一、逆向工程技术简介
    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）。
    逆向工程技术的工程概念是：通过对已有产品模型进行三维数字化扫描，来获取产品模型的表面轮廓的点云数据，将点云数据通过专业逆向工程软件进行处理，最终形成三维数学模型，用于产品的重新设计及数控加工以及结构分析。它不同于我们通常的由二维草图设计到三维立体模型设计再到加工或快速成型的设计思路，所以它是一种基于实体而没有数学模型的设计方法。
    逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。传统的正向产品造型设计，一般是对市场进行调研并确定了大量需求信息后，由设计人员分析、构思产品模型的概念，草绘出产品零件平面图，进行必要的设计计算与校核，形成产品稍完整的设计方案后，即着手完成三维简约几何造型，再根据需要绘制效果图、三视图或试做简易的实物模型。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/CAE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程如下图所示，与传统正向设计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，进行数据管理和存档。
    （3）从已有产品零件直接快速生成STL模型，用于快速成型（RP）或模具设计。
    （4）损坏或磨损零件的还原和修复。
    （5）数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、有限元分析等，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、三维数据获取的硬件条件
    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。三维扫描设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，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。

    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，材质为硬质且形状较为简单、容易定位的物体，应尽量使用接触式扫描仪。这种扫描仪成本较低，设备损耗费相对较少，且可以输出扫描形式，便于扫描数据的进一步处理。但在对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法，它的特点是速度快，工作距离远，无材质要求，操作简易方便。

    三、常用逆向工程软件简介

    目前比较常用的四大逆向工程软件有Imageware、Geomagic、CopyCAD以及RapidForm。
    （1）Imageware由美国EDS公司出品，是著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。Imageware作为UG NX中提供的逆向工程造型软件，具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面具有良好的品质和曲面连续性。ImageWare的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。
    （2）Geomagic由美国Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件。Geomagic Studio可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为 NURBS曲面。该软件也是除了Imageware以外应用最为广泛的逆向工程软件。
    Geomagic Studio主要包括Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五个模块。主要功能包括：自动将点云数据转换为多边形（Polygons）、快速减少多边形数目（Decimate）、把多边形转换为NURBS曲面、 曲面分析（公差分析等)及输出与CAD/CAM/CAE匹配的文件格式（IGS、STL、DXF等）。
    （3）CopyCAD是由英国DELCAM公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的 CAD 曲面的产生提供了复杂的工具。CopyCAD能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。
    CopyCAD简单的用户界面允许用户在尽可能短的时间内进行生产，并且能够快速掌握其功能，即使对于初次使用者也能做到这点。使用CopyCAD的用户将能够快速编辑数字化数据，产生具有高质量的复杂曲面。该软件系统可以完全控制曲面边界的选取，然后根据设定的公差能够自动产生光滑的多块曲面，同时，CopyCAD还能够确保在连接曲面之间的正切的连续性。
    （4）RapidForm是韩国INUS公司出品的全球四大逆向工程软件之一，RapidForm 提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为三维扫描后处理之最佳化的接口。
    RapidForm主要优势包括：多点云数据管理介面、多点云处理技术、快速点云转换成多边形曲面的计算法、彩色点云数据处理及点云合并功能。
    四、逆向工程设计前的准备工作
    做一个逆向设计的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性。在设计一个产品之前，先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点：
    （1）确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，基本做到心中有数。
    （2）确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。对于自由曲面，例如汽车、摩托车的外覆盖件和内饰件等，一般需要采用具有方便调整曲线和曲面的模块；对于初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平面或圆柱面的曲面。
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