逆向工程技术在机械制造领域中的应用研究

王 亮

（淮阴工学院，江苏 淮安 223001）

1 逆向工程的概念、原理及流程

1.1 基本概念

逆向工程简称RE (Reverse Engineering)，又称“反求工程”[1]。产品设计过程通过逆向工程来反映和描述。与“逆向设计”相对应的是“正向设计”,“正向设计”过程是从无到有的，分为三个步骤：第一，设计者在大脑中对产品进行构造、功能和指标等进行构思；第二，三维数字化模型通过绘制图纸的方式建立；第三，将其引入具体的生产过程中，从而完成全部设计生产周期。

1.2 逆向工程基本原理

逆向工程基本原理就是一个“从有到无”的过程，即根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程[2]。

1.3 逆向工程的基本步骤

逆向工程可归纳为以下三个步骤：（1）分析阶段：对反求对象的功能原理，结构形状、材料性能、加工工艺等方面有全面深入的了解。（2）二次设计阶段：测量规划样本模型、重构、改进模型的设计和仿制。（3）产品制造阶段。

2 逆向工程关键技术

2.1 常用的测量技术

目前，比较常用的有三种测量方法：一种是非接触式测量，这种方法在逆向开发过程中得到越来越广泛的应用，因为它获取的测量数据多，信息密度大，测量精度好，工作效率高；第二种是接触式测量，也就是在物理模型上打点时使用三坐标测量机，提取三维坐标打点的信息；第三种是逐层扫描式数据测量法，对于不仅需要外形数据，而且需要内部形状数据的生产设计时，可用逐层扫描测量法完成数据的获取[3]。

2.2 数据处理技术

数据分割，首先依据构成实物曲面外形的子曲面类型，然后将属于同一曲面类型的数据划归成组和数据域，最后重建模型。数据分割有两种方法：自动分割和基于丈量的分割[4]。

数据平滑，在丈量数据时容易产生噪声，通过数据平滑可以消除噪声并且获得良好的提取效果和准确数据。一般常采用标准高斯、中值或均匀滤波等计算方法。。

数据处理，逆向工程中重要的技术环节之一，丈量系统的不同导致所获得的数据格式是不一致的，它直接影响着重建后续CAD模型的过程。

2.3 曲面重构技术

逆向工程中，曲面重构是其关键技术之一，进行曲面重构前，对零件进行仔细分析是重要环节，在分析过程中应考虑以下两点：

（1）形成完整的设计方案。面对点云数据，首先要全面考虑好先后流程，以及如何去做，然后再划分模型特征区，最后整合出整体的设计思路。

（2）确定由哪些曲面类型构成了设计模型，从而为曲面重构过程中选取合适的曲面重构方法和工具提供有利依据。

3 逆向工程在机械制造中的应用

逆向工程技术主要应用在以下方面：

已有产品零件的仿制和改型：通过逆向工程技术进行产品仿制和改型能够吸收先进设计制造成果，以使产品设计周期短、起点高、效果好[5]。

质量检验：产品的检测是逆向工程技术发展的一个新方向，在扫描测量加工后的零部件时，利用曲面重构技术在逆向工程中的应用，对重新建构模型与最初设计的模型的数据进行比较分析，有助于检测误差和提高精度，在进行实际制造的产品外形是否达到达标，精度是否准确等都可以通过逆向工程技术加以检测。

新产品的迅速研发和优化设计：在实现创新设计的过程中，将逆向工程和工业设计结合起来共同研发新品。

损坏或磨损零件的还原：在进行制造工艺复杂，成本昂贵的零部件 CAD模型还原时，快速原型制造已成为目前行之有效的手段之一，它的制作过程是在 CAD模型的直接驱动下产生的。逆向工程技术恰好可以提供 CAD模型，两种技术相结合形成产品由测量到建模到修改最后进行再测量的一个闭环系统，从而实现快速测量、设计、制造、修改的反复循环[6]。

4 结束语

目前我国的逆向工程技术研究还处于起步阶段，与国外先进水平相比差距依然很大，因此，我国需要尽快建立逆向工程技术的系统研究平台，在工业设计中考虑逆向工程，通过采用逆向工程可以大大缩短研发周期，降低产品研发成本。

[1]E.Badouel, L.Bernardinello, and P.Darondeau, “Polynomial algorithmsfor the synthesis of bounded nets”, Lecture Notes in ComputerScience, vol.915, 364-378, 1995.

[2]金涛，童水光．逆向工程技术[M]．北京：机械工业出版社，2003．

[3]M.Farsari, G.Filippidis, S.Zoppel, G.A.Reider, C.Fotakis,Efficient femtosecond laser micromachining of bulk 3C-SiC, J.Micromech.Microeng.15 (2005) 1786–1789.

[4]E.Badouel and P.Darondondeau, “On the synthesis of general Petrinets”, Inria Research Report No 3025, 1996.

[5]E.Badouel and P.Darondeau, “Theory of Regions”, Lecture Notes in Computer Science, vol.1491, pp.529-586, 1998.

[6]刘德平.逆向工程关键技术及其应用研究[D].西安：西安电子科技大学, 2008.

[7]Thiozawa et al.Thermal air flow analysis of an automotive headlamp：the PIV measurement and the CFD calculation for a mass production model[J].JSAE Review, 2001(22)：245-252

[8]Belle R M，Vemuri B C．On three—dimensional surface reconstruction methods．IEEE PAMI．1991,13(1)：1-13