【文章內容簡介】 工程軟件，學術界不少研究團隊也將逆向工程領域作為研究主題，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到產業(yè)界應用。工研院的團隊后來也結束逆向工程研究，轉而開發(fā)其它主題。原有的研發(fā)成果后繼無人，殊為可惜。 1998 年， NEWPOWER 啟動了逆向工程的一些項目，要求是把客戶的現(xiàn)有源代碼轉變成設計， 如果需要的話，進一步轉化成產品需求規(guī)約。這恰恰與類似于 V 模型的標準開發(fā)過程模型相逆。這樣一來，客戶就可以容易地維護他們的產品（需求，設計，源代碼等等），而不需要 想以前那樣，每次改動產品都需要直接修改源代碼。 是指從實物上采集大量的三維坐標點，并由此建立該物體的幾何模型，進而開發(fā)出同類產品的先進技術。逆向工程與一般的設計制造過程相反，是先有實物后有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應用。目前，逆向工程，逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進的計算機及測量設備，進行設計、分析、制造等活動，如獲取修模后的模具形狀、分析實物模型、基于現(xiàn)有產品的創(chuàng)新設計、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。這里的前提是默認我們傳統(tǒng)的設計制造為 “正 向工程（當然，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，逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數據結構、體系結構和程序設計信息。 3 逆向工程硬件系統(tǒng)簡介 實物數據獲取 數據的獲取其實是一個將產品表面特征進行數字化的過程。它通過專門的測量設備和測量方法，將物體的表面形狀轉化成離散的幾何點坐標數據，也就是點云數據。只有得到高質量的點云數據才能高效、高精度的還原產品表面的各種復雜的曲面。因此，采用何種測量 方法才能獲取高質量的點云數據一直是反求工程的重點和難點。 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，最常用的設備是三坐標測量機（ Coordinate Meauring Machine，CMM）。其測量原理是：將被測物體放置于三坐標測量機的測量平臺上，移動探針通過點對點邊界面掃描的方法獲取被測物體各測點的坐標位置，根據被測點的空間坐標值，經過計算機的處理，還原出可顯示被測物外形輪廓的點云文件。非接觸式測量法又可分為激光三角法、結構光法、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。目前結構光法被認為是三維形狀測量中最好的方法之一。其主要的優(yōu)點是測量方位大、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，利用兩個鏡頭獲取不同角度的圖像，通過調整變形光柵影線，就可以得到被測物體表面的整幅圖像上像素的三位坐標。 德國 Comet 三維激光測量機簡介 德國 Steinbichler 公司是一家專業(yè)生產及設計測量設備及測量系統(tǒng)的公司，其產品種類繁多，用途廣泛，從單機到大型專用 測量系統(tǒng)；從牙醫(yī)到工業(yè)設計；從汽車到飛機測量；從靜態(tài)到動態(tài)；從應力分析到運動分析，直至虛擬人物制作都得到了廣泛應用。Comet C200/400VZ 由該公司出品，它綜合了光學三角法、條紋投影法、相位移動法等原理對實物做高速、高精度、非接觸測量，廣泛應用于反求工程及工業(yè)檢測等領域。Comet 掃描系統(tǒng)由一個數碼攝像機和一個旋轉光柵組成，一次可采集 150ｘ 200mm 或295ｘ 390mm 范圍內點云數據，精度 177。對大型物體，可在 Aicon 數字攝影測量系統(tǒng)輔助下，通過多幅深度圖像拼接，完成測量。對小件物 體，換用變焦鏡頭進行細部測量。 圖 Comet光學掃描系統(tǒng) 圖 Aicon數字攝影測量系統(tǒng) 旋 轉 光 柵攝 像 機實 物 圖 光柵投影測量示意圖 Comet Variozoom 測量原理 這項技術的物理學基礎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，再用數碼攝像機將這些投射到物體表面上的光柵拍下來。 通過旋轉光柵，投影的模式也會隨之變化。因此，對每一個 在數碼攝像機上獲得的圖片，都會分配有一個確定的編碼。進而，對物體每一個點的三維位置，可以從目標鏡頭 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 計算得到 ，如圖 所示 。 圖 三角形測量原理 待 測 實 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 對 齊3 D 點 云 數 據圖像分析與處理 圖 Comet測量系統(tǒng)原理圖 Comet 光學測量流程 圖 Comet 光學測量流程圖 COMET Variozoom 的特點 COMET Variozoom 的特點 有如下 7 項： 數據質量和點云密度高 只利用一臺照相機便可以將復雜曲面結構的陰影效果降到最小，而且也消除了因在同一個系統(tǒng)中使用兩臺照相機工作所可能引起的同步誤差，保證每個測量面獲得高質量的三維數據。使用一臺一次能拍攝 200 萬個點的高效能照相機更有助于取得實效高質量的數據。利用專有的測量方法，測量精度可達到 177。 多種解像度及變焦功能 由于在 COMET VarioZoom 系統(tǒng)里內置有軟件控制的調焦功能，用戶可以很輕松的調整解像度。因此 ，對于物體表面上重要的局部細節(jié)就可以利用這種高解像度模式進行測量；而對于物體表面上大部分的同類曲面部分則可以采用標準模式進行測量。用戶可以根據被測物體的特點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)域不需要重新標定設備 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定測量頭，這就大大節(jié)省了測量時間。需要注意的是：通常在測量儀的鏡頭的時候，最好還是重新標定一下，因為換鏡頭會造成測量儀內部一些微小的變動，與原來的測量精 度有些差異。 現(xiàn)場標定 Comet C200/400VZ 的配件中有兩塊標定板，測量頭采用 C400VZ 的鏡頭的時候使用大板，采用 C200VZ 的鏡頭的時候則使用小板。利用系統(tǒng)自帶的標定板 ,一個簡單的系統(tǒng)校驗 (校驗功能 )或者測量頭的標定可以在現(xiàn)場既快又可靠地完成 .在一般情況下 ,每轉換一次鏡頭，都需要標定一次；如果使用單鏡頭，每年標定一次就足夠了。 機械性能 測量者通過調整測量頭上的交匯激光點 ,可以容易地控制測量頭和被測物體表面之間的測量距離。緊固結實的構造，不但在測量頭重量和手工操作強度上沒有任何負面效果，而且能保證在普通工業(yè)條件下得到極高的數據質量。系統(tǒng)部件（測量頭、控制器、微機）可以放在專用鋁箱里，使其在運輸中得到最完好的保護。使用該光學部件和機械設備，即使在惡劣的環(huán)境光線條件下也能獲得高質量的數據。 友好用戶界面軟件 即使對于無多少經驗的用戶來說，智能化的軟件（ Windows 風格 )可以不需過多的培訓就可以安全地操作。 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)化的測量方法應用到實際中去。 BASIC：通過交互式拼接由參考點或聯(lián) 接點組成的單個圖片， 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：通過單個圖片的空間拼接，來進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，來進行自動識別和預聯(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)設計主要使用的軟件是 Imageware 和 UG。 Imageware 主要用于點云導入和模型特征的提??； 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 供應商 ， 主要為汽車與交通、航空航天、日用消費品、通用機械以及電子工業(yè)等領域通過其虛擬產品開發(fā)（ VPD） 的理念提供多級化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產品與服務在內的完整的MCAD 解決方案。其主要的 CAD 產品是 UG。 UG 公司的產品主要有為機械制造企業(yè)提供包括從設計、分析到制造應用的Unigraphics 軟件、基于 Windows 的設計與制圖產品 Solid Edge、集團級產品數據管理系統(tǒng) iMAN、產品可視化技術 ProductVision 以及 被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實體建模核心 Parasolid 在內的全線產品。 UG 在航空航天、汽車、通用機械、工業(yè)設備、醫(yī)療器械以及其它高科技應用領域的機械設計和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應用。多年來， UGS 一直在支持美國通用汽車公司實施目前全球最大的虛擬產品開發(fā)項目，同時 Unigraphics 也是日本著名汽車零部件制造商 DENSO 公司的計算機應用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應用，如 Navistar、底特律柴油機廠、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。 另外， UGS 公司在 航空領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；在北美汽輪機市場， UG軟件占 80%。 UGS 在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動機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、 以色列飛機公司、英國航空公司、 Northrop Grumman、伊爾飛機和 Antonov。 UGS 公司的產品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術以及日用消費品等行業(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、標準二次曲線方法放樣、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、動態(tài)拉動調整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點云生成、曲面編輯。 UG 進入中國已經有九個年頭了，其在中國的業(yè)務有了很大的發(fā)展，中國已成為遠東區(qū)業(yè)務增長最快的國家。幾年來， UG 在中國的用 戶已超過 800 家，裝機量達到 3500多臺套。 UG 的特點 ： 建模的靈活性 復合建模 ： 無需草圖 ,需要時可進行全參數設計 ， 無需定義和參數化新曲線 ， 可直接利用實體邊緣 。 幾何特征：具有凸墊、鍵槽、凸臺、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 ， 可自適應于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構形，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、自底向上兩種產品結構定義方式并可在上下文中設計 、 編輯 ， 高級的裝配導航工具 ， 可圖示裝配樹結構，可方便快 速的確定部件位置 ， 對裝配件的簡化表達，隱藏或關掉特定組件。局部著色 ， 強大的零件間的相關性 ， 配對條件，零件間的表達式（關系） ， 協(xié)同化團隊工作 ， 可方便的替換產品中任一零部件，刷新部 件以取得最新的工作版本，團隊成員可并行設計產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 ， 剖視圖自動相關于模型和剖切線位置 ， 正交視圖的計算和定位可簡便的由一次鼠標操作完成 ， 自動隱藏線消除 ， 自動尺寸排列 ， 不需要了解設計意圖 ， 自動工程圖草圖尺寸標注。 被業(yè)界證實的數控加工 2 軸 5 軸銑 、 車加工 ， 線切割 ， 鈑金件 制造 ， 刀軌仿真和驗證 ， 刀具庫 、 標準工藝數據庫功能 。 領先的鈑金件制造 可在成型或展開的情況下設計或修改產品結構 ， 折彎工序可仿真工藝成型過程 ， 鈑料展開幾何自動與產品設計相關 ， 可在一幅工程圖中直接展示產品設計和鈑料展開幾何 。 集成的數字分析 機構運動學分析 ， 硬干涉檢查和軟干涉檢查 ， 運動仿真和分析 ， 動畫過程中的動態(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 內嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數據 ， 可簡便定義零件系列 ， 可方便修改表達式 ， 可生成扇形圖、直方圖 和曲線圖等 。 照片真實效果渲染 利用基于數字的設計審視，加快產品上市時間 ， 快速成型。 可分階段實施的數據管理 業(yè)界最緊密的 CAD／ CAM／ CAE 與 PDM 集成 ， 可管理 CAD 數據以及整個產品開發(fā)周期中所有相關數據 。 Imageware 簡介 Imageware 由美國 EDS 公司出品，