作為一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段，目前逆向工程在我國(guó)受到越來(lái)越多的企業(yè)的重視，逆向技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛被關(guān)注起來(lái)。逆向工程技術(shù) （Reverse Engineering） 的工程概念是：通過(guò)對(duì)已有產(chǎn)品模型進(jìn)行三維數(shù)字化掃描，來(lái)獲取產(chǎn)品模型的表面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行處理，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。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，所以它是一種基于實(shí)體而沒(méi)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、汽車(chē)、機(jī)械、電子電器及模具、玩具、醫(yī)學(xué)、制鞋等各行各業(yè)，其應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面： 1.新零件的設(shè)計(jì)，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，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和存檔。 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)。 4.數(shù)字化模型的檢測(cè)，變形分析、有限元分析等，以及進(jìn)行與原設(shè)計(jì)模型的比較。 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)，許多企業(yè)對(duì)逆向工程并不了解，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。其實(shí)這是不夠的，在逆向工程的應(yīng)用過(guò)程有許多是其他普通逆向軟件和 CAD 軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)，逆向工作必須有專(zhuān)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。 專(zhuān)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，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，往往有幾十萬(wàn)到上千萬(wàn)、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、編輯能力。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。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、達(dá)到不同的測(cè)量目的，決定了測(cè)量過(guò)程和測(cè)量方法的不同。這就需要逆向軟件能夠具備針對(duì)這些不同能分類(lèi)處理的能力。 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、測(cè)量模型有缺陷或損傷等種種原因，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，能在設(shè)計(jì)公差允許的范圍內(nèi)修補(bǔ)、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，生成符合設(shè)計(jì)的 STL 模型，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(wèn)題，因?yàn)檫@將極大地增加工作量，降低工作效率。 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，曲面構(gòu)造復(fù)雜，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、縫合、圓角過(guò)渡、光順等編輯操作，所以對(duì)于曲面生成和光順的能力要求嚴(yán)格，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，這樣生成方式單一，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，這使得曲面的生成很大程度上依賴(lài)于工程師的經(jīng)驗(yàn)。 4.與其它軟件系統(tǒng)集成困難： 由于許多 CAD/CAM 軟件沒(méi)有逆向的功能，而常見(jiàn)的逆向軟件不具有強(qiáng)大的曲面編輯能力以及裝配、出工程圖的功能，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(guò)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，這樣必然會(huì)造成數(shù)據(jù)文件中特征的丟失，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，降低工作效率。 針對(duì)上述問(wèn)題， DELCAM 公司提供了一個(gè)完整專(zhuān)業(yè)逆向工程解決方案。 DELCAM是世界著名的 CAD/CAM 軟件供應(yīng)商，旗下五大軟件： PowerSHAPE 、 PowerMILL 、 CopyCAD 、 PowerINSPECT 、 ArtCAM涵蓋了從產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、質(zhì)量檢測(cè)和逆向設(shè)計(jì)完整的過(guò)程。對(duì)于逆向工程， Delcam 軟件的解決方案參見(jiàn)下圖： 首先是通過(guò)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)，讀入到 Copycad 中。在 Copycad 中一方面可以生成三角面片的 STL 模型，通過(guò)輸出 STL 模型到快速成型設(shè)備中進(jìn)行快速成型，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。另一方面可以在 Copycad 生成曲面，輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，進(jìn)行裝配、模具設(shè)計(jì)和出二維工程圖。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。比較設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的缺陷和變形情況。 作為世界上著名的逆向軟件， CopyCAD 進(jìn)行逆向的工作過(guò)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)： 具有友好的輸入輸出接口，支持多種格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)讀入。除了通用的 ASCII 、 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(zhuān)用數(shù)據(jù)格式。 對(duì)于輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)， 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)、旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像等編輯操作，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。使用偏置點(diǎn)云模型的功能用來(lái)補(bǔ)正測(cè)頭帶來(lái)的偏差，使用加權(quán)平均光順、毛刺光順及公差、稀疏、過(guò)濾等功能對(duì)點(diǎn)云模型進(jìn)行過(guò)濾，光順，剔出壞點(diǎn)，提高了點(diǎn)云質(zhì)量，以保證了三角面片的生成質(zhì)量，提高運(yùn)算處理速度。 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、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，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)，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。 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。 由于模型自身缺陷或測(cè)量方法不正確、或測(cè)量數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題，往往三角模型生成存在許多缺陷和破洞。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)。 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、窄、重疊、相交等有問(wèn)題的三角模型可以自動(dòng)檢測(cè)修復(fù)，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，消除三角模型生成過(guò)程中由于數(shù)據(jù)問(wèn)題或測(cè)量方法上存在的問(wèn)題，還有堆積、鏤刻功能，可以光順和修復(fù)零件上的缺陷，避免導(dǎo)致的測(cè)量模型問(wèn)題，特別適用于破損零件的修復(fù)，提高 STL 模型的表面質(zhì)量。 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、圓錐、長(zhǎng)方體、球體等標(biāo)準(zhǔn)體素三角模型，能對(duì)三角模型進(jìn)行布爾運(yùn)算和剪裁，及對(duì)三角模型進(jìn)行摹仿變形，還具備添加文字，裝飾圖案、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，直接進(jìn)行模型的造型和編輯，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。 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，劃分區(qū)域，將模型分成若干區(qū)域，并且可以提取輪廓曲線，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，建立構(gòu)造曲線，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)，因此產(chǎn)生光順的曲線對(duì)于構(gòu)建曲面也很重要。 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、水平線或截面線自動(dòng)產(chǎn)生構(gòu)造曲線。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。 在逆向設(shè)計(jì)中，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。 CopyCAD 提供了強(qiáng)大的曲線擬合、光順功能，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。也可根據(jù)三角模型的形狀自動(dòng)生成，同時(shí)控制其與已有的曲線、曲面是否相切等，從而靈活的構(gòu)造曲面。 4. 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，也是工作量最大的工作，構(gòu)造曲面并不是由一個(gè)簡(jiǎn)單的曲面構(gòu)成的，而是需要由多張曲面經(jīng)過(guò)延伸、過(guò)渡、裁減等混合而成曲面，因此構(gòu)造的好壞，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。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(lái)分區(qū)域進(jìn)行構(gòu)造。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，通過(guò)調(diào)整曲面內(nèi)部曲線數(shù)量來(lái)控制曲面的精度和光順。 2.）CopyCAD可通過(guò)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，這樣使得曲面更加的光順，還減少了工作量。 3.） CopyCAD 可通過(guò)在 STL 模型上選點(diǎn)直接生成平面曲面。 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。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(guò)控制公差、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。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，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，通過(guò)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。 對(duì)于逆向軟件而言，曲面功能相對(duì)專(zhuān)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。同時(shí)對(duì)于模型中的如園角過(guò)渡、平面、凸臺(tái)、過(guò)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，生產(chǎn)效率低，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。因此使用專(zhuān)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。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)，如平面、立方體、圓柱、圓錐、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)。這樣可以有效得節(jié)省掃描時(shí)間，更重要保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高生產(chǎn)效率。 而現(xiàn)在大部分逆向軟件都不能很好的與專(zhuān)業(yè)的 CAD 軟件無(wú)縫集成，不能做到數(shù)據(jù)文件隨意相互轉(zhuǎn)換，不丟失特征信息的情況。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，相互之間可以根據(jù)需要隨意轉(zhuǎn)換。在 CopyCAD 中可以完成部分曲面的縫合和光順工作，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、光順、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(méi)有包括的曲面內(nèi)容；完成后可轉(zhuǎn)回 CopyCAD 繼續(xù)進(jìn)行三角模型的逆向，轉(zhuǎn)換的過(guò)程通過(guò)一個(gè)按鍵進(jìn)行無(wú)縫連接，保證了特征信息的完整，無(wú)特征丟失，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。 CopyCAD 生成的三角模型也可以直接在 PowerSHARE 進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 有上述介紹可見(jiàn)， DELCAM 公司的 CopyCAD 軟件具備強(qiáng)大的逆向造型功能，使用其與 NC 加工技術(shù)和快速成型技術(shù)相結(jié)合，必將能使企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制周期大大縮短，提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率、質(zhì)量和縮短了開(kāi)發(fā)周期。為新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)造了先機(jī)，為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。