逆向工程技術在機械制造的應用

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摘要:隨著智能制造的逐步發展，對生產設計的相關員工提出了更高的技術要求，有關人員應能夠熟練地運用CAD、CAM等工具來完成相關的工作。主要分析了逆向工程技術，并針對其在機械制造領域的應用進行了研究。

關鍵詞:逆向工程技術;機械制造領域;應用

目前，逆向造型、精密測量與檢驗等崗位具有越來越重要的地位。通過將逆向工程技術與CAD、CAM等先進的制造技術相結合，能夠為計算機輔助設計系統的發展提供一個新的發展思路。對逆向工程技術進行研究和分析，能夠有效地提高工業產品的設計水平。

1逆向工程技術概述

1．1逆向工程技術的基本概念

逆向工程又名反向工程，簡稱RE，是一種產品設計技術再現過程，即對一項目標產品進行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產品的處理流程、組織結構、功能特性及技術規格等設計要素，以制作出功能相近但又不完全一樣的產品。逆向工程源于商業及軍事領域中的硬件分析，其主要目的是在不能輕易獲得必要生產信息的情況下，直接從成品分析推導出產品的設計原理。逆向設計與正向設計相對應，正向設計是一個“從無到有”的過程，設計人員需要對產品的外觀、結構、功能以及一些相關的技術參數進行構思，使用CAD技術構建產品的三維模型，最后把三維模型引入實際的生產制造中，完成設計制造的全部周期。而逆向工程則是一個“從有到無”的過程，首先需要根據現有的產品模型，反向推出產品設計的圖紙以及相關的數據，之后再進入產品的制造階段。

1．2逆向工程技術的分類

逆向工程技術根據所求的數據可以劃分為幾何反求、工藝反求以及材料反求等。幾何反求就是根據實物樣品的幾何輪廓中的數字化信息來反求出樣件的CAD模型。通過利用三維掃描儀能夠對實物進行專業化的精準掃描，進而將搜集到的產品三維數據進行處理，在軟件中實現對數據模型的CAD重構，從而得到樣件的三維實體模型。通過三維實體模型能夠對產品或者模具進行制作，也可以對原有的產品進行不同程度的改型以及仿型，實現產品設計的創新。工藝反求和材料反求則是對產品的制作工藝和使用流程進行推理，從而得出產品的實際制作方法。

2逆向工程中的關鍵技術

2．1常用的測量技術

在逆向工程中常用的有3種測量方法，分別是接觸式測量、非接觸式測量以及逐層掃描式測量。①接觸式測量，一般在物理模型上打點時使用這種方法，通過利用三坐標測量機提取三維坐標打點的相關信息，接觸式測量精度高，但測量效率較低。②非接觸式測量，這種方法所能獲得的測量數據較多，信息的密度較大，測量進度也好，因此在實際逆向開發的過程中得到了廣泛地應用，在一定程度上提高了工作的效率。③逐層掃描式測量，這種方法不僅能夠得到產品外形的相關數據信息，還能對產品的內部形狀數據等進行逐層掃描和分析，能解決前面兩種無法測量物體內部輪廓的問題。以上測量方法都有各自的特點和應用范圍，選用那種測量方法應根據被測物體的形體特征和應用的場合來決定。

2．2數據處理技術

數據分割就是根據組成實物外形曲面的子曲面類型，將屬于同一子曲面類型的數據分為一組，將全部數據劃分成代表不同曲面類型的數據域，后續的曲面模型重建時，先分別擬合單個曲面片，再通過曲面的過渡、相交、裁減、倒圓等手段，將多個曲面“縫合”成一個整體，對模型進行重建。數據分割可以分為自動分割和基于測量的分割兩種方式，自動分割又包括了基于面和基于邊的兩種基本方法。①基于面的數據分割是以曲面光滑連續為前提，對具有相同曲面性質的點進行推斷，并根據相應參數的性質來對相同面的點進行判斷，由于實際生活中的物體并不是完全光滑和連續的，因此使用這種方式推斷出的參數也存在一定的誤差;基于邊的數據分割是要先將數據點集中起來，根據各種特征對具有相同類型的曲面片的邊界點進行判斷，從而實現數據的分割，這種方式的缺點在于尖銳邊上的測量數據準確性較低。②基于測量的分割是在測量的過程中，有關工作人員將實物的外形特征進行分類，具有不同的外形特征的曲面被分成不同的子曲面，將其結果導入到CAD中，能夠對不同的數據類型進行高效地處理和分析，為之后的造型提供一定的便利，這種方式在測量曲面特征明顯的實物外形時最為適用，也可用于接觸式的測量中。需要注意的是，使用這種方式時操作人員的經驗和技術水平將會對測量的結果產生極大的影響。在測量數據時很容易產生一些噪音，通過數據平滑的方式能夠盡可能地降低噪音、提高測量結果的準確性，如采用高斯濾波、均值濾波和中值濾波的計算方法。由于測量系統的不同，最終得到的數據格式也是不完全一致的，需要對數據進行進一步地處理，保證后續CAD模型重建的順利進行。8312．3曲面重構技術在逆向工程中曲面重構技術是一項關鍵的技術，在開始進行工作前，應對相關的零件進行檢查和分析。一方面，需要形成一套完善的設計方案，在設計時考慮到前后的流程和具體的措施，之后再對模型的特征區域進行劃分，最后對整體的設計思路進行整合，制定出更加完善的設計方案。另一方面，需要確定構成設計模型的曲面類型，在進行曲面重構的過程中選擇合適的方法和工具來促進曲面重構技術的順利進行。

3逆向工程技術在機械制造領域的應用

3．1損壞或磨損零件的還原

對于一些損壞或者磨損的零件，能夠利用逆向工程技術對特征參數進行提取，之后對其進行還原和修補。由于零件表面已經發生磨損，這就容易在測量時出現誤差，因此逆向工程系統需要具有一定的推理和判斷能力。

3．2新產品開發領域的應用

逆向工程能夠為機械制造領域提供一個高效的模型重構全新手段，幫助該領域完成從實物到三維模型的直接轉換。在工業設計的過程中，存在一些產品對于外觀的設計有特殊的要求，必須在設計中充分地考慮到產品外形的藝術性和美觀性。如汽車、飛機等產品的設計，這些產品都是需要相關的設計師先結合產品的美觀性和藝術性來建立一個比例模型，之后再進行一系列的實驗，對模型產品進行必要的評估，逐步地完善設計方案，最后利用逆向工程技術將三維的CAD模型轉化成實物，這不僅能夠減少產品開發設計的周期，也能提高生產效率。

3．3模具制作領域的應用

在傳統的模具制造過程中，需要對模具進行反復地試模和修改，最終得到滿足要求的模具。逆向工程技術能夠將樣本模具作為產品的對象，對滿足要求的模具進行測量，在重建數字化模型的基礎上生成加工程序，提高模具的生成效率，降低模具的生產成本。除此之外，逆向工程技術還可以將實物的零件作為產品的對象，通過逆向推理的方式求得CAD模型，之后再對模具進行后續的設計，這種方式能夠在一定程度上減少修模量。

3．4工藝藝術品的復制

對于一些有價值的工藝品來說，復制也是一項具有重大意義的工作，如一些手工藝大師的作品大多都只有一件，但是如果需要對其進行推廣應用，就需使用逆向工程技術得到工藝品的三維數據信息，建立實物的三維模型，有助于藝術品后續進行復制推廣。

4結語

逆向工程技術在機械制造領域的應用十分廣泛，具有成本低、研發周期短等優勢，這項技術在后續的發展中將會具有更加明顯的優勢和更為廣闊的應用空間，從而為現代工業設計師實現產品造型的設計提供全新的方式。

參考文獻:

［1］劉雯．淺談逆向工程與快速成型技術在機械制造領域中的應用———評《逆向工程與快速成型技術應用》［J］．材料保護，2020，53(4):175．

［2］王茂羽．逆向工程在機械設計制造中的應用探討［J］．數碼設計(上)，2020，9(3):65－66．

作者：張競龍 單位：廣州市工貿技師學院