作為一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段誊涯，目前逆向工程在我國受到越來越多的企業(yè)的重視淳某，逆向技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛被關(guān)注起來音拢。逆向工程技術(shù) (Reverse Engineering) 的工程概念是：通過對(duì)已有產(chǎn)品模型進(jìn)行三維數(shù)字化掃描，來獲取產(chǎn)品模型的表面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)淆逛，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件進(jìn)行處理椒玖，最終形成三維數(shù)學(xué)模型，用于產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)及數(shù)控加工以及結(jié)構(gòu)分析倒你。它不同于我們通常的由二維草圖設(shè)計(jì)到三維立體模型設(shè)計(jì)再到加工或快速成型的設(shè)計(jì)思路胯夏，所以它是一種基于實(shí)體而沒有數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)方法。

　　逆向工程廣泛的應(yīng)用于航空航天鼓宿、汽車豆出、機(jī)械、電子電器及模具情键、玩具吵淌、醫(yī)學(xué)、制鞋等各行各業(yè)钢墩，其應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：

　　1.新零件的設(shè)計(jì)被处，主要用于產(chǎn)品的改型或仿型設(shè)計(jì)

　　2.已有零件的復(fù)制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖用押，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和存檔肢簿。

　　3. 從已有產(chǎn)品零件直接快速生成 STL 模型， 用于快速成型（ RPM ）或模具設(shè)計(jì)蜻拨。

　　4. 數(shù)字化模型的檢測(cè)池充，變形分析、有限元分析等缎讼，以及進(jìn)行與原設(shè)計(jì)模型的比較收夸。

　　5. 損壞或磨損零件的還原和修復(fù)。

　　然而作為種新興的技術(shù)血崭，許多企業(yè)對(duì)逆向工程并不了解卧惜，認(rèn)為只要有三維測(cè)量或掃描設(shè)備，有通用的 CAD 軟件就可以進(jìn)行逆向工作了功氨。其實(shí)這是不夠的序苏，在 逆向工程的應(yīng)用過程有許多是其他普通逆向軟件和 CAD 軟件無法實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)手幢， 逆向工作必須有專業(yè)的逆向軟件和工藝知識(shí)才能很好的完成這一項(xiàng)復(fù)雜的工作捷凄。

　　專業(yè)逆向軟件相對(duì)于普通軟件的優(yōu)勢(shì)在于：

　　1. 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和編輯的能力 ：因?yàn)橛性S多測(cè)量設(shè)備可以提供掃描工作忱详，所以要求逆向軟件具備能夠讀入絕大多數(shù)設(shè)備所生成的不同的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式能力。同時(shí)由于點(diǎn)云的數(shù)量是非常巨大的借睬，往往有幾十萬到上千萬阿座、甚至上億的點(diǎn)需要處理，這就需要逆向軟件對(duì)于這樣數(shù)量巨大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有高效的運(yùn)算奏宽、編輯能力腮哩。具備在保證曲面質(zhì)量的前提下優(yōu)化減少點(diǎn)云數(shù)目、剔出壞點(diǎn)的功能卸窿。同時(shí)由于待測(cè)模型不同的幾何構(gòu)造以及采用不同的設(shè)備腻酱、達(dá)到不同的 測(cè)量目的，決定了測(cè)量過程和測(cè)量方法的不同唐肩。 這就需要逆向軟件能夠具備針對(duì)這些不同能分類處理的能力烧歹。

　　2. 對(duì)三角模型進(jìn)行優(yōu)化和編輯的能力： 由于測(cè)量設(shè)備精度不高、測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量不高穗掘、測(cè)量模型有缺陷或損傷等種種原因霸拦，往往會(huì)造成生成的 STL 模型會(huì)有許多破洞和缺陷，這就需要逆向軟件具備強(qiáng)大的 STL 模型的編輯和優(yōu)化的處理能力称啸，能在設(shè)計(jì)公差允許的范圍內(nèi)修補(bǔ)屏疗、光順三角面片。同時(shí)還應(yīng)具備對(duì) STL 模型進(jìn)行布爾運(yùn)算和設(shè)計(jì)造型澜术，生成符合設(shè)計(jì)的 STL 模型艺蝴，從而不必要轉(zhuǎn)換成曲面模型才能進(jìn)行模具設(shè)計(jì)或被其他 CAM 軟件讀入才能進(jìn)行加工的問題，因?yàn)檫@將極大地增加工作量瘪板，降低工作效率吴趴。

　　3. 曲面生成光順使用困難、技巧性強(qiáng)： 由于逆向的產(chǎn)品往往是比較復(fù)雜的產(chǎn)品侮攀，曲面構(gòu)造復(fù)雜锣枝，往往需要生成 以 B-Spline 或 NURBS 曲面為基礎(chǔ)的曲面，同時(shí)需要進(jìn)行多個(gè)曲面的剪裁兰英、縫合撇叁、圓角過渡、光順等編輯操作畦贸， 所以對(duì)于曲面生成和光順的能力要求嚴(yán)格陨闹，而多數(shù)逆向軟件只能將點(diǎn)云處理成曲線，然后轉(zhuǎn)換到其他 CAD 軟件中用曲線構(gòu)面的方式生成曲面薄坏，這樣生成方式單一趋厉，工作量大，遇到形體復(fù)雜的產(chǎn)品工作極為繁瑣，還容易造成較大變形陶簿，這使得曲面的生成很大程度上依賴于工程師的經(jīng)驗(yàn)欣骏。

　　4. 與其它軟件系統(tǒng)集成困難： 由于許多 CAD/CAM 軟件沒有逆向的功能，而常見的逆向軟件不具有強(qiáng)大的曲面編輯能力以及裝配航十、出工程圖的功能耽晦，所以必須要將逆向軟件和 cad 軟件結(jié)合使用才能完成逆向工作，但這就需要在逆向過程中頻繁將用不同的數(shù)據(jù)格式在不同的軟件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換诊势，這樣必然會(huì)造成數(shù)據(jù)文件中特征的丟失洲棍，甚至可能會(huì)數(shù)據(jù)文件的損壞，同時(shí)還使得工作更加繁瑣荔闭，降低工作效率助碰。

　　針對(duì)上述問題， DELCAM 公司提供了一個(gè)完整專業(yè)逆向工程解決方案毒沥。

　　DELCAM 是世界著名的 CAD/CAM 軟件供應(yīng)商杠锻，旗下五大軟件： PowerSHAPE 、 PowerMILL 埋村、 CopyCAD 珍特、 PowerINSPECT 、 ArtCAM 涵蓋了從產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)魔吐、數(shù)控加工扎筒、質(zhì)量檢測(cè)和逆向設(shè)計(jì)完整的過程。對(duì)于逆向工程酬姆， Delcam 軟件的解決方案參見下圖：

　　首先是通過測(cè)量設(shè)備或掃描設(shè)備對(duì)現(xiàn)有的三維模型進(jìn)行掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)嗜桌，讀入到 Copycad 中。在 Copycad 中一方面可以生成三角面片的 STL 模型辞色，通過輸出 STL 模型到快速成型設(shè)備中進(jìn)行快速成型骨宠，或輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，還可以輸出到 PowerMILL 進(jìn)行數(shù)控加工相满。另一方面可以在 Copycad 生成曲面层亿，輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，進(jìn)行裝配立美、模具設(shè)計(jì)和出二維工程圖匿又。同時(shí)在 Copycad 還可以與原型三維 CAD 模型進(jìn)行比較分析，輸出誤差分析報(bào)告建蹄。比較設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中存在的缺陷和變形情況稿屏。

　　作為世界上著名的逆向軟件， CopyCAD 進(jìn)行逆向的工作過程中具備下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

　　1. 處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)：

　　CopyCAD 具有友好的輸入輸出接口饿严，支持多種格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)讀入滋冀。除了通用的 ASCII 丙藤、 IGES 和 NC 等標(biāo)準(zhǔn)格式，還針對(duì)不同的掃描設(shè)備提供專用數(shù)據(jù)格式凿食。

　　對(duì)于輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)插呜， CopyCAD 針對(duì)不同的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方式提供多種點(diǎn)云的編輯優(yōu)化方式，可以對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序和移動(dòng)廷碴、旋轉(zhuǎn)、縮放榨降、鏡像等編輯操作就用，可以根據(jù)不同要求采用平面、多邊形或輪廓曲線等多種方式裁減點(diǎn)云模型扇牢。使用偏置點(diǎn)云模型的功能用來補(bǔ)正測(cè)頭帶來的偏差霉处，使用加權(quán)平均光順、毛刺光順及公差椰陋、稀疏嫌松、過濾等功能對(duì)點(diǎn)云模型進(jìn)行過濾，光順奕污，剔出壞點(diǎn)萎羔，提高了點(diǎn)云質(zhì)量，以保證了三角面片的生成質(zhì)量碳默，提高運(yùn)算處理速度贾陷。

　　對(duì)于復(fù)雜的點(diǎn)云模型需要分幾次測(cè)量的， CopyCAD 也提供了手動(dòng)對(duì)齊嘱根、參考點(diǎn)（球）對(duì)齊和最佳擬和對(duì)齊等多種方法進(jìn)行對(duì)齊合并髓废，同時(shí)輸出對(duì)齊精度數(shù)據(jù)以供參考。

　　2. 處理三角模型：

　　由于三角模型是生成曲面的基礎(chǔ)该抒，所以三角模型的質(zhì)量對(duì)于逆向成功有著關(guān)鍵的作用慌洪。

　　對(duì)于三角模型的建立， CopyCAD 提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式生成三角模型凑保。

　　由于模型自身缺陷或測(cè)量方法不正確冈爹、或測(cè)量數(shù)據(jù)存在的問題，往往三角模型生成存在許多缺陷和破洞欧引。對(duì)此 CopyCAD 提供了多種編輯和優(yōu)化的手段：可手動(dòng)增加或刪除部分三角面片數(shù)據(jù)寓蔼。

　　CopyCAD 提供 Trifix 功能對(duì)三角模型中破洞可以進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)縫合填充；對(duì)于存在的小韩艾、窄筛六、重疊、相交等有問題的三角模型可以自動(dòng)檢測(cè)修復(fù)吭芯，還可對(duì)三角面片實(shí)體模型進(jìn)行光順操作：

　　CopyCAD 的交互編輯功能不但可以光順三角模型通溜，消除三角模型生成過程中由于數(shù)據(jù)問題或測(cè)量方法上存在的問題拷治，還有堆積、鏤刻功能溪毕，可以光順和修復(fù)零件上的缺陷胃琴，避免導(dǎo)致的測(cè)量模型問題，特別適用于破損零件的修復(fù)穿汽，提高 STL 模型的表面質(zhì)量遥附。

　　同時(shí) CopyCAD 還提供了三角模型的造型編輯功能，可以生成如圓柱题束、圓錐跋岳、長方體、球體等標(biāo)準(zhǔn)體素三角模型秸抚，能對(duì)三角模型進(jìn)行布爾運(yùn)算和剪裁速和，及對(duì)三角模型進(jìn)行摹仿變形，還具備添加文字剥汤，裝飾圖案颠放、商標(biāo)到三角模型的包裹功能等，這樣可以不需要轉(zhuǎn)入 CAD 軟件構(gòu)建曲面的方式吭敢，直接進(jìn)行模型的造型和編輯碰凶，然后就可以輸出二進(jìn)制或 ASCII 格式的 STL 文件，進(jìn)行快速成型或數(shù)控加工鹿驼。

　　在 CopyCAD 中 , 可以根據(jù)三角模型表面形狀的不同用不同的顏色進(jìn)行分割痒留，劃分區(qū)域，將模型分成若干區(qū)域蠢沿，并且可以提取輪廓曲線伸头，便于曲面的生成。

　　3.  構(gòu)造曲線的生成方式

　　作為逆向工程中構(gòu)建曲面的一種方式舷蟀，建立構(gòu)造曲線恤磷，可以用于逆向曲面的生成，也可以直接輸出到 CAD 系統(tǒng)進(jìn)行正向造型設(shè)計(jì)戈勾，因此產(chǎn)生光順的曲線對(duì)于構(gòu)建曲面也很重要绷煎。 CopyCAD 提供了多種構(gòu)造曲線的生成方式。構(gòu)造曲線可直接由三角模型的邊界户痒、水平線或截面線自動(dòng)產(chǎn)生構(gòu)造曲線火毕。也可以直接在點(diǎn)云上和三角模型上點(diǎn)取生成，或由掃描線生成赠槽。

　　在逆向設(shè)計(jì)中剃炬，曲線的光順性調(diào)節(jié)是非常重要的，它將直接影響到生成曲面的質(zhì)量幢戳。 CopyCAD 提供了強(qiáng)大的曲線擬合莫诲、光順功能泰涡，可以根據(jù)模型和設(shè)計(jì)需求進(jìn)行光順擬合或精確擬合、圓弧擬合等撇涡。也可根據(jù)三角模型的形狀自動(dòng)生成像兆，同時(shí)控制其與已有的曲線、曲面是否相切等糜曲，從而靈活的構(gòu)造曲面河哑。

　　3.  CopyCAD 中逆向曲面的建立：

　　在逆向工程中，曲面的構(gòu)造是相當(dāng)重要的工作龟虎，也是工作量最大的工作璃谨，構(gòu)造曲面并不是由一個(gè)簡單的曲面構(gòu)成的，而是需要由多張曲面經(jīng)過延伸遣总、過渡、裁減等混合而成曲面轨功，因此構(gòu)造的好壞旭斥，決定著逆向工作的成敗。

　　在 CopyCAD 中曲面的建立有以下幾種方式：

　　1. )直接在三角面片實(shí)體模型上建立逆向曲面古涧。在構(gòu)造曲面時(shí)需要根據(jù)三角模型的形狀變化趨勢(shì)來分區(qū)域進(jìn)行構(gòu)造垂券。同時(shí)根據(jù)需求可以調(diào)整曲面與模型、相鄰曲面的相切關(guān)系羡滑，通過調(diào)整曲面內(nèi)部曲線數(shù)量來控制曲面的精度和光順菇爪。

　　2.)CopyCAD 可通過自動(dòng)向?qū)Ы?NURBS 剪裁曲面。 采用裁剪曲面擬合可使用較少的面片一步完成復(fù)雜形面的擬合柒昏，這樣使得曲面更加的光順凳宙，還減少了工作量。

　　3.)  CopyCAD 可通過在 STL 模型上選點(diǎn)直接生成平面曲面轻调。

　　4.)  CopyCAD 還提供了一種直接用點(diǎn)云生成未剪裁的曲面的方法尽诀。在點(diǎn)云中選取一部分或全部直接生成未剪裁的 NURBS 曲面，通過控制公差皮匪、面片數(shù)和曲面度控制曲面與 STL 模型的擬合程度與光順度陆宝。這種方法可以快速生成高質(zhì)量的 NURBS 曲面。

　　CopyCAD 提供了曲面的誤差分析功能涮观，生成的曲面可以與原始點(diǎn)云或設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比較坑状，通過生成的顏色圖譜和誤差報(bào)表判別誤差的位置和大小，便于對(duì)曲面進(jìn)行調(diào)整和編輯梳让。

　　對(duì)于逆向軟件而言却坦，曲面功能相對(duì)專業(yè)的 CAD 軟件都比較弱，對(duì)于復(fù)雜曲面的處理能力有限喻名。同時(shí)對(duì)于模型中的如 園角過渡粪世、平面馆义、凸臺(tái)、過渡形面等幾何特征 使用掃描點(diǎn)云逆向生成的方法不僅工作量大胁塞，生產(chǎn)效率低咏尝，更重要的是很難保證正確的外形特征，往往會(huì)造成嚴(yán)重失真啸罢。因此使用專業(yè)的 CAD 軟件正向構(gòu)建這些 幾何特征更能準(zhǔn)確地定義零件的特征编检。因此可以 充分利用測(cè)量機(jī)對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)量，直接得到實(shí)物模型上標(biāo)準(zhǔn)幾何特征的曲面數(shù)據(jù)扰才，如平面允懂、立方體、圓柱衩匣、圓錐蕾总、球或圓環(huán)等標(biāo)準(zhǔn)形體，而其他自由形面部分則使用三維掃描的方法獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)琅捏。這樣可以有效得節(jié)省掃描時(shí)間生百，更重要保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高生產(chǎn)效率柄延。

　　而現(xiàn)在大部分逆向軟件都不能很好的與專業(yè)的 CAD 軟件無縫集成蚀浆，不能做到數(shù)據(jù)文件隨意相互轉(zhuǎn)換挤安，不丟失特征信息的情況钻哩。而 CopyCAD 最大的優(yōu)勢(shì)在于可以和 DELCAM 的正向設(shè)計(jì)軟件 PowerSHARE 聯(lián)合使用，將正向構(gòu)造的形面與逆向擬合的形面混合建模带漆，相互之間可以根據(jù)需要隨意轉(zhuǎn)換乒踢。在 CopyCAD 中可以完成部分曲面的縫合和光順工作揪馅，但是對(duì)于更復(fù)雜的工作，可以轉(zhuǎn)化到曲面功能更為強(qiáng)大的 PowerSHARE 中進(jìn)行剪裁捡霹、光順卷撞、倒圓角等編輯工作，也可在 PowerSHAPE 中正向建立局部特征曲面或建立點(diǎn)云數(shù)據(jù)沒有包括的曲面內(nèi)容饵忙；完成后可轉(zhuǎn)回 CopyCAD 繼續(xù)進(jìn)行三角模型的逆向盐文，轉(zhuǎn)換的過程通過一個(gè)按鍵進(jìn)行無縫連接，保證了特征信息的完整岖疲，無特征丟失咏摔，這是其他逆向軟件所不能辦到的。同時(shí) CopyCAD 中生成的構(gòu)造曲線也可直接輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行正向造型并可返回至 CopyCAD 繼續(xù)進(jìn)行逆向工作极阴。 CopyCAD 生成的三角模型也可以直接在 PowerSHARE 進(jìn)行模具設(shè)計(jì)昙百。

　　有上述介紹可見， DELCAM 公司的 CopyCAD 軟件具備強(qiáng)大的逆向造型功能碟狞，使用其與 NC 加工技術(shù)和快速成型技術(shù)相結(jié)合啄枕，必將能使企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)婚陪、研制周期大大縮短，提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率频祝、質(zhì)量和縮短了開發(fā)周期泌参。為新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)造了先機(jī)，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益常空。

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