逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用分析

摘要：在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的環(huán)境背景下，工業(yè)產(chǎn)業(yè)受到了很大挑戰(zhàn)，尤其是一些中小規(guī)模的企業(yè)更是面臨著巨大的危機(jī)，因此企業(yè)需要積極地采取新的概念來適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。逆向工程技術(shù)在現(xiàn)代化市場(chǎng)發(fā)展中具有重要作用，通過這一技術(shù)能有效縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，從而提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。文章對(duì)逆向工程技術(shù)以及其應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)預(yù)處理；曲面重構(gòu)；工業(yè)產(chǎn)業(yè)；產(chǎn)品生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP391 文章編號(hào)：1009-2374（2016）25-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.023

在現(xiàn)代社會(huì)中，市場(chǎng)產(chǎn)品的變化非?？欤懿荒苷业揭粋€(gè)合適產(chǎn)品是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展下去的關(guān)鍵。但由于很多產(chǎn)品在市場(chǎng)中只能找到簡(jiǎn)單的模型，因此無法得到圖紙以及產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，因此也就無法將產(chǎn)品數(shù)據(jù)尺寸進(jìn)行正確的把握，給后續(xù)的制造技術(shù)發(fā)展帶來了影響。在當(dāng)前來說，亟需利用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)于實(shí)體進(jìn)行處理，從而得到模型。逆向工程技術(shù)就是這樣的一種技術(shù)方式，對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用。下面將對(duì)逆向工程技術(shù)以及其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 逆向工程技術(shù)概述

逆向工程技術(shù)是反向工程，它主要是根據(jù)一個(gè)實(shí)物的產(chǎn)品，通過三維數(shù)字分析和掃描的方式來快速地對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，然后通過三維方式將曲面進(jìn)行重新修建，最后再傳遞給一般的CAD系統(tǒng)。通過CAM編出刀具程序傳遞給CNC加工設(shè)備，從而得到相同的模型。也就是說逆向工程是通過現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行解剖和深化，從而從反向的角度來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。逆向工程主要包含了以下三個(gè)類型：實(shí)物反向、軟件反向和影像反向。實(shí)物反向主要指的是對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量分析和再生產(chǎn)，它具有性能逆向、功能逆向和結(jié)構(gòu)逆向等不同的功能，而且這種功能的主要目標(biāo)可以是一個(gè)整體，同時(shí)也可以是一個(gè)零部件，都能實(shí)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)。軟件反向技術(shù)主要是將產(chǎn)品樣本的設(shè)計(jì)圖以及使用手冊(cè)等來進(jìn)行的反向設(shè)計(jì)，主要分為三類：實(shí)物和技術(shù)軟件、只有技術(shù)軟件以及只有實(shí)物的。影像反向這種逆向技術(shù)的存在指的是即便沒有實(shí)物和技術(shù)軟件，只需要從產(chǎn)品廣告和參考圖片等方面就能根據(jù)資料進(jìn)行反向的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，這種方式就叫做影像反向。

2 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)的采集首先是采用特殊的采集設(shè)備和方法來獲得產(chǎn)品外觀的輪廓坐標(biāo)，然后再對(duì)產(chǎn)品的集合外形變成數(shù)字化內(nèi)容。這種方式主要通過測(cè)量將產(chǎn)品的三維坐標(biāo)進(jìn)行掃描，得到精確的數(shù)據(jù)內(nèi)容，然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)再進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而形成各個(gè)不同的組成元素，例如圓和長(zhǎng)方體等。通過數(shù)字方式來計(jì)算出外觀的形態(tài)以及位置等。當(dāng)前進(jìn)行數(shù)據(jù)采取主要有兩種方式：一種是通過接觸方式直接采取數(shù)據(jù)；另一種是通過非接觸的方式來獲取數(shù)據(jù)。接觸式數(shù)據(jù)獲取方式通過采用三坐標(biāo)丈量機(jī)對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，并且明確測(cè)量點(diǎn)數(shù)以及其分布的區(qū)域，同時(shí)要進(jìn)一步明確進(jìn)行測(cè)量的路徑，必要的情況下會(huì)采取碰撞檢查方式。這種接觸式的檢測(cè)方式速度比較慢，同時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)量也比較少，無法真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)物外形還原。而在非接觸數(shù)據(jù)采集的過程中，主要通過光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。這種方式具有高精確度和速度快的優(yōu)點(diǎn)，能避免出現(xiàn)誤差，同時(shí)測(cè)頭產(chǎn)生的光斑也可以做到很小，能探測(cè)到內(nèi)部比較難測(cè)量的部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量產(chǎn)品的真實(shí)輪廓展現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于測(cè)量設(shè)備上的缺陷或者測(cè)量方式上的問題等，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的最終結(jié)果受到影響，從而產(chǎn)生誤差，尤其是一些邊緣部分或者是尖銳的部分，測(cè)量中尤其容易出現(xiàn)失誤。通過數(shù)據(jù)的預(yù)處理方式能將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，從而減少誤差的出現(xiàn)。預(yù)處理當(dāng)中包括了去除誤差的點(diǎn)、精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)以及提取特征等。

去除誤差點(diǎn)，誤差點(diǎn)也是失真點(diǎn)，主要是由于測(cè)量設(shè)備參數(shù)或者其他的外部因素而導(dǎo)致的誤差出現(xiàn)。如果采取人工的方式進(jìn)行操作，那么所產(chǎn)生的誤差點(diǎn)更加明顯。因此在數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程中最為重要的一部分就是將數(shù)據(jù)的誤差點(diǎn)找出來。在同一個(gè)截面掃描當(dāng)中，如果一點(diǎn)與它的臨近點(diǎn)之間有著明顯的偏差問題，那么這個(gè)點(diǎn)就可以看作是誤差點(diǎn)。對(duì)誤差點(diǎn)進(jìn)行判斷的過程中可以通過直觀的觀看法或者角度判斷等方式進(jìn)行檢查。

數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)也是數(shù)據(jù)預(yù)處理當(dāng)中的重要部分。通過測(cè)量?jī)x器而測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)是十分復(fù)雜的，當(dāng)中有著很多數(shù)據(jù)內(nèi)容，但這些數(shù)據(jù)并不能直接地全部拿來進(jìn)行曲面構(gòu)造。同時(shí)較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)算過程中浪費(fèi)大量的時(shí)間，從而導(dǎo)致整體的建模時(shí)間有所延長(zhǎng)。通過精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)方式，也就是將單重原始的內(nèi)容和一些沒有實(shí)際用處的數(shù)據(jù)進(jìn)行清理。

在反向工程技術(shù)中，有時(shí)需要測(cè)量的產(chǎn)品尺寸是比較大，已經(jīng)超出了實(shí)際的測(cè)量范圍，因此在對(duì)這種產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量的過程中就需要通過多個(gè)不同視角共同測(cè)量的方式來獲得更多的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以此作為數(shù)據(jù)支持。多視角測(cè)量方式逐漸將實(shí)物通過不同的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，從而獲得表面的數(shù)據(jù)。因?yàn)樵跍y(cè)量過程中的點(diǎn)都是不同的，因此測(cè)量所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)所反應(yīng)的部分也都有所不同。我們將這種數(shù)據(jù)對(duì)其的方式稱作為多視點(diǎn)云對(duì)齊。

此外，在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中還包含了數(shù)據(jù)的提取以及數(shù)據(jù)分塊部分。數(shù)據(jù)提取是測(cè)量數(shù)據(jù)當(dāng)中比較重要的一部分，通過提取的方式才能獲得到更多有用的點(diǎn)，從而利用這些點(diǎn)就能獲得一個(gè)面。將不同的數(shù)據(jù)分布成為不同類型的區(qū)域，從而得到各個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)區(qū)域。

2.3 曲面重構(gòu)

曲面重構(gòu)當(dāng)中主要根據(jù)數(shù)據(jù)采取的信息來恢復(fù)產(chǎn)品的模型，是反向工程當(dāng)中的重要組成部分。在曲面重構(gòu)中包含了基于曲線的曲面重構(gòu)以及基于測(cè)量點(diǎn)的直線重構(gòu)?；谥本€的曲面重建主要是以數(shù)據(jù)分割為基礎(chǔ)在用測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)擬合出畫面的網(wǎng)絡(luò)樣條曲線，從而通過CAD等系統(tǒng)方式來對(duì)這些樣條進(jìn)行混合和重組，從而形成一個(gè)曲面模型。最后利用過渡和剪裁等方式來將曲面進(jìn)行結(jié)合，最終形成完整的模型。而基于測(cè)量點(diǎn)的直接擬合，這種方式是通過重構(gòu)測(cè)量的集合或者插值曲面。通過這種方式主要將曲面逼近和曲面插值，單重曲面逼近是在構(gòu)建曲面條件下的最為接近的數(shù)據(jù)點(diǎn)，曲面插值則是構(gòu)建一個(gè)順序通過測(cè)量點(diǎn)集的曲面。

3 逆向工程技術(shù)的應(yīng)用

逆向工程當(dāng)前在社會(huì)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，工藝設(shè)計(jì)中需要先利用精密儀器對(duì)實(shí)物進(jìn)行掃描，并將數(shù)據(jù)輸入到電腦當(dāng)中去，從而生成模型。然后經(jīng)工作人員的修改以后就能形成數(shù)據(jù)加工的程序，從而實(shí)現(xiàn)與加工中心之間的合理配合。

3.1 數(shù)字化掃描

所謂數(shù)字掃描主要是通過接觸或者非接觸的激光方式來對(duì)模型的表面進(jìn)行掃描，以便能獲得相應(yīng)的模型坐標(biāo)信息，并將信息資料轉(zhuǎn)存到電腦中。這個(gè)流程也是逆向工程技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。逆向工程技術(shù)本身是一個(gè)推理性的過程，通過反向思維的推理方式逐漸地找到各個(gè)坐標(biāo)的具體數(shù)據(jù)，因此可以說在整個(gè)過程中每一個(gè)步驟都是十分關(guān)鍵的，當(dāng)中任何小的失誤和誤差都將被無限放大。因此，掃描過程的數(shù)據(jù)采集將直接的關(guān)系到未來產(chǎn)品的最終質(zhì)量。當(dāng)前階段我國(guó)主要利用傳感器技術(shù)來進(jìn)行掃描，為數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度提升創(chuàng)造了良好的條件。在進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)據(jù)掃描過程中一定要秉承嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，只有這樣才能促使整個(gè)數(shù)據(jù)收集順利進(jìn)行。

3.2 產(chǎn)品建模

產(chǎn)品建模是通過計(jì)算機(jī)方式來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)踐設(shè)計(jì)，從而形成CAD模型，這個(gè)過程中就會(huì)實(shí)現(xiàn)初步的模型設(shè)計(jì)。在CAD模型設(shè)計(jì)過程中由于過程比較復(fù)雜，因此不能只依靠單一的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的效果下降。對(duì)此，當(dāng)前最為常見的方式是通過多個(gè)數(shù)據(jù)和不同區(qū)域數(shù)據(jù)來進(jìn)行曲面擬合，從而通過不同曲面的連接方式最終形成一個(gè)完整的整體。在產(chǎn)品的建模過程中不僅僅需要有數(shù)據(jù)的支持，還要有專業(yè)軟件和高素質(zhì)的技術(shù)人員作為主要的支持，從而為產(chǎn)品建模的科學(xué)性和合理性提供保障。

3.3 數(shù)控加工

對(duì)產(chǎn)品的加工過程需要根據(jù)零件的加工內(nèi)容以及設(shè)備的工序等進(jìn)行，同時(shí)需要按照先粗糙后精致的原則逐步地進(jìn)行，從而促使整個(gè)加工過程能得到控制，避免誤差的出現(xiàn)。此外，為了能減少重復(fù)定位而導(dǎo)致的誤差出現(xiàn)，需要提升孔系的同軸度，然后再進(jìn)行其他坐標(biāo)位置孔的加工工作。

4 結(jié)語

逆向工程是一項(xiàng)實(shí)用性強(qiáng)，同時(shí)又有著開闊性和創(chuàng)新性的重要技術(shù)。通過對(duì)逆向工程技術(shù)的應(yīng)用能給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供更多的幫助，不僅能縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)也能提高整體的精度。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，未來逆向工程技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和社會(huì)發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

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作者簡(jiǎn)介：盧曉東（1978-），男，吉林長(zhǎng)春人，吉林省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院講師。

（責(zé)任編輯：蔣建華）