逆向工程技术(最新国内外进展)

逆向工程技术

先说说正向工程。一个事物发生、开展、结出硕果，按正常的规律，应该是从无到有，从小到大的进程。比方轿车制作，没有车，像制作一款车，自己规划图纸，自己选材料，自己制作零部件，自己安装、调试，等等，最终出一辆新车，没有其他车能够跟它如出一辙的新车，这叫做正向工程。
当然，现在世界的工厂，技能很通用，物流也很便当，技能也规范，可以把座椅、轮胎等一些比较繁琐的零部件，外包出去，由其他制作商制作，按图纸的要求、材料的要求、工艺的要求，制作，最终再交到轿车厂的安装线附近。这样还能节省很多费用，节省本钱。检测一个轿车制作企业的最核心的东西，就三大件：底盘、发动机、变速器，这三样应该是自己的东西，还有围绕着这三样以及其他零部件的匹配、调整等技能。
这都是核心技能，属于不传之秘。
以上是正向工程。
什么是逆向工程呢？其实，现已呼之欲出了。
逆向工程，便是某个企业没有它想出品的东西（包括图纸、零部件、成品等等），在商场买了几个其他企业出产的产品，或许通过什么手法弄到几个。然后安排技能人员和工人，把它们离散，丈量，自己再按照测绘得到的图纸，逐一生产零部件，组装生产出一款产品。一款如出一辙的产品，或一款基本上如出一辙的产品。不过，搞不懂为什么这么规划，为什么用这种材料，怎么调整、安装。最终导致产品虽然外观差不多，但是内涵大相径庭，东施效颦。
比方，近几年出的国产车，外观很像路虎、普拉多、劳斯莱斯，等等，便是典型的逆向研发。

逆向工程技术最新国内外进展

逆向工程也称反求工程或反向工程，是依据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程规划模型，并在此根底上对已有的产品进行剖析、了解和改进，是对已有规划的再规划。
从广义讲，逆向工程可分以下三类：
(1)什物逆向：它是在已有产品什物的条件下，经过测绘和分折，从而再创造；其间包含功用逆向、功能逆向、计划、结构、原料等多方面的逆向。什物逆向的目标可以是整机、零部件和组件。
(2)软件逆向：产品样本、技能文件、规划书、运用说明书、图纸、有关规范和规范、管理规范和质量确保手册等均称为技能软件。软件逆向有三类：既有什物，又有全套技能软件；只需什物而无技能软件；没有什物，仅有全套或部分技能软件。
(3)印象逆向：规划者既无产品什物，也无技能软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，规划者要经过这些印象资料去构思、规划产品，该种逆向称为印象逆向。
现在，国内外有关逆向工程的研讨首要集中在几许形状的逆向，即重建产品什物的CAD，称为“什物逆向工程”。逆向工程与顺向工程如下图l所示：
逆向工程数据丈量技能
数据丈量是经过特定的丈量设备和丈量办法获取产品外表离散点的几许坐标数据，将产品的几许形状数字化。其丈量原理是：将被测产品放置于三坐标丈量机的丈量空间内，可以取得被测产品上各个丈量点的坐标位置，依据这些点的空间坐标值，经过核算机数据处理，拟合构成丈量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学核算的办法得出其形状、位置公差及其它几许量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是完结逆向工程的根底和要害。
现有的数据收集办法首要分为两大类：
(1)触摸式数据收集办法触摸式数据收集办法包含运用依据力的击发原理的触发式数据收集和接连式扫描数据收集、磁场法、超声波法。触摸式数据收集一般运用三坐标丈量机，丈量时可依据什物的特征和丈量的要求挑选测头及其方向，确认丈量点数及其散布，然后确认丈量的路径，有时还要进行磕碰的检查。触发式数据收集办法选用触发探头，触发探头又称为开关测头，当测头的探针触摸到产品的外表时，由于探针受理变形触发采样开关，经过数据收集体系记下探针的当前坐标值，逐点移动探针就可以取得产品的外表概括的坐标数据。常用的触摸式触发探头首要包含：机械式触发探头、应变片式触发探头、压电陶瓷触发探头。选用触发式测头的长处在于：适用于空间箱体类工件及已知产品外表的丈量；触发式探头的通用性较强，适用于尺度丈量和在线运用；体积小，易于在狭小的空间内运用；由于丈量数据点时丈量机处于匀速直线低速状态，丈量机的动态功能对丈量精度的影响较小。但由于测头的限制，不能丈量到被测零件的一些细节之处，不能丈量一些易碎、易变形的零件。别的触摸式丈量的测头与零件外表触摸，丈量速度慢，丈量后还要进行测头补偿，数据量小，不能实在的反映实体的形状。
(2)非触摸式数据收集办法非触摸式数据收集办法首要运用光学原理进行数据的收集，首要包含：激光三角形法、激光测距法、结构光法以及图画剖析法等。
非触摸式数据收集速度快、精度高，扫除了由丈量摩擦力和触摸压力造成的丈量误差，避免了触摸式测头与被测外表由于曲率干涉产生的伪劣点问题，取得的密集点云信息量大、精度高，测头产生的光斑也可以做得很小，可以探测到一般机械测头难以丈量的部位，最大限度地反映被测外表的实在形状。非触摸式数据收集办法选用非触摸式探头，由于没有力的作用，适用于丈量柔软物体；非触摸式探头取样率较高，在50次／秒到23000次／秒之间，适用于外表形状杂乱，精度要求不特别高的不知道曲面的丈量，例如：汽车、家电的木模、泥模等。但是非触摸式探头由于受到物体外表特征的影响(色彩、光度、粗糙度、形状等)的影响较大，现在在多数情况下其丈量误差比触摸式探头要大，保持在10微米级以上。该办法首要用于对易变形零件、精度要求不高零件、要求海量数据的零件、不考虑丈量成本及其相关软硬件的配套情况下的丈量。
总之，在可以运用触摸式丈量的情况下，不要选用非触摸式丈量；在只丈量尺度、位置要素的情况下尽量选用触摸式丈量；考虑丈量成本且能满足要求的情况下，尽量选用触摸式丈量；对产品的概括及尺度精度要求较高的情况下选用非触摸式扫描丈量；对离算点的丈量选用扫描式；对易变形、精度要求不高的产品、要求取得很多丈量数据的零件进行丈量时选用非接式丈量办法。
逆向工程数据处理技能
数据处理是逆向工程的一项重要的技能环节，它决定了后续CAD模型重建进程能否方便、精确地进行。依据丈量点的数量，丈量数据可以分为一般数据点和海量数据点；依据丈量数据的规整性，丈量数据又可以分为散乱数据点和规矩数据点；不同的丈量体系所得到的丈量数据的格局是不一致的，且几乎所有的丈量办法和丈量体系都不可避免地存在误差。因而，在运用丈量数据进行CAD重建前必须对丈量数据进行处理。数据处理作业首要包含：数据格局的转化、多角度云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。
每个CAD/CAM体系都有自己的数据格局，现在流行的CAD/CAM软件的产品数据结构和格局各不相同，不只影响了规划和制作之间的数据传输和程序联接，并且直接影响了CMM与CAD/CAM体系的数据通讯。现在通行的办法是运用几种首要的数据交换规范(IGES、STEP、AutoCAD的DXF等)来完结数据通讯。
在逆向工程实践的进程中，由于坐标丈量都有自己的丈量范围，因而无论咱们选用什么丈量办法，都很难在同一坐标系下将产品的几许数据一次彻底测出。产品的数字化不能在同一坐标系下完结，而在模型重建的时候又必须将这些不同坐标下的数据统一到一个坐标系里，这个数据处理进程便是多视数据定位对齐(多角度云的拼合)。多视数据的对齐首要可以分为两种：经过专用的丈量软件装置完结丈量数据的直接对齐；过后数据处理对齐。选用过后数据处理对齐又可以分为：对数据的直接对齐和依据图形的对齐。对数据的直接对齐研讨研讨中，呈现了多种算法，如ICP算法；四元数法；SVD法；依据三个基准点的对齐办法等。
数据平滑的意图是消除丈量数据的噪声，以得到精确的数据和好的特征提取作用。现在一般是选用规范高斯、平均或中值滤波算法。其间高斯滤波能较好地保持原数据的描摹，中值滤波消除数据毛刺的作用较好。因而在选用时应该依据数据质量和建模办法灵活挑选滤波算法。
运用点云数据进行造型处理的进程中，由于海量数据点的存在，使存储和处理这些点云数据成了不可打破的瓶颈。实践上并不是所有的数据点都对模型的重建起作用，因而，可以在确保必定的精度的前提下削减数据量，对点云数据进行精简。·现在选用的办法有：运用均匀网格削减数据的办法；运用削减多变形三角形达到削减数据点的办法；运用误差带削减多面体数据点的办法。
数据切割是依据组成什物外形曲面的子曲面的类型，将归于同一曲面类型的数据成组，划分为不同的数据域，为后续的模型重建提供方便。数据切割办法可以分为依据丈量的切割和主动切割两种办法。现在的切割办法有：依据参数二次曲面迫临的数据切割办法；散乱数据点的主动切割办法；依据CT技能的数据切割办法。
逆向模型重建技能
在整个逆向工程中，产品的三位几许模型CAD重建是最要害、最杂乱的环节。由于只需取得了产品的CAD模型咱们才可以在此根底上进行后续产品的加工制作、快速成型制作、虚拟仿真制作和进行产品的再规划等。在进行模型重建之前，规划者不只需要了解产品的几许特征和数据的特色等前期信息，并且需要了解结构剖析、加工制作模具、快速成型等后续运用问题。现在运用的造型办法首要有：
(1)曲线拟合造型：用一个多项式的函数经过插值去迫临原始的数据，终究得到满足润滑的曲面。曲线是构成曲面的根底，在逆向工程中常用的模型重建办法为，首先将数据点经过插值或迫临拟组成样条曲线，然后选用造型软件完结曲面片的重构造型。长处是原理比较简单，只需多项式的次数满足高就可以得到满意的曲面，但也简单造成核算的不稳定，一起边界的处理才能也比较差，一般用于拟合比较简单的曲面。
(2)曲面片直接拟合造型该办法直接对丈量数据点进行曲面片拟合，取得曲面片经过过渡、混合、衔接构成终究的曲面模型。曲面拟合造型既可以处理有序点，也可以处理散乱数据点。算法有：依据有序点的B样条曲面插值；B样条曲面插值；对任意丈量点的B样条曲面迫临。
(3)点数据网格化网络化实体模型一般是将数据点衔接成三角面片，构成多面体实体模型。现在现已构成两种简化办法：依据给定数据点在确保初始几许形状的根底上，反复扫除节点和面片，构建新的三角形，终究达到指定的节点数；寻找具有最小的节点和面片的最小多面体。
展望
逆向工程的研讨现已日益有目共睹，在数据处理、曲面片拟合、几许特征辨认、商用专业软件和坐标丈量机的研讨开发上现已取得了很大的成果。但是在实践运用傍边，整个进程仍需要很多的人机交互作业，操作者的经历和本质直接影响着产品的质量，主动重建曲面的光顺性难以确保，下面一些要害技能将是逆向工程首要开展方面：
(1)数据丈量方面：开展面向逆向工程的专用丈量设备，可以高速、高精度的完结产品几许形状的三维数字化，并能进行主动丈量和规划路径；
(2)数据的顶处理方面：针对不同种类的丈量数据，开发研讨一种通用的数据处理软件，完善改进现在的数据处理算法；
(3)曲面拟合：可以操控曲面的光顺性和可以进行润滑拼接；
(4)集成技能：开展包含丈量技能、模型重建技能、依据网络的协同规划和数字化制作技能等的逆向工程技能。