机械制造领域中逆向工程技术的应用

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摘要:随着智能制造的逐步发展，对生产设计的相关员工提出了更高的技术要求，有关人员应能够熟练地运用CAD、CAM等工具来完成相关的工作。主要分析了逆向工程技术，并针对其在机械制造领域的应用进行了研究。

关键词:逆向工程技术;机械制造领域;应用

引言

目前，逆向造型、精密测量与检验等岗位具有越来越重要的地位。通过将逆向工程技术与CAD、CAM等先进的制造技术相结合，能够为计算机辅助设计系统的发展提供一个新的发展思路。对逆向工程技术进行研究和分析，能够有效地提高工业产品的设计水平。

1逆向工程技术概述

1．1逆向工程技术的基本概念

逆向工程又名反向工程，简称RE，是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析，其主要目的是在不能轻易获得必要生产信息的情况下，直接从成品分析推导出产品的设计原理。逆向设计与正向设计相对应，正向设计是一个“从无到有”的过程，设计人员需要对产品的外观、结构、功能以及一些相关的技术参数进行构思，使用CAD技术构建产品的三维模型，最后把三维模型引入实际的生产制造中，完成设计制造的全部周期。而逆向工程则是一个“从有到无”的过程，首先需要根据现有的产品模型，反向推出产品设计的图纸以及相关的数据，之后再进入产品的制造阶段。

1．2逆向工程技术的分类

逆向工程技术根据所求的数据可以划分为几何反求、工艺反求以及材料反求等。几何反求就是根据实物样品的几何轮廓中的数字化信息来反求出样件的CAD模型。通过利用三维扫描仪能够对实物进行专业化的精准扫描，进而将搜集到的产品三维数据进行处理，在软件中实现对数据模型的CAD重构，从而得到样件的三维实体模型。通过三维实体模型能够对产品或者模具进行制作，也可以对原有的产品进行不同程度的改型以及仿型，实现产品设计的创新。工艺反求和材料反求则是对产品的制作工艺和使用流程进行推理，从而得出产品的实际制作方法。

2逆向工程中的关键技术

2．1常用的测量技术

在逆向工程中常用的有3种测量方法，分别是接触式测量、非接触式测量以及逐层扫描式测量。①接触式测量，一般在物理模型上打点时使用这种方法，通过利用三坐标测量机提取三维坐标打点的相关信息，接触式测量精度高，但测量效率较低。②非接触式测量，这种方法所能获得的测量数据较多，信息的密度较大，测量进度也好，因此在实际逆向开发的过程中得到了广泛地应用，在一定程度上提高了工作的效率。③逐层扫描式测量，这种方法不仅能够得到产品外形的相关数据信息，还能对产品的内部形状数据等进行逐层扫描和分析，能解决前面两种无法测量物体内部轮廓的问题。以上测量方法都有各自的特点和应用范围，选用那种测量方法应根据被测物体的形体特征和应用的场合来决定。

2．2数据处理技术

数据分割就是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一子曲面类型的数据分为一组，将全部数据划分成代表不同曲面类型的数据域，后续的曲面模型重建时，先分别拟合单个曲面片，再通过曲面的过渡、相交、裁减、倒圆等手段，将多个曲面“缝合”成一个整体，对模型进行重建。数据分割可以分为自动分割和基于测量的分割两种方式，自动分割又包括了基于面和基于边的两种基本方法。①基于面的数据分割是以曲面光滑连续为前提，对具有相同曲面性质的点进行推断，并根据相应参数的性质来对相同面的点进行判断，由于实际生活中的物体并不是完全光滑和连续的，因此使用这种方式推断出的参数也存在一定的误差;基于边的数据分割是要先将数据点集中起来，根据各种特征对具有相同类型的曲面片的边界点进行判断，从而实现数据的分割，这种方式的缺点在于尖锐边上的测量数据准确性较低。②基于测量的分割是在测量的过程中，有关工作人员将实物的外形特征进行分类，具有不同的外形特征的曲面被分成不同的子曲面，将其结果导入到CAD中，能够对不同的数据类型进行高效地处理和分析，为之后的造型提供一定的便利，这种方式在测量曲面特征明显的实物外形时最为适用，也可用于接触式的测量中。需要注意的是，使用这种方式时操作人员的经验和技术水平将会对测量的结果产生极大的影响。在测量数据时很容易产生一些噪音，通过数据平滑的方式能够尽可能地降低噪音、提高测量结果的准确性，如采用高斯滤波、均值滤波和中值滤波的计算方法。由于测量系统的不同，最终得到的数据格式也是不完全一致的，需要对数据进行进一步地处理，保证后续CAD模型重建的顺利进行。

2．3曲面重构技术

在逆向工程中曲面重构技术是一项关键的技术，在开始进行工作前，应对相关的零件进行检查和分析。一方面，需要形成一套完善的设计方案，在设计时考虑到前后的流程和具体的措施，之后再对模型的特征区域进行划分，最后对整体的设计思路进行整合，制定出更加完善的设计方案。另一方面，需要确定构成设计模型的曲面类型，在进行曲面重构的过程中选择合适的方法和工具来促进曲面重构技术的顺利进行。

3逆向工程技术在机械制造领域的应用

3．1损坏或磨损零件的还原

对于一些损坏或者磨损的零件，能够利用逆向工程技术对特征参数进行提取，之后对其进行还原和修补。由于零件表面已经发生磨损，这就容易在测量时出现误差，因此逆向工程系统需要具有一定的推理和判断能力。

3．2新产品开发领域的应用

逆向工程能够为机械制造领域提供一个高效的模型重构全新手段，帮助该领域完成从实物到三维模型的直接转换。在工业设计的过程中，存在一些产品对于外观的设计有特殊的要求，必须在设计中充分地考虑到产品外形的艺术性和美观性。如汽车、飞机等产品的设计，这些产品都是需要相关的设计师先结合产品的美观性和艺术性来建立一个比例模型，之后再进行一系列的实验，对模型产品进行必要的评估，逐步地完善设计方案，最后利用逆向工程技术将三维的CAD模型转化成实物，这不仅能够减少产品开发设计的周期，也能提高生产效率。

3．3模具制作领域的应用

在传统的模具制造过程中，需要对模具进行反复地试模和修改，最终得到满足要求的模具。逆向工程技术能够将样本模具作为产品的对象，对满足要求的模具进行测量，在重建数字化模型的基础上生成加工程序，提高模具的生成效率，降低模具的生产成本。除此之外，逆向工程技术还可以将实物的零件作为产品的对象，通过逆向推理的方式求得CAD模型，之后再对模具进行后续的设计，这种方式能够在一定程度上减少修模量。

3．4工艺艺术品的复制

对于一些有价值的工艺品来说，复制也是一项具有重大意义的工作，如一些手工艺大师的作品大多都只有一件，但是如果需要对其进行推广应用，就需使用逆向工程技术得到工艺品的三维数据信息，建立实物的三维模型，有助于艺术品后续进行复制推广。

4结语

逆向工程技术在机械制造领域的应用十分广泛，具有成本低、研发周期短等优势，这项技术在后续的发展中将会具有更加明显的优势和更为广阔的应用空间，从而为现代工业设计师实现产品造型的设计提供全新的方式。

参考文献:

［1］刘雯．浅谈逆向工程与快速成型技术在机械制造领域中的应用———评《逆向工程与快速成型技术应用》［J］．材料保护，2020，53(4):175．

［2］王茂羽．逆向工程在机械设计制造中的应用探讨［J］．数码设计(上)，2020，9(3):65－66．

作者：张競龙 单位：广州市工贸技师学院