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逆向工程技术及应用研究 摘要：逆向工程是由已有产品回溯产品设计思路，通过研究现存的系统或产品，发现其规律，通过复制、改进、创新从而超越现有产品或系统的过程。逆向工程技术在产品设计中的应用可以缩短新产品设计开发周期，大大降低设计开发成本，提高设计水平和质量，有效地提高企业的市场竞争力。 关键词：逆向工程；；面重构；产品设计通过样件开发产品的过程。与产品正向设计过程相反，逆向工程基于已有产品设计新产品，通过研究现存的系统或产品，发现其规律，通过复制、改进、创新从而超越现有产品或系统的过程。它不是仅对现有产品进行简单的模仿，而是对现有产品进行改造、突破和创新。制造业的逆向过程 制造业的逆向工程是以三维测量、表面重构为核心，集光电测量、计算机图像/图形处理、计算机辅助设计/制造、快速原型/模具、数控等技术为一体的高新技术。它是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，利用各种数字化技术、CG/CAD技术，根据实物测量数据重构其计算机模型，运用现代设计理论、方法对模型进行再设计，并与现代快速制造技术有机结合，最终制造出产品的过程正向设计与逆向设计的区别 正向设计指由设计思路到产品的设计过程，它是一般产品的常规设计过程。 逆向设计与正向设计相反，是由已有产品回溯产品设计思路的过程，它是对传统设计、制造技术的拓宽和丰富。 逆向工程的核心 逆向工程所涉及的关键技术主要包括：三维实体几何形状数据采集、规则或大量离散数据处理、三维实体模型重建、加工等。三维测量和表面重构是逆向工程技术的核心。 1 测量设备 测量设备是逆向工程的核心硬件。按测量方式分类，测量设备分为接触和非接触式两种。 2. 接触式测量设备 接触式是传统的测量方式，测量过程中探头与模型表面接触，其典型代表为机械三坐标测量仪（CMM）。这种测量技术已发展得比较成熟，其突出优点是精度高（可达±0.5μm），但由于机械式测量结构存在的固有缺陷，难以实现快速测量。 (1)三坐标测量机(CMM) 原理：采用触发式接触测量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标值。 特点：测量精度高，可达微米级，但效率较低，对一些软质表面无法进行测量，价格较高。 三坐标测量机是近几十年来，随着计算机、机床业的飞速发展而产生的一种高效高精度的测量仪器。它采用坐标测量的原理，在计算机软件的控制和驱动下，完成对工件几何尺寸和形位公差的三坐标数据采集。它有机地结合了数字控制技术，利用了计算机软件技术，采用了先进的位置传感技术和精密机构技术，使诸如齿轮、凸轮、涡轮涡杆等以前需要专用检测设备才能完成工件，现在可用通用的三坐标测量机进行数据采集，结合相应测量、评价软件来实现专业的检测、评价功能。 (2)层析法 原理：将零件原型填充后，采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取原型不同位置截面的内外轮廓数据。 特点：能测量任意复杂零件的内外轮廓，测量速度、精度中等，价格中等，破坏被测件。 2)非接触式测量设备 随着机器视觉技术和光电技术的发展，非接触式的光电测量技术发展迅速，这种测量技术方法测量速度快，自动化程度高，常见的方法有激光三角测量法、莫尔条纹技术、断层扫描技术等。设备有三维激光数字化仪、自动断层扫描仪、工业CT和MRI等。 3 各种测量方法的比较 各种测量方法精度、成本、适用条件各不相同 机械三坐标测量仪 接触式 外表面形状 精度高 软体难以测量 手动成本低，自动化成本高 层析数字化测量机 破坏式 内外表面 精度高 材料不限 成本中等 三维激光数字化仪 非接触式 外表面形状 精度高 材料不限 成本中等 MRI/CT 非接触式 内外表面 精度低 材料有限制 成本高表面重构 经过测量，物体表面形状离散为数据点集，有关线、面的特征全部消失，由离散数据点重构物体的CAD模型需经过离散点网格化、特征提取、表面分片、曲面生成等步骤。网格化是为了建立离散点之间的拓扑关系，但由离散点拼合物体表面网格时存在多义性，要设计全自动的算法存在难度，有设计人员根据被测实物进行交互拼接是目前比较实用的方法。有了物体表面的网格模型，根据应用需要，选用合适的曲面生成算法构建物体的曲面模型，并通过数据接口导入、UG等常用的CAD软件进行后续的处理。 逆向工程的数据处理过程包括：分析现有产品或系统，对其原理进行抽取，结合新技术、改进并超越现有产品（第三步实际是正向工程）。 (1) 分析 分析现有产品或系统，找出其工作原理的关键数据。现阶段有手工分析、自动分析和智能分析三种分析方式。 (2) 抽取 按一定规则从数据中识别出产品原型中的各元素和各特性，抽取也是一个数据过滤和加密的过程。 (3) 产品重建 重建按重建的方式分线架重建、面