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1、逆向工程柏为为摘 要: 逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。关键词:扫描测量原理;曲线曲面理论;快速原型制造;逆向工程引言逆向工程(ReverseEngineering,RE)的概念逆向工程产生于20世纪80年代末至90年代初,广
2、义上,逆向工程可以分为实物逆向、软件逆向和影像逆向三类。目前,大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向重构上,即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造,称为“实物逆向工程”。逆向工程也称反求工程。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的过程。 逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及数控加工等多个环节。列如：1)实物扫描实验：运用三维坐标扫描仪对需要反求的实物进行扫描，得出点云图2)软件进行点云处理：将扫描得到的点云图，进行Imageware软件软件处理为三维CAD模型；
3、3)快速成型加工实验：针对上步得到的三维CAD模型进行分析，利用快速成型机制作实体模型4)对实体模型进行后处理，打磨、抛光、涂漆；其中快速反求是从实物原型到三维数字模型的转换,是反求工程技术实现的关键技术,它包括数据测量、数据处理、三维重建和模型评价四部分。二、逆向工程的测量技术逆向工程的测量是指实物的数据采集,也称三维数据测量,是反求工程实现的第一步。它是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据,将产品的几何形状数字化。该技术关系到对零部件(实物)描述的精确度和完整度,从而影响重构的CAD曲面和实
4、体模型的质量,并最终决定加工出来的产品能否真实反映原始实物。因此,测量是整个原型反求的基础。 测量方法及原理。反求工程采用的测量方法主要分为两类:接触式和非接触式。根据测量原理、设备结构的不同还可以进一步细分(见图1)。接触式数据采集通常使用三坐标测量机,测量时将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内,可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,经过计算机数据处理,拟合形成测量元素,经过数学计算的方法得出其形状、中国设备工程2008年02月表1主要测量方法的比较机械法光学法电气法三坐标测量法激光三角
5、法投影光栅法断层扫描法工业CT和核磁共振法最高0.5!m高>1"m较低>10#m以上较低0.02mm低>1mm慢快快慢较慢不适于软质软硬皆可软硬皆可软硬皆可有要求测头微损无损无损破坏被测件无损高较高低较高最高精度速度被测材质破坏性成本不能过于光滑对表面粗糙度、漫反射率敏感,不能过于光滑对表面色泽、粗糙度敏感,不能过陡无无表面特性及形状要求最适合情况无复杂内部形面、硬质、特殊尺寸多及精度要求高的箱体工件表面形状复杂,精度要求不特别高的未知曲面适于测复杂的内部几何形状管理园地研究·探讨位置公差及其他几何量数据。接触式三坐标
6、测量机的测头属机械式,根据其工作方式的不同又可分为开关式(触发式或动态发信式)和扫描式(比例式或静态发信式)两类。坐标测量机可达到很高的测量精度,测头体积小、通用性较强,适于无复杂内部型腔、只有少量特殊曲面的空间箱体类工件的测量。测量机工作处于迅速直线低速运动状态,测量机的动态性能对测量精度的影响较小,但它有一定的局限性,如不能测量到细节之处、不能测易碎和易变形的零件、测量速度慢、测头半径需要补偿及数据量较小等。在非接触式技术中较成熟且应用最广泛的是光学测量法。其中,基于三角形法的激光扫描和基于相位光栅投影的结构光法被
7、认为是目前最成熟的三维形状测量方法。激光三角形法以激光作为光源,根据光学三角形测量原理,将光源(可分为光点、单光条、多条等)投射到被测物体表面,并采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量,根据光点或光条在物体上成像的偏移,通过被测物体基平面、像点、像距等之间的关系计算物体的深度信息。这种方法测量如果采用线光源,可以达到很高的测量速度,此方法已经成熟。其缺点是对被测表面的粗糙度、漫反射率和倾角过于敏感,限制了测头的使用范围。 基于投影光栅的结构光投影测量法被认为是目前三维形状测量中最好的方法,它的原理是将具有一定模式
8、的光源,如栅状光条投射到物体表面,然后用两个镜头获取不同角度的图像,通过图像处理的方法得到整幅图像上像素的三维坐标。此法的主要优点是对实物的测量范围大、速度快、成本低。缺点是精度低,在陡峭处会发生相位突变,影响精度,适于测量表面起伏不大的较平坦物体。目前,分区测量技术的进步使光栅投影范围不断增大,结构光法测量设备成为现在逆向测量系
