UG逆向工程说课讲解

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。

逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。从图1中我们可以看出，逆向工

程的整个实施过程包括了测量数据的采集/处理、CAD/CAM系统处理和融入产品数据管

理系统的过程。因此，逆向工程是一个多领域、多学科的系统工程，其实施需要

人员

和技术的高度协同、融合。

三、逆向工程在CAD/CAM体系中的应用

逆向工程技术并不是孤立的，它和测量技术、CAD/CAM技术有着千丝万缕的联系。

从理论角度分析，逆向工程技术能按照产品的测量数据建立与现有CAD/CAM系统完全

兼容的数字模型，这是逆向工程技术的最终目标。但凭借目前人们所掌握的技术，包

括工程上的和理论上的（如曲面建模理论），尚无法满足这种要求。特别是针对

目前

比较流行的大规模“点云”数据建模，更是远没有达到直接在CAD系统中应用的程度

。

“点云”数据的采集有两种方法：一种是使用三坐标测量机对零件表面进行探测，

另

一种是使用激光扫描仪对零件表面进行扫描。采集到的数据经过CAD/CAM软件处理后

，可以获得零件的数字化模型和用于加工的CNC程序。图2所示为使用激光扫描仪测量

的摩托车发动机砂型排气道点云图。

在实际工作中，先采用LACUS150B激光扫描仪采集上百万个点数据，形成摩

托车发动

机砂型排气道外形轮廓，再用Surfacer逆向软件进行由点到面的处理，图3为用

Surfacer软件生成的摩托车发动机砂型排气道曲面几何形状。

数据采集完成后，用户可利用CAD软件加快逆向工程的处理过程。在理想情况下，CAD

软件可用于：

■　以任何格式输入虚拟的几何尺寸数据；

■　处理采集到的点数据，有时甚至需要处理数亿个点数据序列；

■　通过修改和分析，处理产生的轮廓曲面；

■　将几何形状输出到下一级处理过程中；

■　分析几何形状，估算整体形状与样品的差异。

最重要的是，软件能够允许用户以三维透视图的方式显示工件，它完整地定义了工件

的形状，不再需要多个视角的投影图，设计者可直接对曲面轮廓进行再加工，而加工

工人可以利用电子模型加工工件。

后处理软件通过以下方式缩短逆向工程的时间：

■　通过平滑连续的曲线网络提高曲面的质量；

■　省去了准备加工文件的时间

■　不需要原型；

■　运用各种分析工具提高产品质量。

可见，利用激光扫描仪扫描样品采集点数据，再应用Surfacer软件生成高质量曲面，

相比直接在CAD系统中进行曲面造型，能节省数周的开发时间。另外，利用激

光扫描

仪采集的几何数据能生成符合工业标准格式的文件，如IGES、VDA-FS、ISOG 代码、

DXF和规定的ASCII、CAD/CAM格式，分析软件包至少能支持其中的一种格式。

制造加工刀具并对其进行检验是既耗时又费钱的过程。Surfacer软件能对各种复杂形

状的样品进行快速完整的检验，从而使这一关键处理过程流水线化。用户能够参考三

维模型精确地调整扫描数据，以便评估样品和所需加工工件之间的差别，并计算相关

变量，用彩色图表的形式加以显示，从而为几何尺寸校验作出清晰完整的说明。

Surfacer软件的快速原型模块（RPM）能够快速利用数字化数据或利用其他系

统的曲

面几何形状生成原形，从而缩短了实际原型的数字化周期，新的RPM快速工具大幅度

地提高了快速原型技术的水平。因此笔者认为，逆向工程技术与CAD/CAM系统是相辅

相成的。现有CAD/CAM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，在这种情况下，现有CAD/CAM系统不会也不能为了满足逆向工程建

模的特殊

要求从系统底层结构上进行变更。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CAD/CAM系统，不需要另外搭建新的平台。图4所示为用Solidworks三

维软件生成的摩托车发动机砂型进排气道实体。

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一个从属、辅助建模

的地位，它可以利用现有CAD/CAM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CAD/CAM系统又均包含了逆向工程模块或第三方软件包这样一种情

况