逆向工程

逆向工程技术及应用

摘要：

随着社会的迅速发展,传统意义上的正向产品开发设计和制造模式已经不能满足企业的需要。逆向工程以产品开发周期大大缩短这一特点而在现代企业中的地位日益重要。介绍了逆向工程常用的软件,对逆向工程中常用的几种测量方法进行了对比,并用具体实例说明逆向工程的三维建模过程。

关键词:逆向工程; Imageware软件

概述

逆向工程( reverse engineering, RE),又称反向工程、反求工程等。它是对已存在的产品、零件(或部件)的原型或模型,运用先进的测试技术,对其进行三维扫描、数字化处理,并以数字化处理的结果为基础,对其进行分析和修改,最后通过先进的制造技术对其分析修改的结果进行生产制造。对外形复杂,还有一些天然的东西(如雕塑),复杂的曲面,快速建模,进行再设计。由此可以看出,逆向工程技术与传统的产品设计方法不同[1]。

一、逆向工程常用的软件

a) Imageware软件[2]

由美国EDS公司出品,是最著名的逆向工程软件。1995年, EDS 公司进行Imageware软件商业化并将其推广以后,被广泛地应用于通用机械、汽车、模具、航空航天、电子和计算机零部件行业等诸多领

域与行业部门。很多著名的国际大公司,像BMW, Aud,i Boe-ing, GM, Ford, Raytheon, Toyota, Daimler-Benz, Chrysler,Hyunda,i Volkswagen, Honda, Nissan, Mazda, Isuzu, Peu-geot等都是Imageware软件的用户。由此可见, Imageware软件在国际上逆向工程行业领域发挥着举足轻重的作用。

Imageware软件的主要产品有:

Surfacer———逆向工程工具和class 1曲面生成工具; Verdict———对测量数据和CAD数据进行对比评估;

Build it———提供实时测量能力,验证产品的制造性;

RPM———生成快速成型数据;

View———功能与Verdict相似,主要用于提供三维报告。

b) Geomagic Studio软件

c) CopyCAD软件

d) RapidForm软件

e) QuickForm软件

二、逆向工程的应用[3]

应用对象与范围

逆向工程方法和思想在产品设计中早有应用，但由于三维形状数字化涉及到相关技术难度较大，直到20世纪90年代快速测量、三维打印、快速成型等技术和设备日渐成熟，逆向工程作为三维形状数字化产业的一部分才初步形成，近年来，随着数字化相关技术的发展，逆向工程在现代产品设计中的作用越来越大。总体上看，逆向工程可以

分为如下3个应用层次：

(1)原形复制（copy）

复制是逆向工程应用的原始境界。例如：陶瓷、玻璃器皿、雕塑等手工制作原型，通过测量，可在计算机中建立CAD模型，进行批量生产；文物、工艺品、珠宝的复制和修复；构建地貌模型，用于建筑、水利、交通、军事，矿藏勘探；古代生物恢复等。

(2)再设计（redesign）

基于现有产品进行再设计是目前逆向工程在产品设计中的主要应用。例如：用测量数据和数据处理软件检测模具或产品原型；修复损坏部件，基于外部产品进行仿制或改型设计；基于以往产品进行改进设计等。

(3)仿真（simulation）

脱离形状的仿真研究是逆向工程的高级境界，例如：将鱼和鸟表达于计算机，通过研究鱼和鸟的运动规律，可以为船舶和飞机的设计提供帮助等。

三、逆向产品开发过程及应用实例[4]

逆向产品开发过程主要包括：

(1)测量；

(2)表面重构；

(3)再设计；

产品快速原型

采用UG进行再设计

(4)产品原型/模具制作等。

四、逆向工程的三维建模过程

Imageware软件是逆向工程中应用最为广泛的软件。下面以Imageware 软件为例,简单介绍逆向工程的一般步骤。

水龙头曲面构造：

1、打开点云。观察点云。

2、创建截面，并创建旋转曲面曲线。

3、对旋转曲线设置：分析曲线曲率，对其进行重新参数化，

4、旋转曲线，创建出曲面。

5、建立喷管，对喷管进行剖切面

6、创建剖切面曲线，对曲线重新参数化，放样出喷管曲面。

7、建立喷管顶部，提取点云，创建新的点云和曲线圆。

8、对曲线进行重新参数化，旋转得出顶部曲面

9、将喷管与顶部根据曲率连续性进行连接。

10、建立混成曲面，将喷管和钟形体连接。

11、将曲面中无用的点去掉，水龙头曲面构建完成。

12、创建一个最终的曲面与点云间的差异显示，并分析曲面公差。

从分析图可以看出，钟形体与喷管的中间连接部位公差较大，主要原因是由于两曲面间是直接两个曲面整合而成，以光泽度为主，所以尺寸方面跟点云公差较大。

五、结束语

逆向工程是产品研发高效、便捷的途径。将逆向工程应用于现代产品设计，能够缩短产品的开发周期，大大降低产品开发成本；将逆向工程与已有的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）以及产品数据管理（PDM）等技术有机地组合在一起，能够有效地提高产品设计与制造水平，对缩小发展中国家与发达国家之间的差距具有重要的意义。

我通过学习这门课程，学会了Imageware这个软件，懂得逆向工程的反求思路，能够将扫描出来的点云构建成光泽性好的曲面，为以后更多软件入门奠定了基础，并且我的英语水平也大大提高。

参考文献：

[1] 杨钦，徐永安，翟红英．计算机图形学[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2] 金涛，童水光．逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 管伟光．体视化技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，1998.

[4] 唐泽圣.三维数据场可视化[M].北京：清华大学出版社，1999.