逆向工程技术应用

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1、逆向工程技术的应用仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。   一、引言   在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设

2、计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来

3、部分替代使用多年的原型设计方法。   二、逆向工程的概念   逆向工程（ReverseEngineering，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

4、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。图1   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

5、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

6、。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。图2   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

7、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。图3   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

8、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