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逆向工程综述吕景超逆向工程产生背景•随着工业技术的进步以及经济的发展，在消费者对产品高质量的要求下，产品功能上的要求已不再是赢得市场的唯一条件。产品不仅具有先进的功能，还要有流畅、富有个性的产品外观。这也必然使得产品的外形由复杂的自由曲面组成。但传统的设计，很难用严密、统一的数学语言来描述这些自由曲面。•为适应先进制造技术的发展，需要将实物样件或手工模型转化为CAD数据，以便利用RP、CAM、PDM等先进技术对其进行处理和管理，并进一步改进和设计优化。•解决方案：从样品→数据→设计优化→产品•而逆向工程就是专门为实现从实物物体到几何模型的直接转换而产生的。逆向工程定义•“逆向工程”（ReverseEngineering，RE）也称反求工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检测。•广义逆向工程：消化吸收先进技术的一系列工作方法的组合。包括：影响逆向、软件逆向和实物逆向等•实物逆向工程：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有的产品和食物转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上进行深化再创造。逆向工程的应用•在对产品的外形的美学有特别要求的领域。•产品设计需要通过实验测试才能定性的工件模型•在没有设计图纸或设计图纸不完整，以及没有CAD模型情况下•在模具行业需要反复修改原设计模具型面•很多产品很难用基本几何形状来表现与定义，例如：流线型产品、艺术浮雕及不规则线条等•新产品开发、创新设计•破损文物、艺术品的修复•特种服装、头盔的制造以及RPM（快速成型）中逆向工程系统框架组成产品实物的数字化测量•产品表面数字化又称数据测量，是指通过特定的测量设备和方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据。在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。•各种测量方法的具体分类：测量设备目前，国外主要测量设备厂家有：美国的Sheffield公司、FARO公司、OGD光学测量公司、Zeiss公司；英国的MS公司、LK公司；意大利的DEA公司等。国内：中航精密机械研究所、北京机床研究所、上海光学仪器厂、新天精密光学仪器公司等各种典型测量设备测量方式的对比•接触式测量有以下优点：1、接触探头发展时间长，技术成熟，故有较高的准确性和可靠性。2、接触测量的探头直接接触工件表面，故对工件表面的反射特性，颜色和曲率等要求不高3、被测物体固定在三坐标测量机上，配合测量软件，可快速准确的测量出物体的基本几何形状。如面、圆、圆柱、圆球等接触式测量缺点：1、为保证准确测量而使用特殊夹具，测量费用高。2、球型探头很容易因为接触力而磨损。3、不当的操作容易损害工件重要部位。4、测量速度慢。逐点方式测量5、测量内部元件时有先天限制（探头直径等）6、测量系统的支撑机构存在静态或动态误差7、测量接触面积与工件表面纹路几何形状相关，不能保证处处相等。8、由于探头触发机构的惯性及时间延迟，会产生动态误差。三坐标测量机与接触式相比非接触式有以下优点：1、不必做探头半径补偿，激光位置即工件表面位置2、测量速度非常快，不必逐点测量3、软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量缺点：1、易受工件表面特性的影响（粗糙度、颜色、曲率、反射特性等）2、激光测量机易受环境影响（光线、杂散光等）3、对边线处理、凹孔处理以及不连续形状的处理较困难4、成像镜头的焦距会影响测量精度意大利ATOS（结构光法）•各种测量方法比较从表中看出，各种测量方式都有局限，则对于逆向工程而言应满足以下要求：1、采集精度应满足工程实际需要。2、采集速度要快，尽量缩短采集时间3、采集数据要完整，不能有缺漏4、采集过程中，不能破坏原型5、降低测量成本测量数据的输出•常用的数据输出格式有：STL格式、IGES、IBL、STEP、OBJ、BMW等三坐标测量仪测得汽车外壳点云数据CAD模型的重建•重建流程模型重建•CAD模型重建是整个过程最关键、最复杂的环节总的来说，影响CAD模型重建的主要由两部分：逆向工程软件工作人员•逆向工程软件目前世界四大逆向工程软件：1、Imageware美国EDS公司2、CopyCAD英国DelCAM公司3、GeomagicStudio美国Raindrop公司4、RapidForm韩国INUS公司此外，在一些CAD/CAM集成系统中也集成了类似的模块，如CATIA、Pro/E、Cimatron、UGNX3.0中都有专门的逆向模块。产品设计人员一个有经验的逆向工程人员，在模型重建之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，然后做出判断选择合理的逆向重建方法、设计方案和进程规划。前期信息：实物样件的几何特征、数据特点等后续应用：结构分析、加工、制作模具、快速原型等选择有效地造型方法、支撑软件、模型精度和模型质量。产品或模具制造完成实物的CAD模型重建后，可在CAD软件中进行模具设计，通过数控加工制造原型，亦可以利用快速技术制造模具和原型。一方面为模型的修改和再设计提供实物样品另一方面对一些特殊材料可以直接制造出产品模具逆向工程快速原型集成技术•快速原型制造技术RP&M是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术。•快速模具制造技术RT是利用快速原型技术，制造快速模具RP+RT提供了从模具的CAD模型到直接制造模具的新概念方法。RP&M基本流程•利用计算机辅助设计或实物逆向工程，采集有关原型或零件的组合信息（几何形状、结构、材料）•机电集成制造系统逐点逐面进行材料的“三位堆彻”成型•进行后处理，以达到外观、强度、性能等设计要求•传统切削加工是材料的切削过程，去除不要的部分•RP是将计算机辅助设计产生的实体模型由层层堆彻的方式，快速、自动的制造出来。其核心是产品CAD模型直接驱动优点•可制作任意复杂的形状或细微机构的物体•完全摆脱切削加工的限制•克服手工模具易失真的缺陷•节约成本，同时缩短加工时间RT•将模具的概念、设计及加工工艺集成在一个CAD/CAM系统内•可以解决大量传统方法难以解决的问题•可以制造任意复杂形状•适用于各种场合（单件、复杂、注塑模、金属模）且磨具材料可以强韧化和复合化•生产周期短，成本低，有显著的经济效益。快速模具的方法•直接制模法1、形状沉积（SDM）制造2、AIM快速制模工艺3、激光选区烧结（SLS）4、三维打印（3D-P）工艺5、LENS工艺6、DSPC工艺•间接制模法硅橡胶模、树脂型复合模具、金属喷涂法、点成型制模法、沉积技术、电铸模、铝颗粒增强环氧树脂模具、硅胶—陶瓷型橡胶模、快速精密铸造模具、粉末冶金快速模具对比直接法：制造环节简单，能够充分发挥RP技术的优势，对于复杂零件的的内流道冷却模具与零件的处理，有其独特的优势。但在模具的精度和性能控制方面比较困难。后处理设备和工艺使成本较高，模具尺寸也受限制。间接法：由于成熟的翻制技术的多样性，可以根据不同的应用要求，选着不同复杂程度和成本的工艺，可以较好的控制模具精度、表面质量、机械性能与寿命，还可以满足经济性要求。目前，工业界多使用间接快速模具制造技术。