综合”、“训练与考核”有机地融于一体；紧紧围绕完成工作任务的需要来选择课程内容；打破传统的以“了解”、“掌握”为特征设定的学科型课程目标，从“任务与职业能力”分析出发，设定课程目标；变书本知识的传授为动手能力的培养，采用项目训练的模式，按“看”、“练”、“思”、“考”的顺序，结合职业大赛，培养学生的综合能力。 本课程标准以机械制造与自动化专业学生就业为导向，根据行业专家对机械制造与自动化专业所涵盖岗位群进行任务和职业能力分析，以本专业的核心课程所涉及知识为核心，以本专业学生必须具备的岗位职业能力为依据，遵循学生由
现代制造工程2007年第2期CAD /CAE /CA PP /CAM 3 逆向工程技术及其应用 李志新1,黄曼慧2,成思源3 ( 1 重庆大学 ,重庆 400030; 2 广东商学院信息学院 ,广州 510320; 3 广东工业大学机电学院 ,广州 510090) 摘要:表面数字化和三维CAD建模是逆向工程中的关键技术。对目前逆向工程中的表面数字化及CAD建模技术进行总结和分析,给出应用实例,并指出存在的不足和进一步发展的方向。 关键词:逆向工程; CAD建模;表面数字化 中图分类号: TP391文献标识码: A文章编号: 1671—3133 ( 2007) 02—0058—03 Reverse eng ineer ing techn ique and its applica tion 2 主 2 2 L i Zhi xin1 , Huang M an hui2 , Cheng Si yuan3 ( 1 Chongqing University, Chongqing 400030, CHN; 2 Guangdong B usiness College, Guangzhou 510320, CHN; 3 Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, CHN ) Abstract: Surface digitization and 3D CAD modeling are two key techniques in reverse engineering. The state of arts of these two techniques are summarized and analyzed, and the app lication examp les are also given. Finally the future development of reverse engineering technique is given. Key words: Reverse engineering; CAD modeling; Surface digitization 逆向工程技术( Reverse engineering technique)过分依赖于测量者的经验,特别是对于几何模型未知要包括两方面的研究内容[ 1, 2 ],一是实物表面数据的的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径。 获取,即表面数字化技术;二是对测量数据进行处理随着快速测量的需求及光电技术的发展,以计算 生成三维模型,即表面重建技术,国内外学者针对这机图像处理为主要手段的视觉测量技术得到飞速发两项内容也进行了大量的研究。下面分别对逆向工展[ 3, 4 ]。激光三角法是目前最成熟,也是应用最广泛 程中的数字化技术、CAD模型重建技术及软件技术的的一种主动式视觉方法。激光三角法具有测量速度 现状进行综述。快,可达到较高的精度(±10μm )等优点。其存在的 1 表面数字化技术主要问题是对被测表面的粗糙度、漫反射率和倾角过于敏感,存在由遮挡造成的阴影效应,对突变的台阶 高效、准确地实现样件表面的数字化,是实现逆和深孔结构易于产生数据丢失。 向工程的基础和关键技术之一。在逆向工程中,传统投影光栅法的基本思想是把光栅投影到被测物的数字化方法是采用接触式测量,其典型代表是三坐表面上,受到被测样件表面高度的调制,光栅投影线标测量机( Coo rdinate M easure M achine, CMM )。发生变形,变形光栅携带了物体表面的三维信息,通CMM 通常是基于力2变形原理 ,通过接触式探头过解调变形的光栅影线,从而得到被测表面的高度信沿样件表面移动,并与表面接触时发生变形检测出接息。投影光栅法的主要优点是测量范围大、速度快、触点的三维坐标。CMM对被测物体的材质和色泽没成本低、易于实现,缺点是精度较低(±0 02mm ) ,只, 可达到很高的测量精度( 0 5μm ) , 对能测量表面起伏不大的较平坦物体,对于表面变化剧有特殊要求± 1 1 物体边界和特征点的测量相对精确,对于没有复杂内烈的物体,在陡峭处往往发生相位突变,使测量精度 部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则大大降低。 零件反求特别有效。其主要缺点是效率低,测量过程由于以上方法均无法测量物体的内部轮廓,因而 3 广东省自然科学基金项目( 5300090 ) 58
２００８年０２月中国设备工程 文章编号：１６７１－０７１１（２００８）０２－００１９－０３ 逆向工程技术的发展现状 苏 靖，陈韶娟，马建伟 （青岛大学纺织服装学院，山东 青岛 ２６６０７１ ）摘 要：介绍实物逆向工程技术中测量技术的发展现状，包括测量方法、测量设备以及反求软件。其中 对几种主要测量方法从原理、特点方面进行了较详细的阐述，并作了比较。最后将逆向工程的应用领域作了归纳。 关键词：逆向工程；三维测量；测量方法中图分类号：ＴＢ４ 文献标识码：Ｂ 图１ 反求工程测量方法的分类 一、逆向工程（ＲｅｖｅｒｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＲＥ）的概念 逆向工程产生于２０世纪８０年代末至９０年代初，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，即产品实物的ＣＡＤ模型重构和最终产品的制造，称为“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。 二、逆向工程的测量技术 逆向工程的测量是指实物的数据采集，也称三 维数据测量，是反求工程实现的第一步。它是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。该技术关系到对零部件（实物） 描述的精确度和完整度， 从而影响重构的ＣＡＤ曲面和实体模型的质量，并最终决定加工出来的产品能否真实反映原始实物。因此，测量是整个原型反求的基础。 １．测量方法及原理。反求工程采用的测量方 法主要分为两类：接触式和非接触式。根据测量原理、设备结构的不同还可以进一步细分（见图１）。 接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，经过数学计算的方法得出其形状、 管理园地 研究? 探讨１９
逆向工程技术的研究现状及发展趋势 作者：周建强李建军王彬杨发展李维华 1 引言 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 从广义讲，逆向工程可分以下三类： (1)实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。 (2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、治理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 (3)影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料往构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何外形的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。逆向工程与顺向工程如下图l所示： 2 逆向工程数据丈量技术 数据丈量是通过特定的丈量设备和丈量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何外形数字化。其丈量原理是：将被测产品放置于三坐标丈量机的丈量空间内，可以获得被测产品上各个丈量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成丈量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其外形、位置公差及其它几何量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。 现有的数据采集方法主要分为两大类： (1)接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。接触式数据采集通常使用三坐标丈量机，丈量时可根据实物的特征和丈量的要求选择测头及其方向，确定丈量点数及其分布，然后确定丈量的路径，有时还要进行碰撞的检查。触发式数据采集方法采用触发探头，触发探头又称为开关测头，当测头的探针接触到产品的表面时，由于探针受理变形触发采样开关，通过数据采集系统记下探针确当前坐标值，逐点移动探针就可以获得产品的表面轮廓的坐标数据。常用的接触式触发探头主要包括：机械式触发探头、应变片式触发探头、压电陶瓷触发探头。采用触发式测头的优点在于：适用于空间箱体类工件及已知产品表面的丈量；触发式探头的通用性较强，适用于尺寸丈量和在线应用；体积小，易于在狭小的空间内应用；由于丈量数