逆向工程及其應用一、什么是逆向工程W%s"n:wh6j6XN隨 著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，產(chǎn)品的性能和外形發(fā)生了很大的改變，原來粗大笨重的產(chǎn)品，正在被小巧玲瓏，造型別致的產(chǎn)品所代替，工業(yè)產(chǎn)品設計正在成 為一種熱門的行業(yè)，根據(jù)人機工程學和美學原理設計的各種使用方便、線條流暢的產(chǎn)品，如轎車、家用電器等，隨處可見，這些產(chǎn)品一般都是由一些空間自由曲面組 成的，用傳統(tǒng)的方法很難設計、制造出來;為了設計、制造這類產(chǎn)品和相應的工裝具，必須使用CAD/CAM,多軸加工中心等先進技術(shù)，現(xiàn)代逆向工程技術(shù)就是 在這祥的背景下產(chǎn)生的。世紀模具網(wǎng) e4o0OIYl+K$nm%逆 向工程RE(ReverseEngineering，也稱反求工程)，是對產(chǎn)品設計過程的一種描述。在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設計過程是一個 從無到有的過程，即設計人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后通過繪制圖紙建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個模型轉(zhuǎn)人到制造 流程中，完成產(chǎn)品的整個設計制造周期。這樣的產(chǎn)晶設計過程珊們歡去“正向設計”過程。6&_y.HG%R4逆 向工程產(chǎn)品設計過程如圖一所示，可以認為是一個“從有到無”的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)(包括 設計圖紙或數(shù)字模型)的過程;它針對現(xiàn)有的工件(樣品或模型)利用3D數(shù)字化量測儀器準確、快速的測量出工件的輪廓坐標，并加以編輯、修改、建構(gòu)曲面后， 傳至一般的CAD/CAM系統(tǒng).再由CAM軟件產(chǎn)生刀具的NC加工路徑送至CNC加工機床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型機，將樣品模型制作出 來。逆向工程在某些方面很像我們常說的“仿制”;可以說，在我國正在成為世界制造中心的今天，逆向工程將大有用武之地。6eyN&_)|YL世紀模具網(wǎng)uBn8T v.p8o!M二、逆向工程系統(tǒng)的組成;?Hs &qA9lV從 逆向工程流程圖可以看出，逆向工程首先須使用精密的量測系統(tǒng)將樣品的三維輪廓尺寸快速地測量出來，然后依據(jù)得到的數(shù)據(jù)做出曲面造型及加工。故建立一套完整 的逆向工程系統(tǒng)，須要下列基本配備:1、測量機(也稱抄數(shù)機)2、點群數(shù)據(jù)處理軟件，即逆向工程軟件，玉CAD/CAM/CAE軟件，,4,CNC機 床，5、快速成型機或塑料射出成型機、軋出機、飯金成型機等。&6w3Z+1G常用的測量機有:三維激光掃描機、三座標測量機、多軸關(guān)節(jié)式機械臂等。其中。世紀模具網(wǎng)N- y(zSy三維激光掃描機：屬于非接觸式測量，具有測量速度快，可測量柔軟物體，不會損壞工件表面等優(yōu)點;但測量精度較低，一般10-100m。多用于自由曲面的立體造型。x*K9zGs K(L&ua/L二座標測量排:屬于接觸式測量，精度較高，但測量速度慢，受接觸力影響較大;一般多用于精密量。(|w6f Ux+臺 灣智泰公司生產(chǎn)的三維激光掃描機，它由激光探頭、工作臺和控制柜組成，激光探頭是掃描機的關(guān)鍵部件，它包括兩個CCD(光電偶合)傳感器和一個半導體激光 器；工作臺具有三個線性位移和一個旋轉(zhuǎn)運動，采用閉環(huán)控制，定位精度可達0.003mm，它帶動CCD探頭做逐行掃描，可掃描800800600mm 的模型或工件；控制和系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，工控機內(nèi)插有圖像采集卡；利用激光刀對物體表面進行掃描，由CCD攝像機采集被測表面朱我刀曲線，然后計算機根據(jù)空間三角法測量原理，最終計算出物體表面的三維幾何數(shù)據(jù)，掃描精度為0.05mm。然后以.asc格式保存，供逆向工程軟件處理。世紀模具網(wǎng)w8| yJ6&L世紀模具網(wǎng)U8Fr9Vm !b Ze逆 向工程軟件主要完成點云處理、曲線處理和曲面處理三項功能，它的作用是接收來自測量設備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過一系列的編輯操作，得到品質(zhì)優(yōu)良的曲線或曲面模 型，并通過標準數(shù)據(jù)格式將這些曲線曲面數(shù)據(jù)輸送到現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中完成最終的品造型。用于逆向工程的軟件包括兩大類：一類是用于處 理測量得到的點云的逆向工程軟件，另一類就是用于造型和數(shù)控編程的通用CAD/CAM軟件；在實際應用過程中，由于大多數(shù)工程技術(shù)人員對逆向工程技術(shù)了解 不夠，將逆向工程技術(shù)與現(xiàn)有CAD/CAM技術(shù)等同起來，用現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)的技術(shù)水平要求逆向工程技術(shù)，往往造成人們對逆向工技術(shù)的不信任和誤 解。世紀模具網(wǎng)5V.p!s;EAv#S通常所 說的逆向工程軟件，是專指用于進行點云的噪聲濾除、補點、內(nèi)插補、細線化、曲線建構(gòu)、曲面建構(gòu)、曲面修改等操作的軟件，可以IGES,.DXF、STL 等多種格式輸出，常用的有：UG/ImageWare(Surfacer)，它作為UGNX中提供的逆向工程軟件，具有強大的測量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、 誤差檢測功能?？梢蕴幚韼兹f至幾百萬的點云數(shù)據(jù)。ImageWare的模型檢測功能可以方便、直觀地顯示所構(gòu)造的曲面模型與實際側(cè)量數(shù)據(jù)之間的誤差以及平 面度、真圓度等幾何公差。世紀模具網(wǎng) r.Huy:pCeoMagic是美國RainDrop毓麗逆向工fNC軟件，具有豐富的數(shù)據(jù)處理手段，可以根據(jù)測量勢據(jù)快助造出多張連續(xù)的曲面模型。軟件的應拜領(lǐng)域包括了從工業(yè)設計到醫(yī)療仿真等諸多方面。世紀模具網(wǎng)9SzT w9R?CopyCAD 是英國DELCAM公司系列CAD產(chǎn)品中的一個，主要進行測量數(shù)據(jù)的曲面造型:DELCAM的產(chǎn)品涵蓋了從設計到制造、檢測的全過程。包括 PowerSHAPE,PowerMILL;PowerINSPECT,ArtCAM,CopyCAD、PS-TEAM等諸多軟件產(chǎn)品作為系列產(chǎn)品 的一部分，CopyCAD與系列中的其他軟件可以很好地集成。世紀模具網(wǎng)pF$C6yy!ggl以上介紹的是目前較常見的逆向工程軟件在國內(nèi)能夠見到的商品化的逆向工程軟件基本上均是國外的。世紀模具網(wǎng)5trgfHo三、逆向工程技術(shù)的應用世紀模具網(wǎng)jhx5DJ5mOO逆 向工程的應用模式主要包括:L給定產(chǎn)品樣品，如家電的外殼、鑄件等，采用逆向工程的手段，獲取它的三維CAD模型、繪制產(chǎn)品圖紙，完成產(chǎn)品的數(shù)榨編程及樟 具設計，也就是人們常說的“產(chǎn)品仿制”；2、先用石膏等造型材料，按一定比例設計出產(chǎn)品的外形，然后，采用逆向工程的手段，獲取它的三維CAD模型，這就 是所謂的"工業(yè)產(chǎn)品設計"；3、測量產(chǎn)品的三維點云，與CAD模型進行比較，分析產(chǎn)品的制造誤差，即產(chǎn)品檢測。世紀模具網(wǎng) lo+s0q!e.V%r!F從逆向工程的概念和技術(shù)特點以看出，逆向工程的應用領(lǐng)域，主要是飛機、汽車、玩具、 電子業(yè)、鞋業(yè)、藝術(shù)品翻制、鑄模、人造皮革和家用電器等與模具相關(guān)的行業(yè)；近年來隨著生物、材料技術(shù)的發(fā)展，逆向工程技術(shù)也開始應用在人工生物骨骼、美容 等醫(yī)學領(lǐng)域。但是其最主要的應用領(lǐng)域還是在模具行業(yè)。山東大學是省內(nèi)最早從事逆向工程研究的單位之一，山東大學機電工程實驗室通過逆向工程技術(shù)完成的部分 產(chǎn)品的三維造型。世紀模具網(wǎng).O 4p(yx?_%C9JZ.P5y S世紀模具網(wǎng)Z1LQVcj:l:e由 于模具制造過程中經(jīng)常需要反復試沖和修改模具型面。若測量最終符合要求的模具并反求出其數(shù)字化模型，在重復制造該模具時就可運用這一備用數(shù)字模型生成加工 程序，可以大大提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。逆向工程技術(shù)在我國，特別是以生產(chǎn)各種汽車、玩具配套件的址區(qū)、企業(yè)有著十分廣闊的應用前景。這些地 區(qū)、企業(yè)經(jīng)常需要根據(jù)客戶提供的樣件制造出模具或直接加工出產(chǎn)品。在這些企業(yè)，測量設備和CAD/CAM系統(tǒng)是必不可的，但是由于逆向工程技術(shù)應用不夠完 善，嚴重影響了產(chǎn)品的精度以及生產(chǎn)周期。因此，逆向工程技術(shù)與CAD/CAM系統(tǒng)匡結(jié)合對這些企業(yè)的應用有重要意義。這一點我們在多年的技術(shù)服務過程中深 有體會。一方面各個模具企業(yè)非常歡迎在企業(yè)推廣逆向工程技術(shù)，在另一方面又苦于缺乏必要的指導和合適的軟件產(chǎn)品。這種情況嚴重制約了逆向工程技術(shù)在模具行 業(yè)的推廣。與CAD/CAM系統(tǒng)在我國幾十年的應用時間相比，逆向工程技術(shù)為工程技術(shù)人員所了解只有十幾年甚至幾年的時間。時間雖短，但逆向工程技術(shù)廣泛 的應用前景已經(jīng)為大多數(shù)工程技術(shù)人員所關(guān)注，這對提高我國模具制造行業(yè)的整體技術(shù)含量，進而提高產(chǎn)品的市場競爭力具有重要的推動作用。世紀模具網(wǎng),s,t"S VJ$Xe!p四、結(jié)論世紀模具網(wǎng)"!k O7f5B本 文簡要論述了逆向工程技術(shù)的基本概念和發(fā)展，列舉了主要的逆向工程設備和應用軟件，分析了逆向工程技術(shù)的特點，對逆向工程技術(shù)和現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)的 關(guān)系進行了較全面的介紹和總結(jié)。結(jié)合我們的實踐經(jīng)驗.介紹了逆向工程技術(shù)的應用領(lǐng)域;由于逆向工程是一門較新的高技術(shù)，無論是測量設備，還是應用軟件都還 存在一些不很完善的方面，能夠熟練掌握、應用這門技術(shù)的技術(shù)人員還不是很多，急需開展這方面的培訓和普及工作。目前，我國正在成為世界制造中心，而我省也 正在打造山東半島制造基地，可以預見到逆向工程技術(shù)在我國，特別是在我省，將會有具大的發(fā)展前景。_IuN$TWU)q