逆向工程技術及其應用分析

摘要：在經濟全球化發展的環境背景下，工業產業受到了很大挑戰，尤其是一些中小規模的企業更是面臨著巨大的危機，因此企業需要積極地采取新的概念來適應社會的發展。逆向工程技術在現代化市場發展中具有重要作用，通過這一技術能有效縮短產品的生產時間，從而提升市場競爭力。文章對逆向工程技術以及其應用進行了分析。

關鍵詞：逆向工程技術；數據采集；數據預處理；曲面重構；工業產業；產品生產 文獻標識碼：A

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

在現代社會中，市場產品的變化非常快，能不能找到一個合適產品是現代企業發展下去的關鍵。但由于很多產品在市場中只能找到簡單的模型，因此無法得到圖紙以及產品的數據，因此也就無法將產品數據尺寸進行正確的把握，給后續的制造技術發展帶來了影響。在當前來說，亟需利用先進的技術對于實體進行處理，從而得到模型。逆向工程技術就是這樣的一種技術方式，對現代產業發展具有重要作用。下面將對逆向工程技術以及其應用進行詳細的分析。

1 逆向工程技術概述

逆向工程技術是反向工程，它主要是根據一個實物的產品，通過三維數字分析和掃描的方式來快速地對實物進行測量，然后通過三維方式將曲面進行重新修建，最后再傳遞給一般的CAD系統。通過CAM編出刀具程序傳遞給CNC加工設備，從而得到相同的模型。也就是說逆向工程是通過現有的產品進行解剖和深化，從而從反向的角度來對產品進行設計。逆向工程主要包含了以下三個類型：實物反向、軟件反向和影像反向。實物反向主要指的是對實物進行測量分析和再生產，它具有性能逆向、功能逆向和結構逆向等不同的功能，而且這種功能的主要目標可以是一個整體，同時也可以是一個零部件，都能實現逆向設計。軟件反向技術主要是將產品樣本的設計圖以及使用手冊等來進行的反向設計，主要分為三類：實物和技術軟件、只有技術軟件以及只有實物的。影像反向這種逆向技術的存在指的是即便沒有實物和技術軟件，只需要從產品廣告和參考圖片等方面就能根據資料進行反向的構思和設計，這種方式就叫做影像反向。

2 逆向工程的關鍵技術

2.1 數據采集

數據的采集首先是采用特殊的采集設備和方法來獲得產品外觀的輪廓坐標，然后再對產品的集合外形變成數字化內容。這種方式主要通過測量將產品的三維坐標進行掃描，得到精確的數據內容，然后根據所得的數據再進行進一步的處理，從而形成各個不同的組成元素，例如圓和長方體等。通過數字方式來計算出外觀的形態以及位置等。當前進行數據采取主要有兩種方式：一種是通過接觸方式直接采取數據；另一種是通過非接觸的方式來獲取數據。接觸式數據獲取方式通過采用三坐標丈量機對實物進行測量，并且明確測量點數以及其分布的區域，同時要進一步明確進行測量的路徑，必要的情況下會采取碰撞檢查方式。這種接觸式的檢測方式速度比較慢，同時測量的數據量也比較少，無法真正地實現實物外形還原。而在非接觸數據采集的過程中，主要通過光學原理進行數據的分析。這種方式具有高精確度和速度快的優點，能避免出現誤差，同時測頭產生的光斑也可以做到很小，能探測到內部比較難測量的部分，從而實現對測量產品的真實輪廓展現。

2.2 數據預處理

由于測量設備上的缺陷或者測量方式上的問題等，會導致測量的最終結果受到影響，從而產生誤差，尤其是一些邊緣部分或者是尖銳的部分，測量中尤其容易出現失誤。通過數據的預處理方式能將原始數據進行二次處理，從而減少誤差的出現。預處理當中包括了去除誤差的點、精簡數據以及提取特征等。

去除誤差點，誤差點也是失真點，主要是由于測量設備參數或者其他的外部因素而導致的誤差出現。如果采取人工的方式進行操作，那么所產生的誤差點更加明顯。因此在數據的預處理過程中最為重要的一部分就是將數據的誤差點找出來。在同一個截面掃描當中，如果一點與它的臨近點之間有著明顯的偏差問題，那么這個點就可以看作是誤差點。對誤差點進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行檢查。

數據精簡也是數據預處理當中的重要部分。通過測量儀器而測量獲得的數據是十分復雜的，當中有著很多數據內容，但這些數據并不能直接地全部拿來進行曲面構造。同時較長的數據會導致在運算過程中浪費大量的時間，從而導致整體的建模時間有所延長。通過精簡數據方式，也就是將單重原始的內容和一些沒有實際用處的數據進行清理。

在反向工程技術中，有時需要測量的產品尺寸是比較大，已經超出了實際的測量范圍，因此在對這種產品進行測量的過程中就需要通過多個不同視角共同測量的方式來獲得更多的數據內容，以此作為數據支持。多視角測量方式逐漸將實物通過不同的測量點進行測量，從而獲得表面的數據。因為在測量過程中的點都是不同的，因此測量所產生的數據所反應的部分也都有所不同。我們將這種數據對其的方式稱作為多視點云對齊。

此外，在數據預處理過程中還包含了數據的提取以及數據分塊部分。數據提取是測量數據當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，從而利用這些點就能獲得一個面。將不同的數據分布成為不同類型的區域，從而得到各個不同類型的數據區域。

2.3 曲面重構

曲面重構當中主要根據數據采取的信息來恢復產品的模型，是反向工程當中的重要組成部分。在曲面重構中包含了基于曲線的曲面重構以及基于測量點的直線重構。基于直線的曲面重建主要是以數據分割為基礎在用測量點的坐標擬合出畫面的網絡樣條曲線，從而通過CAD等系統方式來對這些樣條進行混合和重組，從而形成一個曲面模型。最后利用過渡和剪裁等方式來將曲面進行結合，最終形成完整的模型。而基于測量點的直接擬合，這種方式是通過重構測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建曲面條件下的最為接近的數據點，曲面插值則是構建一個順序通過測量點集的曲面。

3 逆向工程技術的應用

逆向工程當前在社會中已經得到了廣泛的應用，工藝設計中需要先利用精密儀器對實物進行掃描，并將數據輸入到電腦當中去，從而生成模型。然后經工作人員的修改以后就能形成數據加工的程序，從而實現與加工中心之間的合理配合。

3.1 數字化掃描

所謂數字掃描主要是通過接觸或者非接觸的激光方式來對模型的表面進行掃描，以便能獲得相應的模型坐標信息，并將信息資料轉存到電腦中。這個流程也是逆向工程技術最終實現的關鍵所在。逆向工程技術本身是一個推理性的過程，通過反向思維的推理方式逐漸地找到各個坐標的具體數據，因此可以說在整個過程中每一個步驟都是十分關鍵的，當中任何小的失誤和誤差都將被無限放大。因此，掃描過程的數據采集將直接的關系到未來產品的最終質量。當前階段我國主要利用傳感器技術來進行掃描，為數據的精準度提升創造了良好的條件。在進行產品的數據掃描過程中一定要秉承嚴謹認真的態度，只有這樣才能促使整個數據收集順利進行。

3.2 產品建模

產品建模是通過計算機方式來對數據進行實踐設計，從而形成CAD模型，這個過程中就會實現初步的模型設計。在CAD模型設計過程中由于過程比較復雜，因此不能只依靠單一的數據點進行設計，因為這樣會導致設計的效果下降。對此，當前最為常見的方式是通過多個數據和不同區域數據來進行曲面擬合，從而通過不同曲面的連接方式最終形成一個完整的整體。在產品的建模過程中不僅僅需要有數據的支持，還要有專業軟件和高素質的技術人員作為主要的支持，從而為產品建模的科學性和合理性提供保障。

3.3 數控加工

對產品的加工過程需要根據零件的加工內容以及設備的工序等進行，同時需要按照先粗糙后精致的原則逐步地進行，從而促使整個加工過程能得到控制，避免誤差的出現。此外，為了能減少重復定位而導致的誤差出現，需要提升孔系的同軸度，然后再進行其他坐標位置孔的加工工作。

4 結語

逆向工程是一項實用性強，同時又有著開闊性和創新性的重要技術。通過對逆向工程技術的應用能給產品的設計提供更多的幫助，不僅能縮短設計周期，同時也能提高整體的精度。隨著社會的發展和科學的進步，未來逆向工程技術將得到更加廣泛的應用，為產品的設計和社會發展提供源源不斷的動力。

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作者簡介：盧曉東（1978-），男，吉林長春人，吉林省經濟管理干部學院講師。

（責任編輯：蔣建華）