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第 1 章 逆向工程概述 教学提示：本章是全书的概论，仔细的熟读本章，对于以后各章节有提纲挈领的作用。 教学目标： 逆向工程的基本原理。 各种逆向软件的介绍 Geomagic Studio 6.0 逆向软件概述 Geomagic Studio 6.0 逆向软件工作流程 1.1 逆向工程的基本原理 逆向工程（Reverse Engineering, RE）是一门新兴的技术，是对产品设计过程的一种描述，与正向设计相对应。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，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“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。 从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。最早的实物测量便是逆向工程的开端，利用最简单的量测工具，如直尺、游标卡尺、分规，塞尺等工具对工件进行简单的量测，并将测量结果绘制成加工图纸。现在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，现代意义上的逆向工程是指基于测量数据的产品造型技术，就是通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等见图 1.1 所示北京联想工业设计中心购买 ATOSII 光栅式三维扫描仪）获取的物体表面的空间数据，需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用 CAM 系统完成产品的制造，而现代意义上的 CAM 逐渐成熟主要是指快速成型设备，自动编程技术快速发展，使逆向工程构建的三维数字化模型变为实物，这也使逆向工程越来越普及成熟。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。逆向工程是包含光学、计算机技术、机电技术、CAD、CAM、CAE 等多领域、多学科的协同过程。逆向工程的原理见图 1.2 所示。 12 1.1 在图 1.2 中可以看到，正向设计与逆向设计在由点云数据到三维数字化模型中都起到了非常重要的作用，因为从理论分析，逆向工程能够忠实地按照产品测量数据重建出与先 CAD/CAM 系统完全兼容的三维数字化模型，这也是逆向工程技术的最终实现目标。但是我们应该看到，目前人们所掌握的技术，包括工程上的和纯理论上的（如曲面建模理论），都还无法完全满足这种要求，特别是针对目前比较流行的大规模“点云”数据建模，更是未达到可以直接在 CAD 系统中应用的程度。因此我们认为，目前逆向工程 CAD 技术与现有的正向设计的关系只能是一种相辅相成的关系。 物理模型的 误差分析 物理模型 点云数据 三维数字化图档 测量设备(接 逆向工 正向软 快速 CNC 触式、非接触 程软件 件 成型 加工 式) 加工 1.2 12 1.2 逆向工程软件介绍 下面介绍几个比较著名的逆向工程软件。Geomagic()美国 RainDrop 公司的逆向工程软件，Geomagic 包括 Studio 与 Qualify。Studio 具有丰富的数据处理手段，可以根据测量数据快速构造出多张连续的曲面模型；而 Qualify 提供强大的测量功能包括各种形位公差的测量，原始 3D 图档与测量的实物的比对。软件的应用领域包括了从工业设计到医疗仿真等诸多方面，用户包括通用汽车、BMW 等大制造商。 ImageWare()作为 UG NX 中提供的逆向工程造型软件，ImageWare 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(CLASS Ａ)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。 CopyCAD()CopyCAD 是英国DELCAM 公司系列CAD 产品中的一个，主要处理测量数据的曲面造型。DELCAM 的产品涵盖了从设计到制造、检测的全过程。包 PowerSHAPE、PowerMILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS－TEAM 等诸多软件产品。作为系列产品的一部分，CopyCAD 与系列中的其他软件可以很好地集成。 RapidForm()RapidForm 是由韩国 INUS 公司开发的逆向工程软件。主要用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于 CT 数据的医疗图像建模，还可以完成艺术品的测量建模以及高级图形生成。 RapidForm 提供一整套模型分割、曲面生成、曲面检测的工具，用户可以方便的利用以前构造的曲线网格经过缩放