_逆向工程設(shè)計(jì)的最新國(guó)內(nèi)外進(jìn)展逆向工程的現(xiàn)狀及發(fā)展前景逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構(gòu)造產(chǎn)品或零件的工程設(shè)計(jì)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行剖析、理解和改進(jìn)，是對(duì)已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。逆向工程設(shè)計(jì)實(shí)施步驟如下:(1)設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。設(shè)計(jì)之前應(yīng)確定設(shè)計(jì)的整體思路，對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行系統(tǒng)的分析，劃分出模型的特征區(qū)，確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類型，這些關(guān)系到相關(guān)軟件的選擇和軟件模塊的確定。(2)零件原形的數(shù)字化。根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)確定掃描方法以及掃描設(shè)備，利用3D 掃描測(cè)量設(shè)備來獲取零件實(shí)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。(3)提取零件的幾何特征。按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，分割方法一般可分為兩類，一類是基于邊界分割法，一類是基于區(qū)域分割法。區(qū)域分割法將相似幾何特征的點(diǎn)劃為同一區(qū)域，具有明確的幾何意義，是較為常用的分割方法。(4)零件CAD 模型的重建。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD 系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過表面片的拼接獲取零件實(shí)物表面的CAD 模型。(5)重建CAD 模型的檢驗(yàn)與修正。由于測(cè)量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)往往存在一些數(shù)字誤差，所以需要對(duì)曲面或曲線進(jìn)行光順處理，提高曲面質(zhì)量。另外還要檢驗(yàn)重建的CAD 模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求，對(duì)不滿足要求的應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修改，直至達(dá)到零件的標(biāo)準(zhǔn)11接觸式測(cè)量系統(tǒng)接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measure Machine，CMM) 可謂接觸式測(cè)量的代表。接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通常是基于受力變形的原理，通過探頭測(cè)取三維幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)。操作者事先設(shè)計(jì)規(guī)劃好測(cè)量途徑與方式，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)便會(huì)按照所指定的路徑測(cè)取三維幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)。一般來說，接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量較穩(wěn)定，易于定位，測(cè)量精度高，對(duì)被測(cè)物體的材質(zhì)和色澤沒有特殊要求。其主要缺點(diǎn)是測(cè)量效率低，測(cè)量探頭的半徑必須進(jìn)行補(bǔ)償，并且有可能會(huì)出現(xiàn)探頭測(cè)不到的盲區(qū)。使用自動(dòng)測(cè)量還有較多的參數(shù)必須決定，包括探頭形狀和大小、掃瞄間隔、步進(jìn)距離、誤差容許量、掃瞄速度、掃瞄方向等，這些都過分依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)，特別是在測(cè)量復(fù)雜產(chǎn)品零件時(shí)，確定最優(yōu)的采樣策略和路徑較困難。另外，由于存在測(cè)量力，接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)無法在一些軟質(zhì)表面進(jìn)行測(cè)量。12非接觸式測(cè)量系統(tǒng)非接觸式測(cè)量根據(jù)測(cè)量原理的不同，大致有光學(xué)測(cè)量、超聲波測(cè)量、電磁測(cè)量等方式。在逆向工程中最為常用是較為成熟的光學(xué)測(cè)量方法。其可分為：基于光學(xué)三角形原理的激光掃描法；基于相位偏移測(cè)量原理的莫爾條紋法；基于工業(yè)CT 斷層掃描圖像法；立體視覺測(cè)量方法。使用非接觸測(cè)量產(chǎn)品零件測(cè)量速度快，不需要進(jìn)行探頭半徑補(bǔ)償。由于不存在測(cè)量力，可對(duì)橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進(jìn)行掃描。但工件坐標(biāo)定位較困難，測(cè)量精度較低，陡峭面不容易測(cè)量，另外被測(cè)產(chǎn)品零件表面特征(顏色、反光度、粗糙度、形狀等) 對(duì)測(cè)量的精度影響較大2逆向工程的數(shù)據(jù)處理及常用軟件數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了CAD 模型重建過程是否能夠方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行。使用測(cè)量設(shè)備測(cè)取的三維幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)都是一些離散點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中存在著噪聲點(diǎn)，所以還需要相應(yīng)的軟件來處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理包括噪聲去除、多視對(duì)齊、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)光順、數(shù)據(jù)分割等諸多方面。目前比較常用的逆向工程軟件有：(1)Geomagic。美國(guó)RainDrop(雨點(diǎn)) 公司的逆向工程CAD 軟件，具有豐富的數(shù)據(jù)處理手段，可以根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)快速構(gòu)造出多張連續(xù)的曲面模型。處理復(fù)雜形狀或自由曲面形狀時(shí)，效率比傳統(tǒng)CAD 軟件提高了10倍。另外還可為新興應(yīng)用提供理想的選擇，如定制設(shè)備大批量生產(chǎn)、即定即造的生產(chǎn)模式以及原始零部件的自動(dòng)重造。(2)Imageware。作為UG NX 中提供的逆向工程造型軟件，ImageWare 具有強(qiáng)大的測(cè)量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測(cè)功能?？梢蕴幚韼兹f(wàn)至幾百萬(wàn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造的A 曲。面(CLASS A) 具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。ImageWare 的模型檢測(cè)功能可以方便、直觀地顯示所構(gòu)造的曲面模型與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)之間的誤差以及平面度、真圓度等幾何公差。(3)CopyCAD。英國(guó)DelCam 公司系列CAD 產(chǎn)品中的一個(gè)，主要處理測(cè)量數(shù)據(jù)的曲面造型。作為一個(gè)系列產(chǎn)品的一部分，CopyCAD 與系列中的其他軟件可以很好地集成，為用戶的使用提供方便。(4)RapidForm。韓國(guó)INUS 公司開發(fā)的逆向工程CAD 軟件。主要用于處理測(cè)量、掃描數(shù)據(jù)的曲面建模以及基于CT 數(shù)據(jù)的醫(yī)療圖像建模，還可以完成藝術(shù)品的測(cè)量建模以及高級(jí)圖形生成。RapidForm 提供一整套模型分割、曲面生成、曲面檢測(cè)的工具，用戶可以方便地利用以前構(gòu)造的曲線網(wǎng)格經(jīng)過縮放處理后應(yīng)用到新的模型重構(gòu)過程中。3 實(shí)施逆向工程的步驟逆向工程設(shè)計(jì)實(shí)施步驟如下:(1) 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。設(shè)計(jì)之前應(yīng)確定設(shè)計(jì)的整體思路，對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行系統(tǒng)的分析，劃分出模型的特征區(qū)，確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類型，這些關(guān)系到相關(guān)軟件的選擇和軟件模塊的確定。(2)零件原形的數(shù)字化。根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)確定掃描方法以及掃描設(shè)備，利用3D 掃描測(cè)量設(shè)備來獲取零件實(shí)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。(3)提取零件的幾何特征。按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，分割方法一般可分為兩類，一類是基于邊界分割法，一類是基于區(qū)域分割法。區(qū)域分割法將相似幾何特征的點(diǎn)劃為同一區(qū)域，具有明確的幾何意義，是較為常用的分割方法。(4)零件CAD 模型的重建。將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD 系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過表面片的拼接獲取零件實(shí)物表面的CAD 模型。(5)重建CAD 模型的檢驗(yàn)與修正。由于測(cè)量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)往往存在一些數(shù)字誤差，所以需要對(duì)曲面或曲線進(jìn)行光順處理，提高曲面質(zhì)量。另外還要檢驗(yàn)重建的CAD 模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求，對(duì)不滿足要求的應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修改，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。發(fā)展前景逆向工程的研究已經(jīng)日益引人注目，在數(shù)據(jù)處理、曲面片擬合、幾何特征識(shí)別、商用專業(yè)軟件和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究開發(fā)上已經(jīng)取得了很大的成績(jī)。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，整個(gè)過程仍需要大量的人機(jī)交互工作，操作者的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，自動(dòng)重建曲面的光順性難以保證，下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是逆向工程主要發(fā)展方面:(1)數(shù)據(jù)測(cè)量方面:發(fā)展面向逆向工程的專用測(cè)量設(shè)備，能夠高速、高精度的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品幾何形狀的三維數(shù)字化，并能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和規(guī)劃路徑;(2)數(shù)據(jù)的頂處理方面:針對(duì)不同種類的測(cè)量數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟