高翔

摘 要：隨著智能制造的逐步發(fā)展，對生產(chǎn)設(shè)計的相關(guān)員工提出了更高的技術(shù)要求，有關(guān)人員應能夠熟練地運用CAD、CAM等工具來完成相關(guān)的工作。主要分析了逆向工程技術(shù)，并針對其在機械制造領(lǐng)域的應用進行了研究。

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù);機械制造領(lǐng)域;應用

引言

目前，逆向造型、精密測量與檢驗等崗位具有越來越重要的地位。通過將逆向工程技術(shù)與CAD、CAM等先進的制造技術(shù)相結(jié)合，能夠為計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的發(fā)展提供一個新的發(fā)展思路。對逆向工程技術(shù)進行研究和分析，能夠有效地提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計水平。

一、逆向工程技術(shù)概述

1. 逆向工程技術(shù)的基本概念

逆向工程又名反向工程，簡稱RE，是一種產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)再現(xiàn)過程，即對一項目標產(chǎn)品進行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計要素，以制作出功能相近但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析，其主要目的是在不能輕易獲得必要生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析推導出產(chǎn)品的設(shè)計原理。

2. 逆向工程技術(shù)的分類

逆向工程技術(shù)根據(jù)所求的數(shù)據(jù)可以劃分為幾何反求、工藝反求以及材料反求等。幾何反求就是根據(jù)實物樣品的幾何輪廓中的數(shù)字化信息來反求出樣件的CAD模型。通過利用三維掃描儀能夠?qū)嵨镞M行專業(yè)化的精準掃描，進而將搜集到的產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)進行處理，在軟件中實現(xiàn)對數(shù)據(jù)模型的CAD重構(gòu)，從而得到樣件的三維實體模型。

二、逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)

1. 常用的測量技術(shù)

在逆向工程中常用的有3種測量方法，分別是接觸式測量、非接觸式測量以及逐層掃描式測量。（1）接觸式測量，一般在物理模型上打點時使用這種方法，通過利用三坐標測量機提取三維坐標打點的相關(guān)信息，接觸式測量精度高，但測量效率較低。（2）非接觸式測量，這種方法所能獲得的測量數(shù)據(jù)較多，信息的密度較大，測量進度也好，因此在實際逆向開發(fā)的過程中得到了廣泛地應用，在一定程度上提高了工作的效率。（3）逐層掃描式測量，這種方法不僅能夠得到產(chǎn)品外形的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，還能對產(chǎn)品的內(nèi)部形狀數(shù)據(jù)等進行逐層掃描和分析，能解決前面兩種無法測量物體內(nèi)部輪廓的問題。

2. 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)分割就是根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面類型，將屬于同一子曲面類型的數(shù)據(jù)分為一組，將全部數(shù)據(jù)劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據(jù)域，后續(xù)的曲面模型重建時，先分別擬合單個曲面片，再通過曲面的過渡、相交、裁減、倒圓等手段，將多個曲面“縫合”成一個整體，對模型進行重建。數(shù)據(jù)分割可以分為自動分割和基于測量的分割兩種方式，自動分割又包括了基于面和基于邊的兩種基本方法。（1）基于面的數(shù)據(jù)分割是以曲面光滑連續(xù)為前提，對具有相同曲面性質(zhì)的點進行推斷，并根據(jù)相應參數(shù)的性質(zhì)來對相同面的點進行判斷，由于實際生活中的物體并不是完全光滑和連續(xù)的，因此使用這種方式推斷出的參數(shù)也存在一定的誤差;基于邊的數(shù)據(jù)分割是要先將數(shù)據(jù)點集中起來，根據(jù)各種特征對具有相同類型的曲面片的邊界點進行判斷，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分割，這種方式的缺點在于尖銳邊上的測量數(shù)據(jù)準確性較低。（2）基于測量的分割是在測量的過程中，有關(guān)工作人員將實物的外形特征進行分類，具有不同的外形特征的曲面被分成不同的子曲面，將其結(jié)果導入到CAD中，能夠?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)類型進行高效地處理和分析，為之后的造型提供一定的便利，這種方式在測量曲面特征明顯的實物外形時最為適用，也可用于接觸式的測量中。

3. 曲面重構(gòu)技術(shù)

在逆向工程中曲面重構(gòu)技術(shù)是一項關(guān)鍵的技術(shù)，在開始進行工作前，應對相關(guān)的零件進行檢查和分析。一方面，需要形成一套完善的設(shè)計方案，在設(shè)計時考慮到前后的流程和具體的措施，之后再對模型的特征區(qū)域進行劃分，最后對整體的設(shè)計思路進行整合，制定出更加完善的設(shè)計方案。另一方面，需要確定構(gòu)成設(shè)計模型的曲面類型，在進行曲面重構(gòu)的過程中選擇合適的方法和工具來促進曲面重構(gòu)技術(shù)的順利進行。

三、逆向工程技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的應用

1. 損壞或磨損零件的還原

對于一些損壞或者磨損的零件，能夠利用逆向工程技術(shù)對特征參數(shù)進行提取，之后對其進行還原和修補。由于零件表面已經(jīng)發(fā)生磨損，這就容易在測量時出現(xiàn)誤差，因此逆向工程系統(tǒng)需要具有一定的推理和判斷能力。

2. 新產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域的應用

逆向工程能夠為機械制造領(lǐng)域提供一個高效的模型重構(gòu)全新手段，幫助該領(lǐng)域完成從實物到三維模型的直接轉(zhuǎn)換。在工業(yè)設(shè)計的過程中，存在一些產(chǎn)品對于外觀的設(shè)計有特殊的要求，必須在設(shè)計中充分地考慮到產(chǎn)品外形的藝術(shù)性和美觀性。如汽車、飛機等產(chǎn)品的設(shè)計，這些產(chǎn)品都是需要相關(guān)的設(shè)計師先結(jié)合產(chǎn)品的美觀性和藝術(shù)性來建立一個比例模型，之后再進行一系列的實驗，對模型產(chǎn)品進行必要的評估，逐步地完善設(shè)計方案，最后利用逆向工程技術(shù)將三維的CAD模型轉(zhuǎn)化成實物，這不僅能夠減少產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的周期，也能提高生產(chǎn)效率。

3. 模具制作領(lǐng)域的應用

在傳統(tǒng)的模具制造過程中，需要對模具進行反復地試模和修改，最終得到滿足要求的模具。逆向工程技術(shù)能夠?qū)颖灸＞咦鳛楫a(chǎn)品的對象，對滿足要求的模具進行測量，在重建數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上生成加工程序，提高模具的生成效率，降低模具的生產(chǎn)成本。

4. 工藝藝術(shù)品的復制

對于一些有價值的工藝品來說，復制也是一項具有重大意義的工作，如一些手工藝大師的作品大多都只有一件，但是如果需要對其進行推廣應用，就需使用逆向工程技術(shù)得到工藝品的三維數(shù)據(jù)信息，建立實物的三維模型，有助于藝術(shù)品后續(xù)進行復制推廣。

結(jié)語

逆向工程技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的應用十分廣泛，具有成本低、研發(fā)周期短等優(yōu)勢，這項技術(shù)在后續(xù)的發(fā)展中將會具有更加明顯的優(yōu)勢和更為廣闊的應用空間，從而為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計師實現(xiàn)產(chǎn)品造型的設(shè)計提供全新的方式。

參考文獻：

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