逆向工程技术及其应用分析

摘要：在经济全球化发展的环境背景下，工业产业受到了很大挑战，尤其是一些中小规模的企业更是面临着巨大的危机，因此企业需要积极地采取新的概念来适应社会的发展。逆向工程技术在现代化市场发展中具有重要作用，通过这一技术能有效缩短产品的生产时间，从而提升市场竞争力。文章对逆向工程技术以及其应用进行了分析。

关键词：逆向工程技术；数据采集；数据预处理；曲面重构；工业产业；产品生产 文献标识码：A

中图分类号：TP391 文章编号：1009-2374（2016）25-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.023

在现代社会中，市场产品的变化非常快，能不能找到一个合适产品是现代企业发展下去的关键。但由于很多产品在市场中只能找到简单的模型，因此无法得到图纸以及产品的数据，因此也就无法将产品数据尺寸进行正确的把握，给后续的制造技术发展带来了影响。在当前来说，亟需利用先进的技术对于实体进行处理，从而得到模型。逆向工程技术就是这样的一种技术方式，对现代产业发展具有重要作用。下面将对逆向工程技术以及其应用进行详细的分析。

1 逆向工程技术概述

逆向工程技术是反向工程，它主要是根据一个实物的产品，通过三维数字分析和扫描的方式来快速地对实物进行测量，然后通过三维方式将曲面进行重新修建，最后再传递给一般的CAD系统。通过CAM编出刀具程序传递给CNC加工设备，从而得到相同的模型。也就是说逆向工程是通过现有的产品进行解剖和深化，从而从反向的角度来对产品进行设计。逆向工程主要包含了以下三个类型：实物反向、软件反向和影像反向。实物反向主要指的是对实物进行测量分析和再生产，它具有性能逆向、功能逆向和结构逆向等不同的功能，而且这种功能的主要目标可以是一个整体，同时也可以是一个零部件，都能实现逆向设计。软件反向技术主要是将产品样本的设计图以及使用手册等来进行的反向设计，主要分为三类：实物和技术软件、只有技术软件以及只有实物的。影像反向这种逆向技术的存在指的是即便没有实物和技术软件，只需要从产品广告和参考图片等方面就能根据资料进行反向的构思和设计，这种方式就叫做影像反向。

2 逆向工程的关键技术

2.1 数据采集

数据的采集首先是采用特殊的采集设备和方法来获得产品外观的轮廓坐标，然后再对产品的集合外形变成数字化内容。这种方式主要通过测量将产品的三维坐标进行扫描，得到精确的数据内容，然后根据所得的数据再进行进一步的处理，从而形成各个不同的组成元素，例如圆和长方体等。通过数字方式来计算出外观的形态以及位置等。当前进行数据采取主要有两种方式：一种是通过接触方式直接采取数据；另一种是通过非接触的方式来获取数据。接触式数据获取方式通过采用三坐标丈量机对实物进行测量，并且明确测量点数以及其分布的区域，同时要进一步明确进行测量的路径，必要的情况下会采取碰撞检查方式。这种接触式的检测方式速度比较慢，同时测量的数据量也比较少，无法真正地实现实物外形还原。而在非接触数据采集的过程中，主要通过光学原理进行数据的分析。这种方式具有高精确度和速度快的优点，能避免出现误差，同时测头产生的光斑也可以做到很小，能探测到内部比较难测量的部分，从而实现对测量产品的真实轮廓展现。

2.2 数据预处理

由于测量设备上的缺陷或者测量方式上的问题等，会导致测量的最终结果受到影响，从而产生误差，尤其是一些边缘部分或者是尖锐的部分，测量中尤其容易出现失误。通过数据的预处理方式能将原始数据进行二次处理，从而减少误差的出现。预处理当中包括了去除误差的点、精简数据以及提取特征等。

去除误差点，误差点也是失真点，主要是由于测量设备参数或者其他的外部因素而导致的误差出现。如果采取人工的方式进行操作，那么所产生的误差点更加明显。因此在数据的预处理过程中最为重要的一部分就是将数据的误差点找出来。在同一个截面扫描当中，如果一点与它的临近点之间有着明显的偏差问题，那么这个点就可以看作是误差点。对误差点进行判断的过程中可以通过直观的观看法或者角度判断等方式进行检查。

数据精简也是数据预处理当中的重要部分。通过测量仪器而测量获得的数据是十分复杂的，当中有着很多数据内容，但这些数据并不能直接地全部拿来进行曲面构造。同时较长的数据会导致在运算过程中浪费大量的时间，从而导致整体的建模时间有所延长。通过精简数据方式，也就是将单重原始的内容和一些没有实际用处的数据进行清理。

在反向工程技术中，有时需要测量的产品尺寸是比较大，已经超出了实际的测量范围，因此在对这种产品进行测量的过程中就需要通过多个不同视角共同测量的方式来获得更多的数据内容，以此作为数据支持。多视角测量方式逐渐将实物通过不同的测量点进行测量，从而获得表面的数据。因为在测量过程中的点都是不同的，因此测量所产生的数据所反应的部分也都有所不同。我们将这种数据对其的方式称作为多视点云对齐。

此外，在数据预处理过程中还包含了数据的提取以及数据分块部分。数据提取是测量数据当中比较重要的一部分，通过提取的方式才能获得到更多有用的点，从而利用这些点就能获得一个面。将不同的数据分布成为不同类型的区域，从而得到各个不同类型的数据区域。

2.3 曲面重构

曲面重构当中主要根据数据采取的信息来恢复产品的模型，是反向工程当中的重要组成部分。在曲面重构中包含了基于曲线的曲面重构以及基于测量点的直线重构。基于直线的曲面重建主要是以数据分割为基础在用测量点的坐标拟合出画面的网络样条曲线，从而通过CAD等系统方式来对这些样条进行混合和重组，从而形成一个曲面模型。最后利用过渡和剪裁等方式来将曲面进行结合，最终形成完整的模型。而基于测量点的直接拟合，这种方式是通过重构测量的集合或者插值曲面。通过这种方式主要将曲面逼近和曲面插值，单重曲面逼近是在构建曲面条件下的最为接近的数据点，曲面插值则是构建一个顺序通过测量点集的曲面。

3 逆向工程技术的应用

逆向工程当前在社会中已经得到了广泛的应用，工艺设计中需要先利用精密仪器对实物进行扫描，并将数据输入到电脑当中去，从而生成模型。然后经工作人员的修改以后就能形成数据加工的程序，从而实现与加工中心之间的合理配合。

3.1 数字化扫描

所谓数字扫描主要是通过接触或者非接触的激光方式来对模型的表面进行扫描，以便能获得相应的模型坐标信息，并将信息资料转存到电脑中。这个流程也是逆向工程技术最终实现的关键所在。逆向工程技术本身是一个推理性的过程，通过反向思维的推理方式逐渐地找到各个坐标的具体数据，因此可以说在整个过程中每一个步骤都是十分关键的，当中任何小的失误和误差都将被无限放大。因此，扫描过程的数据采集将直接的关系到未来产品的最终质量。当前阶段我国主要利用传感器技术来进行扫描，为数据的精准度提升创造了良好的条件。在进行产品的数据扫描过程中一定要秉承严谨认真的态度，只有这样才能促使整个数据收集顺利进行。

3.2 产品建模

产品建模是通过计算机方式来对数据进行实践设计，从而形成CAD模型，这个过程中就会实现初步的模型设计。在CAD模型设计过程中由于过程比较复杂，因此不能只依靠单一的数据点进行设计，因为这样会导致设计的效果下降。对此，当前最为常见的方式是通过多个数据和不同区域数据来进行曲面拟合，从而通过不同曲面的连接方式最终形成一个完整的整体。在产品的建模过程中不仅仅需要有数据的支持，还要有专业软件和高素质的技术人员作为主要的支持，从而为产品建模的科学性和合理性提供保障。

3.3 数控加工

对产品的加工过程需要根据零件的加工内容以及设备的工序等进行，同时需要按照先粗糙后精致的原则逐步地进行，从而促使整个加工过程能得到控制，避免误差的出现。此外，为了能减少重复定位而导致的误差出现，需要提升孔系的同轴度，然后再进行其他坐标位置孔的加工工作。

4 结语

逆向工程是一项实用性强，同时又有着开阔性和创新性的重要技术。通过对逆向工程技术的应用能给产品的设计提供更多的帮助，不仅能缩短设计周期，同时也能提高整体的精度。随着社会的发展和科学的进步，未来逆向工程技术将得到更加广泛的应用，为产品的设计和社会发展提供源源不断的动力。

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作者简介：卢晓东（1978-），男，吉林长春人，吉林省经济管理干部学院讲师。

（责任编辑：蒋建华）