产品
0 概述
逆向工程(reverseengineering，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。
快速成型(rapidprototyping，RP)技术，是兴起于20世纪80年代中后期的一项先进制造技术。它借助计算机辅助设计(CAD)或由逆向工程采集到的产品、零件(或部件)的形状、结构和材料，最后通过计算机辅助制造(CAM)完成。快速成型技术的主要技术特征是成型的时间短，准确性高。
通过逆向工程，可以方便地对快速成型制得的产品原型进行快速、准确的测量，找出产品设计中的不足，重新设计。经过多次的反复迭代，可使产品更加完善。快速成型技术中引入逆向工程，形成了一个如图l所示的包括设计、制造、检测的快速设计制造闭环反馈系统。这样，可以充分挖掘快速成型技术的潜能，扩展它的应用范围。正因如此，一般快速成型系统都有配套的快速逆向工程系统。
图1闭环设计制造系统
1逆向工程常用的软件
a)Imageware软件：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，Audi，Bee—ing，GM，Ford，Raytheon，Toyota，Daimler-Berm，Chrysler，Hyundai，Volkswagen，Honda，Nissan，Mazda，Isuzu，Peugeot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classI曲面生成工具；Verdiet一对测量数据和CAD数据进行对比评估；
Buildit——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)GoomaglcStudio软件：由美国Raindrop公司研发出品的一种三维检测软件和逆向工程软件，该软件能很容易地从扫描所得的点云数据中创建出完美的多边形模型和网格，并能自行更改而构造出多张连续的曲面。
c)CopyCAD软件：由英国DELCAM公司出品的功能强大的逆向工程系统软件。该软件主要处理测量数据的曲面造型。CopyCAD软件用户界面非常简单，对于初次学习者或使用者来说这点很占优势。使用CopyCAD软件能够实现对数字化数据的快速编辑，使其产生具有高品质的复杂曲面。
d)RapidForm软件：由韩国INUS公司出品的功能也很强大的逆向工程系统软件。RapidForm软件提供了新一代运算模式，运算速度加快，增强了扫描品质，大大提高了工作效率。对于高级光学3D扫描仪产生的非常庞大的数据，以前需要配置很高的电脑硬件才能对其进行运算，现在RapidForm软件对其进行的运算使用了更少的系统资源，突显出RapidForm软件的优势。
e)QuickForm软件：由国内逆向工程领域专业人士研发的逆向工程软件。该软件采用先进的几何引擎，运行稳定性好，并有良好的符合国内用户习惯的操作方式和功能设置。此外，国外逆向工程软件价格昂贵，所以，该软件还具有国外软件无可比拟的价格优势。
2 逆向工程中的测量(三维模型数据的获取)
数字化测量技术就是利用各种数字化测量手段获得产品原型的三维模型数据。常用的数字化测量方法主要分为破坏性测量和非破坏性测量两大类。顾名思义，破坏性测量就是对实物原型进行或多或少的破坏(层去)才能测量得到三维模型数据的方法，非破坏性测量则是保持实物原型完整无损就能得到三维模型数据的方法。非破坏性测量又包括传统的接触式测量法和非接触式测量法两种。比如三坐标机测量法(coordinatemeasurementmachine，CMM)等就是传统的接触式测量法，非接触式测量法主要有结构光法、全息干涉法、工业CT法、核磁共振图像法和超声波断层法等。属于破坏性测量方法有层去图像法等多种。
常用的数字化测量方法的系统精度、系统成本、测量速度等特性见表1说明。
表1几种常用数字化测量方法特性对比
从表1可以看出，要找出一种测量精度高，测量速度快，不受外界条件限制，也不受实物形状限制，对内外轮廓都能测量，而且系统成本又不高的完美的测量方法是不可能的。所以要根据实际情况而选择一个最适合的测量方法。
3 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。
a)数字化测量得到实物原型的三维模型数据(即点云)。为了保证重构的精度，需要创建基准平面，将点云数据与之对齐。图2是扫描完成后经过点云对齐、光顺和稀化后得到的点云文件，这时就可以输出STL文件，以便用Imageware软件对点云进行后续处理。
图2点云数据
b)根据物体形状，选择截面，截取点云数据。根据曲面曲率变化情况来选择截面间距。曲率变化越大，要保证其精度，截面间距必须越小。根据截取的点云数据，拟合曲线。对于复杂物体要进行分割，然后再对分割部分单独进行拟合(图3)。
图3重构的特征曲线
c)根据拟合成的曲线生成曲面(图4)。
图4重构的曲面
d)Imageware软件提供了强大的误差分析功能，可以分别对重构的线、面与原始点云进行比较，误差的大小以不同的颜色显示出来，结果很直观。如果某些部位偏差过大，说明特征曲线拟合精度不够，或是特征曲线数量太少，不能反映出样品的实际形状，或是曲线拟合时的方法不对。在这种情况下，则应该重新对特征曲线进行拟合，直到达到误差要求(图5)。
图5重构的误差
4 结束语
总而言之，逆向工程在快速成型制造领域中发挥着日趋重要的作用。它的诞生，改变了传统意义上的正向对产品开发设计和制造模式的方法，大大缩短了产品的开发周期。目前，逆向工程中还有很多问题需要解决，比如文中所提到的测量过程的精度、测量系统的成本、测量时间等。除此之外，逆向工程软件本身也存在或多或少的误差，还有操作者自身的经验和素质等，这些都会影响到最终产品的品质与精度。随着社会的进步和科技的发展，这些问题与不足之处一定会在今后得到完善。
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