逆向工程的现状及发展前景

逆向工程也称反求工程或者反向工程，是根据已存在的产品或者零件原型构造产品或者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。

(1)设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。

(2)零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用 3D 扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。

(3)提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法普通可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。

(4)零件 CAD 模型的重建。将分割后的三维数据在 CAD 系统 中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD 模型。

(5)重建 CAD 模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往 存在一些数字误差，所以需要对曲面或者曲线进行光顺处理，提高曲面 质量。此外还要检验重建的 CAD 模型是否满足精度或者其他试验性能 指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件 的标准

接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine ，CMM)可 谓接触式测量的代表。接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原 理，通过探头测取三维几何坐标数据。 操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数 据。普通来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精 坐标测量机

非接触式

机械手 坐标测量机 光学测量机 声学测量机 磁学测量机

结构光法 激光三角形法 激光测距法 干涉测量法 图象分析法

接触式

度高，对被测物体的材质和色泽没有特殊要求。其主要缺点是测量效率低，测量探头的半径必须进行补偿，并且有可能会浮现探头测不到的盲区。使用自动测量还有较多的参数必须决定，包括探头形状和大小、浏览间隔、步进距离、误差容许量、浏览速度、浏览方向等，这些都过分依赖操作者的经验，特殊是在测量复杂产品零件时，确定最优的采样策略和路径较艰难。此外，由于存在测量力，接触式三坐标测量机无法在一些软质表面进行测量。

非接触式测量根据测量原理的不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。在逆向工程中最为常用是较为成熟的光学测量方法。其可分为：①基于光学三角形原理的激光扫描法；②基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法；③基于工业 CT 断层扫描图象法；

④立体视觉测量方法。使用非接触测量产品零件测量速度快，不需要进行探头半径补偿。由于不存在测量力，可对橡胶、油泥、人体头像或者超薄形物体进行扫描。但工件坐标定位较艰难，测量精度较低，陡峭面不容易测量，此外被测产品零件表面特征 (颜色、反光度、粗糙度、形状等)对测量的精度影响较大。

数据处理是逆向工程的一个重要的技术环节，它决定了 CAD 模型重建过程是否能够方便、准确地进行。使用测量设备测取的三维几何坐标数据都是一些离散点的点云数据，其中存在着噪声点，所以还需要相应的软件来处理点云数据。点云数据的处理包括噪声去除、多视对齐、数据精简、数据光顺、数据分割等诸多方面。目前比较常用的逆向工程软件有：

(1)Geomagic。美国 RainDrop(雨点)公司的逆向工程 CAD 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。处理复杂形状或者自由曲面形状时，效率比传统 CAD 软件提高了 10 倍。此外还可为新兴应用提供理想的选择，如定制设备大批量生产、即定即造的生产模式以及原始零部件的自动重造。

(2)Imageware。作为 UG NX 中提供的逆向工程造型软件，ImageWare 具有强大的测量数据处理、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。根据这些点云数据构造的 A 曲

面(CLASS A)具有良好的品质和曲面连续性。 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测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。

(3)CopyCAD。英国 DelCam 公司系列 CAD 产品中的一个，主要处理测量数据的曲面造型。作为一个系列产品的一部份，CopyCAD 与系列中的其他软件可以很好地集成，为用户的使用提供方便。

(4)RapidForm。韩国 INUS 公司开发的逆向工程 CAD 软件。主要用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于 CT 数据的医疗图象建模，还可以完成艺术品的测量建模以及高级图形生成。 RapidForm 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。

逆向工程设计实施步骤如下:

(1)设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。

(2)零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用 3D 扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。

(3)提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法普通可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。

(4)零件 CAD 模型的重建。将分割后的三维数据在 CAD 系统中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的CAD 模型。

(5)重建 CAD 模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往存在一些数字误差，所以需要对曲面或者曲线进行光顺处理，提高曲面质量。此外还要检验重建的 CAD 模型是否满足精度或者其他试验性能指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件

的设计要求。

逆向工程的研究已经日益引人注目，在数据处理、曲面片拟合、几何