隨著計算機技術的發(fā)展，CAD/CAM技術已成為產(chǎn)品設計和加工的重要工具，其中的三維造型技術已被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及模具設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護等各個方面。在實際開發(fā)制造過程中，設計人員接收的技術資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產(chǎn)品的實物模型。沒有圖紙或CAD數(shù)據(jù)檔案，工程人員無法得到準確的尺寸，制造模具就更為煩雜。用傳統(tǒng)的雕刻方法，時間長且效果不佳，這時候就需要一個一體化的解決方案：從樣品→數(shù)據(jù)→產(chǎn)品，逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個全新、高效的三維制造路線。這就是模具制造中擁有的“逆向思維”，即逆向工程。
逆向工程是由高速三維激光掃描機對已有的樣品或模型進行準確、高速的掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，配合反求軟件進行曲向重構，并對重構的曲面進行在線精度分析、評價構造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進行快速成型或CNC數(shù)控加工。
逆向工程技術實施的硬件條件
在利用逆向工程技術進行設計時，需要從設計對象中提取三維數(shù)據(jù)信息。檢測設備的發(fā)展為產(chǎn)品三維信息的獲取提供了硬件條件。目前，國內(nèi)廠家使用較多的有英國、德國、日本等國家生產(chǎn)的三坐標測量機和三維掃描儀。近幾年，國內(nèi)的掃描設備有了很大發(fā)展。例如，深圳鑫磊鐳瑞精密儀器有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的Laser-RE600Ⅱ型復合式激光掃描機(如上圖)，測量范圍可達到X軸500mm，Y軸600mm，Z軸400mm。650nm波長激光，最大功率20mW，連續(xù)可調(diào)。機械精度X、Y、Z三軸綜合精度分別≤0.05mm，機臺重復定位精度≤0.005mm，機臺承受重力>1000kg，轉(zhuǎn)臺承受重力>500kg。掃描景深可達到150mm，掃描速度為1000p/sec，單次掃描寬度為50mm，掃描精度≤0.05mm，不僅可平面掃描而且可以旋轉(zhuǎn)掃描。Laser-RE600Ⅱ型復合式激光掃描機是目前國內(nèi)較為先進的掃描機。
不同的測量對象和測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。在實際三坐標測量時，應該根據(jù)測量對象的特點以及設計工作的要求確定合適的掃描方法并選擇相應的掃描設備。例如，材質(zhì)硬且形狀較為簡單、容易定位的物體，應盡量使用接觸式掃描儀。這種掃描儀成本較低，設備損耗費相對較少，且可以輸出掃描形式，便于掃描數(shù)據(jù)的進一步處理。但在對橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進行掃描時，則需要采用非接觸式測量方法，它的特點是速度快，工作距離遠，無材質(zhì)要求，但設備成本較高。
逆向工程技術實施的軟件條件
目前比較常用的通用逆向工程軟件有Surfacer、Delcam、Cimatron以及Strim。具體應用的反向工程系統(tǒng)主要有以下幾個：Evans開發(fā)的針對機械零件識別的逆向工程系統(tǒng)；Dvorak開發(fā)的仿制舊零件的逆向工程系統(tǒng)；H.H.DanzdeCNCCMM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對逆向設計中的實際問題進行處理，極大地方便了設計人員。此外，一些大型CAD軟件也逐漸為逆向工程提供了設計模塊。例如Pro/E的ICEMSurf和Pro/SCANTOOLS模塊，可以接受有序點(測量線)，也可以接受點云數(shù)據(jù)。其它的象UG軟件，隨著版本的改進，逆向工程模塊也逐漸豐富起來。這些軟件的發(fā)展為逆向工程的實施提供了軟件條件。
逆向工程工作中應該注意的問題
在實際設計中，目前這些軟件還存在著較大的局限性。在機械設計領域中，集中表現(xiàn)為軟件智能化低；點云數(shù)據(jù)的處理功能弱；建模過程主要依靠人工干預；設計精度不夠高；集成化程度低等問題。例如，Surfacer軟件在讀取點云等數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)工作速度較快，并且能較容易地進行點線的擬合。但通過Surfacer進行面的擬合時，軟件所提供的工具及面的質(zhì)量卻不如其它CAD軟件。如Pro/E、UG等。很多時候，在Surfacer里做成的面，還需要UG等軟件修改。但是，使用Pro/E、UG等軟件讀取點云數(shù)據(jù)時，卻會造成數(shù)據(jù)龐大的問題，對它們來說，一次讀取如此多的點是比較困難的。
值得注意的是，在設計過程中并不是所有的點都是要選取的，因此，在確定基本曲面的控制曲線時，需要找出哪些點或線是可用的，哪些點或線是一些細化特征的，需要在以后的設計中用到，而不是在總體設計中就體現(xiàn)出來。事實上，一些圓柱、凸臺等特征是在整體輪廓確定之后，測量實體模型并結(jié)合掃描數(shù)據(jù)生成的。同時應盡量選擇一些掃描質(zhì)量比較好的點或線，對其進行擬合。逆向工程是一項開拓性、實用性和綜合性很強的技術，逆向工程技術已??廣泛應用到新產(chǎn)品的開發(fā)、舊零件的還??以及產(chǎn)品的檢測中，它不僅消化和吸收實物??型，而能修改再設計以制造出新的產(chǎn)品。但同時設計過程中系統(tǒng)集成化程度比較低，人工干預的比重大，將來有望形成集成化逆向工程系統(tǒng)，以軟件的智能化來彌補人工干預的不足。 |
