逆向工程技術論文

　　逆向工程又叫反求工程或反向工程，下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。

　　篇一

　　逆向工程技術及其應用

　　摘要：通過分析和研究逆向工程技術，提出了其關鍵技術為資料採集、資料預處理、資料分割、曲面重構和CAD模型建模，分析了逆向工程技術在產品設計中的應用，其能提高產品設計的準確性，大大縮短產品研發週期。

　　關鍵詞：逆向工程資料採集曲面重構點雲

　　0引言

　　在21世紀的今天，市場的產品變化很快，能不能很快製造出符合市場需要的商品是一個公司生存發展的關鍵。但由於很多原因我們只能得到簡單的實物模型，無法得到圖紙和相關的產品資料。因此就沒有辦法得到產品的資料尺寸，從而把極大地困難帶給後續的製造技術和模具的製造。從而就急需一種能通過先進技術對實體進行處理進而將樣品製造出來的技術，而逆向工程正是在這種背景下應運而生。

　　1逆向工程概述

　　逆向工程又叫反求工程或反向工程，它是根據一個實物產品，通過三維數字化掃描器精確快速的測量事物的輪廓座標，再通過三維CAD曲面重建並修改後傳遞給一般地CAD/CAM系統，再通過CAM編出刀具的程式傳給CNC加工裝置，從而製造相應的模具。單地說，逆向工程就是根據已存在的產品樣件模型，進行解剖、深化和再設計，反向推出產品設計資料的過程。反向工程分為下面三類：

　　①實物反向：它是已經有了實物，經過測量和相關分析進而再生產。它有效能逆向、功能逆向、結構、材料等各方面的反向。而且這種反向的目標可以是一個整體可以是一部件也可以是一元件。

　　②軟體反向：我們把產品的樣本和設計書、產品的圖紙和使用手冊、相關的標準和質量保證檔案等都叫做技術軟體。它分為以下三類：有實物和全套技術軟體的;只有全套技術軟體的;只有實物的。

　　③影像反向:這種逆向沒有技術軟體也沒有相關的實物，我們只能獲得產品的一些廣告圖片和一些參觀視訊等，產品的研發人員只能根據這些資料去設計和構思產品，我們把這種反向叫做影像反向。

　　2逆向工程中的關鍵技術

　　逆向工程主要有資料的採集、資料的預處理、資料分割、曲面重構和CAD模型的建立等關鍵技術。

　　2.1 資料的採集

　　資料的採集首先是採用特殊的採集裝置和特殊的採集方法測得產品輪廓的座標資料，再把產品幾何外形數字化。它的基本原理是:把要測量的產品放在三維座標掃描器器中，從而得到掃描點的座標資料，再根據這些座標資料，最後經過計算機資料的處理，擬合形成採集元素，如圓、圓柱、圓錐、球、曲面等，經過數學計算得出其外形、位置公差及其它相關的幾何量資料。現有資料的採集方法主要有兩種:

　　2.1.1 接觸式資料採集：它包括觸發式的資料採集、連續掃描式的資料採集、超聲波法、磁場法等。接觸式的資料採集經常三坐通過三座標丈量機，測量時可通過實物的特徵和測量的要求選擇測頭和方向，確定測量點數和它的分佈，進而確定測量的路徑，有時要進行碰撞的檢查。接觸式測量的測頭與零件表面接觸，測量速度很慢，測量後還要進行測頭補償，資料量很小，不可能真正的反映實體外形。

　　2.1.2 非接觸式資料採集：這種採集方法主要依據光學原理，它包括結構光法、鐳射三角形法、影象分析法等。非接觸式資料的採集具有精度高和速度快的優點，可以避免因為接觸壓力以及測量摩擦力而產生的誤差。而且測頭產生的光斑也可以做得很小，可以探測到一般機械測頭很難測量的部位，最大限度地體現被測量表面的真實輪廓。

　　2.2 資料的預處理

　　因為測量裝置的缺陷、測量的方法和零件的表面質量的影響，使得測量結果含有誤差，特別對於邊界和尖銳邊的資料測量。對原始資料預處理能夠降低甚至消除誤差對後面建模的影響。預處理包括：去除誤差的點、精簡資料、多視點雲對齊、提取特徵以及資料的分塊等。

　　2.2.1 去除誤差點

　　誤差點又叫失真點，它是由於測量裝置的引數改變或者環境變化而造成的。若是人工測量會產生操作誤差，所以資料預處理關鍵是找出潛在的誤差點。在相同的一個截面掃描中，若一點和它鄰近的偏差較大，我們就把這個點認為是一個誤差點。判別誤差點方法有：直觀檢查法、角度判斷法、曲線檢測法等。

　　2.2.2 資料的精簡

　　通過測量儀器獲得的資料點雲非常密集，含有很多的冗餘資料，不可能直接用來構造麴面。而且冗餘的資料會浪費很多無效的運算開支進而大大降低幾何建模速度。精簡資料就是刪減原始的點雲和壓縮冗餘的資料。

　　2.2.3 點雲對齊

　　在反向工程中，有時要測的產品尺寸會大於裝置測量範圍，所以要從多個視角測量來獲取產品表面的全部資料。多視角測量就是把實物從不同角度裝夾測量來獲取實物的表面資料。因為每次測量的點集是在不同的座標系下測得，因此必須進行資料對齊處理使各個座標系統一，我們把這叫做多視點雲對齊。

　　2.2.4 特徵提取與資料的分塊

　　特徵的提取最重要的是在測量資料中篩選出便於生成特徵曲線和特徵曲面的點，再用這些點去生成特徵線和麵。而資料的分塊是根據構成產品外形曲面的子曲面型別，再把屬於同一個子曲面型別的資料分成一組。再把全部的資料分成不同曲面型別的資料區域，進而分別擬合單個去面片最後用過曲面相交、裁剪、倒圓等方法從而把多個子曲面縫合成一個整體。

　　2.3 曲面的重構

　　曲面重構是根據資料採集的資訊來恢復原始曲面幾何模型，它是反向工程的重要階段。根據曲面重構的不同方法，它可分為：

　　2.3.1 基於曲線的曲面重建

　　這種方法的原理是以資料分割為基礎在用測量的點座標擬合出曲面的網路樣條曲線，繼而通過CAD/CAM系統提供的混合、放樣、掃掠等功能進行重建曲面模型，在使用求交、過渡、剪裁等方法把各光滑子曲面拼接成一整體曲面。基於曲線的曲面重建是應用網格曲線來構造麴面，是規則形狀產品的一種有效模型重構方法。

　　2.3.2 基於測量點的直接擬合

　　這種方法的原理是直接重構符合測量的擬合或插值曲面。它分為曲面逼近和曲面插值，其中曲面逼近是構建一個曲面使之在某一條件下最接近測量點資料，而曲面插值是構建一個順序通過測量點集的曲面。這種方法可分為基於三邊域的曲面重建和基於四邊域的引數曲面重建。

　　3 逆向工程應用

　　在設計需要通過實驗才能定型的產品模型時，我們就經常使用逆向工程的手段。比如在汽車、航空、航天等領域，經常要通過風洞等實驗來建立符合空氣動力學等的要求產品模型。然而這類產品大多是由複雜的曲面拼接而成。我們藉助反向工程可把產品轉換成三維CAD模型和模具。而往往在模具行業中，通常需要反覆的修改原始的設計模具型面。把實物產品經過資料測量和處理使之產生和實際相符合的產品數字化模型，把模型進行修改後再進行加工這會大大的提高產品生產率。所以逆向工程對於改型設計方面可發揮著正向設計不可替代的作用。逆向工程在醫學領域中，可以對人體外形測量，進行人體關節複製和製造假肢等功能。也可用於修復或者複製壞損的藝術品、文物、或者缺乏供應的損壞零部件等。

　　4 結論

　　逆向工程是一種整合實用性、開拓性以及綜合性於一體的技術，通過逆向工程對產品設計不僅能大大提高產品設計精確性而且能大大縮小產品開發的週期。伴隨著各種行業對快速創新產品的急需，逆向工程技術一定將發揮著廣泛和不可替代的作用。

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