【文章內(nèi)容簡介】 工程軟件，學(xué)術(shù)界不少研究團(tuán)隊(duì)也將逆向工程領(lǐng)域作為研究主題，開發(fā)出具不同功能的系統(tǒng)軟件，但是最后這些軟件都沒有真正落實(shí)到產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用。工研院的團(tuán)隊(duì)后來也結(jié)束逆向工程研究，轉(zhuǎn)而開發(fā)其它主題。原有的研發(fā)成果后繼無人，殊為可惜。 1998 年， NEWPOWER 啟動(dòng)了逆向工程的一些項(xiàng)目，要求是把客戶的現(xiàn)有源代碼轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)， 如果需要的話，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約。這恰恰與類似于 V 模型的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程模型相逆。這樣一來，客戶就可以容易地維護(hù)他們的產(chǎn)品（需求，設(shè)計(jì)，源代碼等等），而不需要 想以前那樣，每次改動(dòng)產(chǎn)品都需要直接修改源代碼。 是指從實(shí)物上采集大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并由此建立該物體的幾何模型，進(jìn)而開發(fā)出同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。逆向工程與一般的設(shè)計(jì)制造過程相反，是先有實(shí)物后有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應(yīng)用。目前，逆向工程，逆向工程的應(yīng)用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及測量設(shè)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造等活動(dòng)，如獲取修模后的模具形狀、分析實(shí)物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、快速仿形制造等。 通俗說，從某種意義上說，逆向工程就是仿造。這里的前提是默認(rèn)我們傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造為 “正 向工程（當(dāng)然，沒有這種說法） ”。 軟件的逆向工程是分析程序，力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程，逆向工程是設(shè)計(jì)的恢復(fù)過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)信息。 3 逆向工程硬件系統(tǒng)簡介 實(shí)物數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)的獲取其實(shí)是一個(gè)將產(chǎn)品表面特征進(jìn)行數(shù)字化的過程。它通過專門的測量設(shè)備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)化成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，也就是點(diǎn)云數(shù)據(jù)。只有得到高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)才能高效、高精度的還原產(chǎn)品表面的各種復(fù)雜的曲面。因此，采用何種測量 方法才能獲取高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)一直是反求工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 目前反求工程的測量方法基本上可以分成兩種，即接觸式測量法和非接觸式測量法。在接觸式測量法中，最常用的設(shè)備是三坐標(biāo)測量機(jī)（ Coordinate Meauring Machine，CMM）。其測量原理是：將被測物體放置于三坐標(biāo)測量機(jī)的測量平臺(tái)上，移動(dòng)探針通過點(diǎn)對點(diǎn)邊界面掃描的方法獲取被測物體各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理，還原出可顯示被測物外形輪廓的點(diǎn)云文件。非接觸式測量法又可分為激光三角法、結(jié)構(gòu)光法、工業(yè) CT 法、核磁共振（ MRI）法、超聲波法等。各種方法的原理各不相同。目前結(jié)構(gòu)光法被認(rèn)為是三維形狀測量中最好的方法之一。其主要的優(yōu)點(diǎn)是測量方位大、穩(wěn)定、速度快、成本低等。其原理是把一定模式的光源（如光柵）投影到被測件的表面，受到被測物體表面的高度限制，光柵影線發(fā)生變形，利用兩個(gè)鏡頭獲取不同角度的圖像，通過調(diào)整變形光柵影線，就可以得到被測物體表面的整幅圖像上像素的三位坐標(biāo)。 德國 Comet 三維激光測量機(jī)簡介 德國 Steinbichler 公司是一家專業(yè)生產(chǎn)及設(shè)計(jì)測量設(shè)備及測量系統(tǒng)的公司，其產(chǎn)品種類繁多，用途廣泛，從單機(jī)到大型專用 測量系統(tǒng)；從牙醫(yī)到工業(yè)設(shè)計(jì)；從汽車到飛機(jī)測量；從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)；從應(yīng)力分析到運(yùn)動(dòng)分析，直至虛擬人物制作都得到了廣泛應(yīng)用。Comet C200/400VZ 由該公司出品，它綜合了光學(xué)三角法、條紋投影法、相位移動(dòng)法等原理對實(shí)物做高速、高精度、非接觸測量，廣泛應(yīng)用于反求工程及工業(yè)檢測等領(lǐng)域。Comet 掃描系統(tǒng)由一個(gè)數(shù)碼攝像機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)光柵組成，一次可采集 150ｘ 200mm 或295ｘ 390mm 范圍內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精度 177。對大型物體，可在 Aicon 數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)輔助下，通過多幅深度圖像拼接，完成測量。對小件物 體，換用變焦鏡頭進(jìn)行細(xì)部測量。 圖 Comet光學(xué)掃描系統(tǒng) 圖 Aicon數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng) 旋 轉(zhuǎn) 光 柵攝 像 機(jī)實(shí) 物 圖 光柵投影測量示意圖 Comet Variozoom 測量原理 這項(xiàng)技術(shù)的物理學(xué)基礎(chǔ)是局部三角形測量法。在這里，通過白光源將一系列光柵化光束投射到待測量的物體上，再用數(shù)碼攝像機(jī)將這些投射到物體表面上的光柵拍下來。 通過旋轉(zhuǎn)光柵，投影的模式也會(huì)隨之變化。因此，對每一個(gè) 在數(shù)碼攝像機(jī)上獲得的圖片，都會(huì)分配有一個(gè)確定的編碼。進(jìn)而，對物體每一個(gè)點(diǎn)的三維位置，可以從目標(biāo)鏡頭 K1 和 光柵投影中心 K2 之間的距離 b 及三角法中的角 α 和 β 計(jì)算得到 ，如圖 所示 。 圖 三角形測量原理 待 測 實(shí) 物 光 柵 投 影 獲 取 2 D 圖 像 相 位 包 裹相 位 展 開2 . 5 D 深 度 圖 像配 準(zhǔn) 對 齊3 D 點(diǎn) 云 數(shù) 據(jù)圖像分析與處理 圖 Comet測量系統(tǒng)原理圖 Comet 光學(xué)測量流程 圖 Comet 光學(xué)測量流程圖 COMET Variozoom 的特點(diǎn) COMET Variozoom 的特點(diǎn) 有如下 7 項(xiàng)： 數(shù)據(jù)質(zhì)量和點(diǎn)云密度高 只利用一臺(tái)照相機(jī)便可以將復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的陰影效果降到最小，而且也消除了因在同一個(gè)系統(tǒng)中使用兩臺(tái)照相機(jī)工作所可能引起的同步誤差，保證每個(gè)測量面獲得高質(zhì)量的三維數(shù)據(jù)。使用一臺(tái)一次能拍攝 200 萬個(gè)點(diǎn)的高效能照相機(jī)更有助于取得實(shí)效高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。利用專有的測量方法，測量精度可達(dá)到 177。 多種解像度及變焦功能 由于在 COMET VarioZoom 系統(tǒng)里內(nèi)置有軟件控制的調(diào)焦功能，用戶可以很輕松的調(diào)整解像度。因此 ，對于物體表面上重要的局部細(xì)節(jié)就可以利用這種高解像度模式進(jìn)行測量；而對于物體表面上大部分的同類曲面部分則可以采用標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行測量。用戶可以根據(jù)被測物體的特點(diǎn)制定最佳的測量方案。通過使用軟件控制的可變焦功能，無須繁鎖地更換軟件。 改變測量區(qū)域不需要重新標(biāo)定設(shè)備 與普通系統(tǒng)相比， COMET VarioZoom 系統(tǒng)通過使用可變焦功能，在改變測量范圍后無須重新標(biāo)定測量頭，這就大大節(jié)省了測量時(shí)間。需要注意的是：通常在測量儀的鏡頭的時(shí)候，最好還是重新標(biāo)定一下，因?yàn)閾Q鏡頭會(huì)造成測量儀內(nèi)部一些微小的變動(dòng)，與原來的測量精 度有些差異。 現(xiàn)場標(biāo)定 Comet C200/400VZ 的配件中有兩塊標(biāo)定板，測量頭采用 C400VZ 的鏡頭的時(shí)候使用大板，采用 C200VZ 的鏡頭的時(shí)候則使用小板。利用系統(tǒng)自帶的標(biāo)定板 ,一個(gè)簡單的系統(tǒng)校驗(yàn) (校驗(yàn)功能 )或者測量頭的標(biāo)定可以在現(xiàn)場既快又可靠地完成 .在一般情況下 ,每轉(zhuǎn)換一次鏡頭，都需要標(biāo)定一次；如果使用單鏡頭，每年標(biāo)定一次就足夠了。 機(jī)械性能 測量者通過調(diào)整測量頭上的交匯激光點(diǎn) ,可以容易地控制測量頭和被測物體表面之間的測量距離。緊固結(jié)實(shí)的構(gòu)造，不但在測量頭重量和手工操作強(qiáng)度上沒有任何負(fù)面效果，而且能保證在普通工業(yè)條件下得到極高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。系統(tǒng)部件（測量頭、控制器、微機(jī)）可以放在專用鋁箱里，使其在運(yùn)輸中得到最完好的保護(hù)。使用該光學(xué)部件和機(jī)械設(shè)備，即使在惡劣的環(huán)境光線條件下也能獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。 友好用戶界面軟件 即使對于無多少經(jīng)驗(yàn)的用戶來說，智能化的軟件（ Windows 風(fēng)格 )可以不需過多的培訓(xùn)就可以安全地操作。 多種軟件配置 這 里有三種不同的軟件模塊供選擇（ BASIC， MATCH 和 REFERENCE），因此有可能把最優(yōu)化的測量方法應(yīng)用到實(shí)際中去。 BASIC：通過交互式拼接由參考點(diǎn)或聯(lián) 接點(diǎn)組成的單個(gè)圖片， BASIC 配置可以用來測量較小物體或獲取大物體的三維表面。 MATCH：通過單個(gè)圖片的空間拼接，來進(jìn)行小物體和大物體三維表面的測量。通過物體表面特征或增加連接點(diǎn)，來進(jìn)行自動(dòng)識別和預(yù)聯(lián)接。這就使該配置尤其適合測量有明顯表面特征的物體（ BASIC 配置包含在 MATCH 配置里）。 4 逆向工程軟件簡介 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要使用的軟件是 Imageware 和 UG。 Imageware 主要用于點(diǎn)云導(dǎo)入和模型特征的提取； UG 主要用于 CAD 建模。 UG 簡介 Unigraphics Solutions 公司 （ 簡稱 UGS） 是全球著名的 MCAD 供應(yīng)商 ， 主要為汽車與交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械以及電子工業(yè)等領(lǐng)域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)（ VPD） 的理念提供多級化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的MCAD 解決方案。其主要的 CAD 產(chǎn)品是 UG。 UG 公司的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括從設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的Unigraphics 軟件、基于 Windows 的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品 Solid Edge、集團(tuán)級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) iMAN、產(chǎn)品可視化技術(shù) ProductVision 以及 被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實(shí)體建模核心 Parasolid 在內(nèi)的全線產(chǎn)品。 UG 在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場上得到了廣泛的應(yīng)用。多年來， UGS 一直在支持美國通用汽車公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，同時(shí) Unigraphics 也是日本著名汽車零部件制造商 DENSO 公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應(yīng)用，如 Navistar、底特律柴油機(jī)廠、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。 另外， UGS 公司在 航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn) ： 在美國的航空業(yè)，安裝了超過 10000套 UG 軟件；在俄羅斯航空業(yè)， UG 軟件具有 90%以上的市場；在北美汽輪機(jī)市場， UG軟件占 80%。 UGS 在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也占有領(lǐng)先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有： B/E 航空公司、波音公司、 以色列飛機(jī)公司、英國航空公司、 Northrop Grumman、伊爾飛機(jī)和 Antonov。 UGS 公司的產(chǎn)品同時(shí)還遍布通用機(jī)械、醫(yī)療器械、電子、高技術(shù)以及日用消費(fèi)品等行業(yè)，如： 3M、 WillPemco、 Biomet、 Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、 Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等。 UG 具有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動(dòng)態(tài)拉動(dòng)調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯。 UG 進(jìn)入中國已經(jīng)有九個(gè)年頭了，其在中國的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國已成為遠(yuǎn)東區(qū)業(yè)務(wù)增長最快的國家。幾年來， UG 在中國的用 戶已超過 800 家，裝機(jī)量達(dá)到 3500多臺(tái)套。 UG 的特點(diǎn) ： 建模的靈活性 復(fù)合建模 ： 無需草圖 ,需要時(shí)可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì) ， 無需定義和參數(shù)化新曲線 ， 可直接利用實(shí)體邊緣 。 幾何特征：具有凸墊、鍵槽、凸臺(tái)、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征 、 引用模式 。 光順倒圓 ： 業(yè)界最好的倒圓技術(shù) ， 可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 協(xié)同化裝配建模 可提供自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式并可在上下文中設(shè)計(jì) 、 編輯 ， 高級的裝配導(dǎo)航工具 ， 可圖示裝配樹結(jié)構(gòu)，可方便快 速的確定部件位置 ， 對裝配件的簡化表達(dá)，隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色 ， 強(qiáng)大的零件間的相關(guān)性 ， 配對條件，零件間的表達(dá)式（關(guān)系） ， 協(xié)同化團(tuán)隊(duì)工作 ， 可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部 件以取得最新的工作版本，團(tuán)隊(duì)成員可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各子裝配或零件。 直觀的二維繪圖 對制圖員來講，簡單并富于邏輯性 ， 剖視圖自動(dòng)相關(guān)于模型和剖切線位置 ， 正交視圖的計(jì)算和定位可簡便的由一次鼠標(biāo)操作完成 ， 自動(dòng)隱藏線消除 ， 自動(dòng)尺寸排列 ， 不需要了解設(shè)計(jì)意圖 ， 自動(dòng)工程圖草圖尺寸標(biāo)注。 被業(yè)界證實(shí)的數(shù)控加工 2 軸 5 軸銑 、 車加工 ， 線切割 ， 鈑金件 制造 ， 刀軌仿真和驗(yàn)證 ， 刀具庫 、 標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫功能 。 領(lǐng)先的鈑金件制造 可在成型或展開的情況下設(shè)計(jì)或修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ， 折彎工序可仿真工藝成型過程 ， 鈑料展開幾何自動(dòng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān) ， 可在一幅工程圖中直接展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)和鈑料展開幾何 。 集成的數(shù)字分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ， 硬干涉檢查和軟干涉檢查 ， 運(yùn)動(dòng)仿真和分析 ， 動(dòng)畫過程中的動(dòng)態(tài)干涉檢查。 廣泛的用戶開發(fā)工具 用戶命令宏 ， 高級編程語言，可自定義裁剪的用戶界面 內(nèi)嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù) ， 可簡便定義零件系列 ， 可方便修改表達(dá)式 ， 可生成扇形圖、直方圖 和曲線圖等 。 照片真實(shí)效果渲染 利用基于數(shù)字的設(shè)計(jì)審視，加快產(chǎn)品上市時(shí)間 ， 快速成型。 可分階段實(shí)施的數(shù)據(jù)管理 業(yè)界最緊密的 CAD／ CAM／ CAE 與 PDM 集成 ， 可管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù) 。 Imageware 簡介 Imageware 由美國 EDS 公司出品，