逆向工程技术现状及发展前景
概念
逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。
分类
从广义讲，逆向工程可分以下三类：
1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件或组件。
2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。
3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。
工艺过程
逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。
(1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。
(2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。
(3) 模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。
逆向工程技术过程图解：
存在的问题
尽管经过多年的发展，逆向工程研究领域取得了上述的研究成果，但在应用方面、理论方面仍然很不成熟，还有若干问题有待于解决
（1）缺乏统一的逆向工程的概念、标准术语。导致了研究人员在交流上的困难，不利于工具的研制，也不利于逆向工程技术的应用
（2）缺乏统一的逆向工程机制的分类框架。导致不同工具或技术比较功能和性能时的困难。
(3)缺乏对逆向工程工具的广泛使用。逆向工程工具缺乏与其它开发工具的有效集成，影响到使用的普及，导致逆向工程技术发展上的困难
(4)缺乏对现有工具和理论进行有效评估的标准及工具.尽管出现了一些评估技术及其应用，还是缺乏统一的评估标准，缺乏有效的验证工具的支持，无法确定逆向工程技术是否得到提高，导致逆向工程工具发展上的困难。
发展前景
逆向工程做为一种非常高效的产品设计思路和方法，可以迅速、精确、方便地获得得实物的三维数据及模型。为产品提供先进的开发、设计及制造的技术支撑。它改变了传统产品设计开发模式, 大大缩短了产品开发的时间周期,提高产品研发的成功率。目前，逆向工程在各个领域发挥着重要作用，比如汽车外观设计、医学上的人工器官等。但逆向工程的主要应用部分还是在模具专业上，它大大促进了我国制造业的发展。
逆向工程设计的最新国内外进展 逆向工程的现状及发展前景 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 逆向工程设计实施步骤如下: (1)设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。 (2)零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用3D 扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。 (3)提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法一般可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。 (4)零件CAD 模型的重建。将分割后的三维数据在CAD 系统中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的CAD 模型。 (5)重建CAD 模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往存在一些数字误差，所以需要对曲面或曲线进行光顺处理，提高曲面质量。另外还要检验重建的CAD 模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件的标准 1．1接触式测量系统 接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine，CMM) 可谓接触式测量的代表。接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原理，通过探头测取三维几何坐标数据。操作者事先设计规划好测量途径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数据。一般来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精度高，对被测物体的材质和色泽没有特殊要求。其主要缺点是测量效率低，测量探头的半径必须进行补偿，并且有可能会出现探头测不到的盲区。使用自动测量还有较多的参数必须决定，包括探头形状和大小、扫瞄间隔、步进距离、误差容许量、扫瞄速度、扫瞄方向等，这些都过分依赖操作者的经验，特别是在测量复杂产品零件时，确定最优的采样策略和路径较困难。另外，由于存在测量力，接触式三坐标测量机无法在一些软质表面进行测量。 1．2非接触式测量系统 非接触式测量根据测量原理的不同，大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。在逆向工程中最为常用是较为成熟的光学测量方法。其可分为：①基于光学三角形原理的激光扫描法；②基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法；③基于工业CT 断层扫描图像法；④立体视觉测量方法。使用非接触测量产品零件测量速度快，不需要进行探头半径补偿。由于不存在测量力，可对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描。但工件坐标定位较困难，测量精度较低，陡峭面不容易测量，另外被测产品零件表面特征(颜色、反光度、粗糙度、形状等) 对测量的精度影响较大2逆向工程的数据处理及常用软件数据处理是逆向工程的一个重要的技术环节，它决定了CAD 模型重建过程是否能够方便、准确地进行。使用测量设备测取的三维几何坐标数据都是一些离散点的点云数据，其中存在着噪声点，所以还需要相应的软件来处理点云数据。点云数据的处理包括噪声去除、多视对齐、数据精简、数据光
逆向工程的现状及发展前景 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 逆向工程设计实施步骤如下: (1)设计前的准备工作。设计之前应确定设计的整体思路，对实物模型进行系统的分析，划分出模型的特征区，确定模型的基本构成形状的曲面类型，这些关系到相关软件的选择和软件模块的确定。 (2)零件原形的数字化。根据测量对象的特点确定扫描方法以及扫描设备，利用3D扫描测量设备来获取零件实物表面点的三维坐标值。 (3)提取零件的几何特征。按测量数据的几何属性对其进行分割，分割方法一般可分为两类，一类是基于边界分割法，一类是基于区域分割法。区域分割法将相似几何特征的点划为同一区域，具有明确的几何意义，是较为常用的分割方法。
(4)零件CAD模型的重建。将分割后的三维数据在CAD系统 中分别做表面模型的拟合，并通过表面片的拼接获取零件实物表面的 CAD模型。 (5)重建CAD模型的检验与修正。由于测量得到的数据点往往 存在一些数字误差，所以需要对曲面或曲线进行光顺处理，提高曲面 质量。另外还要检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能 指标的要求，对不满足要求的应进行适当的调整修改，直至达到零件 的标准 坐标测量机 接触式非接触式 机械手坐标测量机光学测量机声学测量机磁学测量机结构光法激光三角形法激光测距法干涉测量法图像分析法 1．1接触式测量系统 接触式三坐标测量机(Coordinate Measure Machine，CMM)可 谓接触式测量的代表。接触式三坐标测量机通常是基于受力变形的原 理，通过探头测取三维几何坐标数据。操作者事先设计规划好测量途 径与方式，三坐标测量机便会按照所指定的路径测取三维几何坐标数 据。一般来说，接触式三坐标测量机测量较稳定，易于定位，测量精
逆向工程应用现状及研究方向 [摘要] 近年来, 逆向工程作为一种新的产品设计思想和方法越来越广泛地用于工业领域, 并取得了不少成果。本文全面地总结了反向工程的环节、目前的研究应用状况及现有系统的不足之处, 进一步提出了今后逆向工程的研究方向。 [关键词] 逆向工程几何建模集成系统 引言 随着科技的发展和市场竞争的日益激烈，对产品的设计提出了更高的要求，即产品多样化、外形美观、更新换代周期短；同时也促进了产品制造过程的发展。近年来，许多产品的设计、制造要求基于现有的原型或实物，由此产生了逆向工程的概念。 逆向工程是指根据实物模型测定的数据，构造出CAD模型的过程。逆向工程为客户和制造者在并行工程环境下应用快速原型技术提供了强有力的工具，是缩短产品开发周期的有效途径，特别是形状复杂的物体或自由曲面组成的物体，例如：流线型物体、人体器官、雕塑品、模具等。这种技术在工程上正得到越来越广泛的应用。 1.逆向工程建模过程 由实物产生CAD设计模型的过程称为逆向工程的几何建模，是逆向工程的关键技术，也是逆向工程的研究重点，此过程分两个阶段：数据采集；CAD模型的建立。 1.1 数据采集 数据采集是由实物测量出数据点的过程，根据测量方式不同，数据采集方法分为接触式和非接触式测量两大类。接触式测量方法是通过传感器测头与样件的接触而记录样件表面点的坐标位置。非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。使用的测量方法及测量设备不同，得到的测量数据组织方式也不同。 数据采集是逆向工程准确建模的基础,采集的质量受很多因素影响, 主要有以下几方面: 测量方法本身的精度、仪器的校准、测量范围的限制、定位的准确性、多视图问题、数据的局部丢失、被测表面的光洁度、零件数据的统计性分布等。由于以上原因, 测量数据需要进行预处理，包含多视拼合、噪声处理及数据精简等多方面的工作。经过预处理的数据才可进行曲面拟合及CAD 模型的建立。 1.2 CAD 建模
逆向工程及其应用 一、什么是逆向工程 随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是在这祥的背景下产生的。 逆向工程RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转人到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产晶设计过程珊们欢去“正向设计”过程。 逆向工程产品设计过程如图一所示，可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程;它针对现有的工件(样品或模型)利用3D数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后，传至一般的CAD/CAM系统.再由CAM软件产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出来。逆向工程在某些方面很像我们常说的“仿制”;可以说，在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程将大有用武之地。
逆向工程技术的应用 仿制、仿造已经成为了我国一部分企业的固定生产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。本文从逆向工程设计的概念出发，阐述了现代制造业中逆向工程的概念以及逆向工程在模具制造等行业中的作用。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应
用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。
摘要 与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。 逆向工程实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向工程技术涉与计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科。本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以与逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程CAD/CAM solidworks surfacer 反向工程、建模
目录 1 逆向工程简介 (1) 1.1逆向工程介绍............................. 错误!未定义书签。 1.2 逆向工程的应用 (3) 2 逆向工程应用实例 (6) 3 逆向工程的其他应用领域 (7) 参考文献 (8)
1 逆向工程介绍 1. 逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展
一、逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的产品设计一般需要经过图1所示的设计过程。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如图2所示，与图1的不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。 (2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 (3)损坏或磨损零件的还原。 (4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 二、逆向工程技术实施的条件 1.逆向工程技术实施的硬件条件 在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、意大利、德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这种测头与被测头物体直接接触，获取数据信息。非接触式测头则是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。例如，英国雷尼绍公司的CYCLON2高速扫描仪，可实现激光测头和接触式扫描头的互换，激光测头的扫描精度达0.05mm，接触式扫描测头精度可达0.02mm。可对易碎、易变形的形体及精细花纹进行扫描。德国GOM公司的ATOS扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用光带经数据影象处理器得到实物表面数据，扫描范围可达8m×8m。ATOS扫描不仅适于复杂轮廓的扫描，而且可用于汽车、摩托车内外饰件的造型工作。此外，日本罗兰公司的PIX-30网点接触式扫描仪，英国泰勒·霍普森公司的TAL YSCAN 150多传感扫描仪等，集中体现了检测设备的高速化、廉价化和功能复合化等特点。为实现从实物——建立数学模型——CAD/CAE/CAM一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质为硬质且形状
题目：浅谈逆向工程技术发展趋势及应用系（院）：机械工程学院 专业： 12机自一班 学生姓名：王凯 学号： 1210111039 2015年10月
浅谈逆向工程技术发展趋势及应用 摘要：为适应先进制造技术的发展，越来越多的产品需要一体化的解决方案，即从样品一数据一产品，逆向工程技术的运用使得产品的异形曲面快速完成数字建模，加快了新产品问世的步伐，提高了产品的外观新颖性、复杂性及制造精度，并大大降低了产品研制开发的成本。逆向工程是专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段，实现从实际物体到几何模型的转换，成为现代企业开发新产品的重要设计手段。 关键词：逆向工程数字建模加快步伐降低成本 1 引言 从20世纪60年代末开始，设计领域中就开始相继出现一系列新兴理论与方法。为了区别过去常用的传统设计理论与方法，把这些新兴的理论与方法称之为现代设计。现代设计理论与方法的内容众多而丰富，它们是功能论、优化论、离散论、对应论、艺术论、系统论、信息论控制论、突变论、智能论和模糊论等方法学构成。 现代设计方法包括可靠性设计方法、化设计方法、并行设计、虚拟设计、绿色设计、动态设计等，这里重点介绍逆向工程设计。 逆向工程作为软件工程领域的一个新兴分支，是对已知的事物的有关信息进行充分的消化和吸收，在此基础上加以创新改型，通过数字化及数据处理后重构实物的三维模型，大大缩短了产品的问世周期。其主要作用是接收来自测量设备的产品数据，通过一系列的编辑操作，得到品质优良的曲线或曲面模型，并通过标准数据格式将这些曲线曲面数据输送到现有CAD/CAM系统中，在这些系统中完成最终的产品造型。 目前主流应用的四大逆向工程软件：Imageware、RapidForm、CopyCAD、Geomagic Studio。 2 逆向工程的发展历程及现状 20世纪60年代，逆向工程作为独立的新兴学科出现在国际工业界，1956年，英国Ferranti公司开发了世界上第一台三坐标测量机；1963年10月，DEA公司制造出世界上第一台龙门式测量机，开创了坐标测量技术的新领域。目前逆向工程已发展为CAD/CAM系统中的一个相对独立的研究分支，其相关领域包括几何测量、图像处理、计算机视觉、几何造型和数字化制造等。 3 逆向工程的应用 逆向工程主要应用于汽车、飞机、家电、玩具、模具等相关领域，它实现了制造技术的数字化，充分利用现有资源，使新产品的开发更加方便、快捷，也大大降低了开发和生产成本，缩短了设计生产周期。其主要应用有以下几个方面：
逆向工程技术现状及发展前景 概念 逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。 分类 从广义讲，逆向工程可分以下三类： 1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件或组件。 2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 工艺过程 逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。 (1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。 (2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。 (3) 模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。 逆向工程技术过程图解：
逆向工程关键技术的研究 姓名:于海江 学号:1082000504 班级:10级5班 专业:车辆工程 沈阳理工大学研究生学院 2011年3月
摘要 逆向工程技术能够降低成本、缩短交货时间、提高产品质量，提高企业在市场中的竞争力，在产品开发中具有重要的作用。本文对逆向工程中的关键技术进行了深入的研究和探讨。 本文主要研究了逆向工程技术的三个关键环节:数据采集、数据处理和曲面重构。依据样件模型的外形特征，总结归纳了规划测量路径的策略，在对各种测量方法研究、对比和分析的基础上提出了数据采集方法选择的原则;结合实例研究了数据重定位、噪声去除、数据精简、数据光顺和数据分割五种数据处理技术，探讨了不同形状点云数据应采取的具体处理方法，提出了点云数据处理的原则;通过对比分析Bezier曲线曲面、B一Spline曲线曲面、NURBS曲线曲面三种曲面的数学模型，得出NURBS曲线曲面具有诸多优点，己成为当前曲线曲面模型的主流，合理的规划路径、恰当的选择数据采集方法和数据处理方法能够构建高品质的曲面，而且能量光顺算法也能够提高曲面的光顺程度。该论文的研究工作丰富了工业产品造型设计的理论和方法，将促进逆向工程在工业设计中的应用和推广。 关键词:逆向工程点云数据 NURBS曲线曲面重构曲面光顺 1.1逆向工程概述 “逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也称反求工程、反向工程等 逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路 [1] 传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，最后通过检测和性能测试，这种开发模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或CAD造型，称为预定模式(Prescriptive Model)，我们也称之为正向工程(或顺向 工程)。正向工程流程如图1-1所示。 图1-1正向工程开发流程图 Fig.1-1 Forward engineering flow chart 产品的逆向工程是根据零件(或原型)生成图样，再制造出产品。它是 一种以先进产品设备的实物、样件、软件(包括图样、程序、技术文件等)或影像(图像、照片等)作为研究平台，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术 的结合[2] 。逆向工程的流程如图1-2所示。广义的逆向工程包括形状(几何)逆向、
逆向工程技术及其发展现状 【摘要】本文介绍了逆向工程的基本概念，重点分析的逆向工程技术过程，阐述了现代制造业中逆向工程的的发展前景以及逆向工程技术的重要应用领域。本文对于我们正确认识逆向工程技术有一定的意义。 【关键词】逆向工程 CAD/CAM solidworks surfacer 反向 一、引言 在国外，逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有许多企业应用逆向工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。 二、逆向工程的概念 逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。 随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。
机械CAD /CAM 逆向工程技术与应用研究 姓名：李倩 学号：S2******* 专业：机械设计及理论
逆向工程技术与应用研究 摘要：随着社会的迅速发展，传统意义上的正向产品开发设计和制造模式已经不能满足企业的需要。逆向工程以产品开发周期大大缩短这一特点而在现代企业中的地位日益重要。随着逆向工程技术的不断发展，其应用领域也日益广泛。本文阐述了逆向工程的基本概念，介绍了主要的逆向工程硬件及商用软件，并重点介绍了数据测量、数据处理、模型重建等逆向工程中的关键技术，最后对逆向工程的发展前景进行了展望。 关键词：逆向工程；硬件；软件；关键技术；发展前景 1引言 由于零件形状十分复杂，很难准确地在CAD软件上设计出实体模型，而通过手绘或手工捏塑来设计产品，其原型很难完全在CAD软件中体现。在没有图样和参数情况下，用传统方法仿制产品较困难也不够准确，计算机模型比实体模型缺少“真实感”和可“触摸性”，市场上的许多三维CAD软件可能对某些产品造型设计而言，并不十分适用，况且计算机模型本身也需要检验。针对上述问题，提出逆向工程技术。逆向工程（Reverse Engineering，RE）产生于20世纪80年代末至90年代初，广泛应用于精密测量和质量检验领域，是设计下游向设计上游反馈信息的回路。目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物几何形状的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，称为“实物逆向工程”（简称逆向工程）。 2逆向工程概述 1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向工程，也称反向工程、反求工程，广义的讲它是在已知某种产品的有关信息（包括硬件、软件、照片、广告、情报等）的条件下，以方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，回溯这些信息的科学依据，即寻求这些信息的先进性、积极性、合理性、改进的可能性等，达到充分消化和吸收，然后在此基础上改进、挖潜进行再创造；狭义
逆向工程 逆向工程（reverse engineering）大意是根据已有的东西和结果，通过分析来推导出具体的实现方法。比如你看到别人写的某个exe程序能够做出某种漂亮的动画效果，你通过反汇编、反编译和动态跟踪等方法，分析出其动画效果的实现过程，这种行为就是逆向工程；不仅仅是反编译，而且还要推倒出设计，并且文档化，逆向软件工程的目的是使软件得以维护。 反求技术包括影像反求、软件反求及实物反求等三方面。目前相对最多人研究的是实物反求技术。它是研究实物CAD模型的重建和最终产品的制造。狭义来说，三维反求技术是将实物模型数据化成设计、概念模型，并在此基础上对产品进行分析、修改及优化等技术。 工作原理 反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为四个步骤： (1)物体数据化： 普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。(2)从采集的数据中分析物体的几何特征： 依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。 (3)物体三维模型重建： 利用CAD软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。 (4)检验、修正三维模型。 逆向工程的研究与发展 研究 1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。
逆向工程的硬件最早是运用仿制加工设备，制作出来的成品品质粗糙。后来有接触式扫瞄设备，运用探针接触工件取得产品外型。再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离。 逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapi d Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。 发展 逆向工程在台湾的发展轨迹持续在进行，工研院曾写过一套逆向工程软件，学术界不少研究团队也将逆向工程领域作为研究主题，开发出具不同功能的系统软件，但是最后这些软件都没有真正落实到产业界应用。工研院的团队后来也结束逆向工程研究，转而开发其它主题。原有的研发成果后继无人，殊为可惜。 1998年，NEWPOWER启动了逆向工程的一些项目，要求是把客户的现有源代码转变成设计，如果需要的话，进一步转化成产品需求规约。这恰恰与类似于V模型的标准开发过程模型相逆。这样一来，客户就可以容易地维护他们的产品（需求，设计，源代码等等），而不需要想以前那样，每次改动产品都需要直接修改源代码。 是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术。逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。仿形加工就是一种典型的逆向工程应用。目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。 通俗说，从某种意义上说，逆向工程就是仿造。这里的前提是默认我们传统的设计制造为“正向工程（当然，没有这种说法）”。 软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。
现代制造工程2007年第2期CAD /CAE /CA PP /CAM 3 逆向工程技术及其应用 李志新1,黄曼慧2,成思源3 ( 1 重庆大学 ,重庆 400030; 2 广东商学院信息学院 ,广州 510320; 3 广东工业大学机电学院 ,广州 510090) 摘要:表面数字化和三维CAD建模是逆向工程中的关键技术。对目前逆向工程中的表面数字化及CAD建模技术进行总结和分析,给出应用实例,并指出存在的不足和进一步发展的方向。 关键词:逆向工程; CAD建模;表面数字化 中图分类号: TP391文献标识码: A文章编号: 1671—3133 ( 2007) 02—0058—03 Reverse eng ineer ing techn ique and its applica tion 2 主 2 2 L i Zhi xin1 , Huang M an hui2 , Cheng Si yuan3 ( 1 Chongqing University, Chongqing 400030, CHN; 2 Guangdong B usiness College, Guangzhou 510320, CHN; 3 Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, CHN ) Abstract: Surface digitization and 3D CAD modeling are two key techniques in reverse engineering. The state of arts of these two techniques are summarized and analyzed, and the app lication examp les are also given. Finally the future development of reverse engineering technique is given. Key words: Reverse engineering; CAD modeling; Surface digitization 逆向工程技术( Reverse engineering technique)过分依赖于测量者的经验,特别是对于几何模型未知要包括两方面的研究内容[ 1, 2 ],一是实物表面数据的的复杂产品,难以确定最优的采样策略与路径。 获取,即表面数字化技术;二是对测量数据进行处理随着快速测量的需求及光电技术的发展,以计算 生成三维模型,即表面重建技术,国内外学者针对这机图像处理为主要手段的视觉测量技术得到飞速发两项内容也进行了大量的研究。下面分别对逆向工展[ 3, 4 ]。激光三角法是目前最成熟,也是应用最广泛 程中的数字化技术、CAD模型重建技术及软件技术的的一种主动式视觉方法。激光三角法具有测量速度 现状进行综述。快,可达到较高的精度(±10μm )等优点。其存在的 1 表面数字化技术主要问题是对被测表面的粗糙度、漫反射率和倾角过于敏感,存在由遮挡造成的阴影效应,对突变的台阶 高效、准确地实现样件表面的数字化,是实现逆和深孔结构易于产生数据丢失。 向工程的基础和关键技术之一。在逆向工程中,传统投影光栅法的基本思想是把光栅投影到被测物的数字化方法是采用接触式测量,其典型代表是三坐表面上,受到被测样件表面高度的调制,光栅投影线标测量机( Coo rdinate M easure M achine, CMM )。发生变形,变形光栅携带了物体表面的三维信息,通CMM 通常是基于力2变形原理 ,通过接触式探头过解调变形的光栅影线,从而得到被测表面的高度信沿样件表面移动,并与表面接触时发生变形检测出接息。投影光栅法的主要优点是测量范围大、速度快、触点的三维坐标。CMM对被测物体的材质和色泽没成本低、易于实现,缺点是精度较低(±0 02mm ) ,只, 可达到很高的测量精度( 0 5μm ) , 对能测量表面起伏不大的较平坦物体,对于表面变化剧有特殊要求± 1 1 物体边界和特征点的测量相对精确,对于没有复杂内烈的物体,在陡峭处往往发生相位突变,使测量精度 部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的规则大大降低。 零件反求特别有效。其主要缺点是效率低,测量过程由于以上方法均无法测量物体的内部轮廓,因而 3 广东省自然科学基金项目( 5300090 ) 58
逆向工程的现状及应用 逆向工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用逆向工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。因此研究逆向工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。逆向工程的应用领域大致可分为以下几种情况：（1）在产品仿制中的应用 有时，拟合制作的产品没有原始的设计图档，而是由委托单位交付样品或实物模型，请制作单位复制。传统的复制方法是用立体雕刻机或三轴仿形铣床以1: 1的比例制作模具，再生产产品。这种方法属于模拟型复制，其缺点是无法建立工件尺寸图档，因而也无法用现有的CAD软件对其进行修改，故已渐为新型的数字化逆向工程系统所取代。在这种情况下，在对零件原形进行三维反求的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码，加工复制出一个相同的零件。 （2）在新产品设计中的应用 随着工业技术的发展以及经济的发展，消费者对产品的要求越来越高。为赢得市场竞争，不仅要求产品的功能先进，而且要求外形美观。而在造型中针对产品外形的美学设计，已不是传统训练下的机械工程师所能胜任的。一些具有美工背景的设计师们可利用CAD技术构想创新的美观外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、胶模、工程塑胶模、玻璃纤维模等，然后再以三维测量的方式建立曲面模型。在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用逆向工程的设计方法。 （3）在旧产品改进中的应用 在对旧产品改进时，有时并没有零件的CAD模型，因此需要利用逆向工程技术建立产品的几何模型，然后再利用传统的CAD软件对原设计进行改进。当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试(如风洞实验等)建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。 （4）在RPM (Rapid Prototyping Manufacturing，快速原型制造)中的应用快速原型制造(又称RP技术)是80年代后期兴起的一种基于材料累加法的高 5 新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一次重大突破。RPM综合了机械、CAD,数控、激光以及材料科学等各种技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，用以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。而以RP系统为基础的快速工装模具制造(Quick Tooling/Molding)和快速精铸技术(Quick Casting)等则可实现零件的快速制造(Quick Manufacturing)。 为应用该项技术，首先应该有产品的三维几何模型。尽管己经出现了许多成功的三维CAD软件，但运用这些软件建立一个复杂的零件模型，仍相当费时。有时工程界提供的是实物，需要由实物制造模具或作设计上的改进，因此在RPM中经常利用逆向工程技术来建立产品的几何模型。此外，在计算机图形和动画、工艺美术和医疗康复工程等领域，也经常需要根据实物快速建立物体的三维几何模型。另一个重要的应用如修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制，而是借助逆向工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计.这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程。因此，逆向工程技术在这些领域中也具有重要的应用价值。
摘要：随着测量技术和计算机技术的发展，以实体为研究对象，利用逆向工程技术对产品进行建模、仿真、优化及新产品开发成为现代设计的一大热点。本文阐述了逆向工程的基本概念及通过工业及医学的两个例子来说明逆向工程的应用，并对逆向工程的前景进行展望。关键词：逆向工程模型重建有限元数据测量技术 1.引言 逆向工程也称反求工程或反向工程[1]，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。 从广义讲，逆向工程可分以下三类[2]： （1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。 （2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 （3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的C A D ，称为“实物逆向工程”。逆向工程与顺向工程如下图1 所示： 图1 逆向工程与顺向工程 2 逆向工程数据测量技术[3- 4] 数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散 点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。其测量原理是：将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。 现有的数据采集方法主要分为两大类： （1）接触式数据采集方法 接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据 采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。 接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的特征和测量的要求选择测头及其方向，确定测量点数及其分布，然后确定测量的路径，有时还要进行碰撞的检查。触发式数据采集方法采
反求工程技术介绍及其应用举例
反求工程技术介绍及其应用举例 1.反求工程的概念 反求工程（逆向工程）是利用对实物测量的数据重新构造实物的计算机模型，然后利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作，而后进行加工。反求工程现己发展为CAD/CAM中一个相对独立的范畴。通过实物模型产生CAD模型，可以使产品设计充分利用CAD技术的优势，并适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息交换。实施反求工程可以充分发挥先进的测量设备的优越性，使其既可以作为CAD/CAM系统所需要的三维输入装置，又可以作为CAD/CAM系统处理后的误差检测评估装置，从而提高工业产品的设计，制造自动化程度，缩短产品的试制开发周期，降低生产成本。 将反求工程技术定义为没有工程图纸的情况下，对物体的物理模型进行测量，通过对测量信息的分析和处理来反求其CAD模型的过程。在这一意义下,反求工程可以定义为是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术和几何模型重建技术的总称。反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对己有新产品进行解剖、深化和再创造，是对己有设计的设计，特别强调再创造是反求的灵魂。从工程应用的目的出发，将反求工程的研究领域拓宽到工艺、材料、原理等方面的反求，是广义上的反求。应该看到反求工程有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支。现行产品中的各种复杂高新技
术，在反求工程中都会遇到如何消化吸收并加以改进和提高。所以对于新兴技术的理解、消化和推广上，反求工程作用十分巨大。 现代人们通称的设计一般均指正向设计。它根据市场需要提出目标和技术要求，使设计意图变为产品。如何合理利用他人的设计思想，加快自身产品更新换代的能力，是在市场竞争日益激烈的今天站稳脚跟，持续发展的关键。实际上，在设计制造领域，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制，都蕴含着对已有科学、技术的应用和借鉴改进。可以看出,反求思维在工程中的应用己源远流长，然而提出这种术语并作为一门学问去研究则出现于年代。反求工程是各国技术进步、发展，尤其是发展中国家迅速改变技术落后状况，提高综合设计、决策水平、制造水平,赶超世界先进水平的迅捷之路。战后日本工业恢复的需要使其首先对反求工程进行了较早的研究，日本提出“第一台引进,第二台国产化,第三台出口”的口号，用了近二十年时间迅速崛起成为世界经济强国就是一个生动的历史证明。 2.反求工程的作用及应用领域 反求工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用反求工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，反求工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。因此研究反求工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。