【正文】 被廣泛應用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與制造領域。 照片真實效果渲染 利用基于數(shù)字的設計審視，加快產(chǎn)品上市時間 ， 快速成型。 集成的數(shù)字分析 機構(gòu)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。 被業(yè)界證實的數(shù)控加工 2 軸 5 軸銑 、 車加工 ， 線切割 ， 鈑金件 制造 ， 刀軌仿真和驗證 ， 刀具庫 、 標準工藝數(shù)據(jù)庫功能 。局部著色 ， 強大的零件間的相關(guān)性 ， 配對條件，零件間的表達式（關(guān)系） ， 協(xié)同化團隊工作 ， 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，團隊成員可并行設計產(chǎn)品中各子裝配或零件。 光順倒圓 ： 業(yè)界最好的倒圓技術(shù) ， 可自適應于切口、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。 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(shù)設計 ， 無需定義和參數(shù)化新曲線 ， 可直接利用實體邊緣 。 UG 進入中國已經(jīng)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。 UG 具有豐富的曲面建模工具。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 在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領先地位，擁有如 Pratt amp。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(chǎn)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。 UG 公司的產(chǎn)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(chǎn)品 Solid Edge、集團級產(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體建模核心 Parasolid 在內(nèi)的全線產(chǎn)品。 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(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)品與服務在內(nèi)的完整的MCAD 解決方案。 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。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。 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。 友好用戶界面軟件 即使對于無多少經(jīng)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。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。 機械性能 測量者通過調(diào)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。 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。 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。用戶可以根據(jù)被測物體的特點制定最佳的測量方案。 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。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(zhì)量的數(shù)據(jù)。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 。 通過旋轉(zhuǎn)光柵，投影的模式也會隨之變化。 圖 Comet光學掃描系統(tǒng) 圖 Aicon數(shù)字攝影測量系統(tǒng) 旋 轉(zhuǎn) 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(shù)的物理學基礎是局部三角形測量法。對大型物體，可在 Aicon 數(shù)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。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。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(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。目前結(jié)構(gòu)光法被認為是三維形狀測量中最好的方法之一。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。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）。因此，采用何種測量 方法才能獲取高質(zhì)量的點云數(shù)據(jù)一直是反求工程的重點和難點。它通過專門的測量設備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)化成離散的幾何點坐標數(shù)據(jù)，也就是點云數(shù)據(jù)。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)和程序設計信息。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） ”。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(chǎn)品的創(chuàng)新設計、快速仿形制造等。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。這樣一來，客戶就可以容易地維護他們的產(chǎn)品（需求，設計，源代碼等等），而不需要 想以前那樣，每次改動產(chǎn)品都需要直接修改源代碼。 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(zhuǎn)變成設計， 如果需要的話，進一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約。工研院的團隊后來也結(jié)束逆向工程研究，轉(zhuǎn)而開發(fā)其它主題。到最近四年來，發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學邏輯運算，速度快。十一年前在逆向工程上，只能運用 CATIA 等CAD/CAM 高階曲面系統(tǒng)。 逆向工程軟件部分品牌包括 Imageware、 ICEM、 CopyCAD、 Rapid Form 等。后來有接觸式掃瞄設備，運用探針接觸工件取得產(chǎn)品外型。 1990 年初期包括臺灣在內(nèi)，各國學術(shù)界團隊大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。逆向工程技術(shù)是一項開拓性、實用性和綜合性很強的技術(shù)，具有廣闊的市場前景。 綜上所述，逆向工程技術(shù)是一種先進產(chǎn)品的實物、樣件、軟件作為研究對象，應用現(xiàn)代設計方法學、生產(chǎn)工程學、材料學和有關(guān)專業(yè)知識進行系統(tǒng)分析和研究、探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進而開發(fā)出同類的更為先進 的產(chǎn)品的技術(shù)，已經(jīng)得到了廣泛的應用。 數(shù)字化模型的檢測 對加工后的零件進行掃描測量，再 利用逆向工程方法構(gòu)造出 CAD 模型，通過將該模型與原設計的 CAD 模型在計算機上進行數(shù)據(jù)比較，可以檢測制造誤差，提高檢測精度。 損壞或磨損零件的還原 當零件損壞或磨損 時，可以直接采用逆向工程方法重構(gòu)該零件 CAD 模型，對損壞的零件表面進行還原或修補，從而可以快速生產(chǎn)這些零部件的替代零件，從而提高設備的利用率并延長其使用壽命。 但為了與客戶交流 ，以獲得優(yōu)化的設計，設計者常常通過創(chuàng)建基于功能和分析需要的一個物理模型，來進行復雜或重要零部件的設計，然后用逆向工程方法從物理模型構(gòu)造出 CAD模型，在該模型的基礎上可以作進一步的修改，實現(xiàn)產(chǎn)品的改型或仿型設計。 逆向工程的應用范圍 隨著逆向工程技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 逆向工程已經(jīng)成為聯(lián)系新產(chǎn)品開發(fā)過程中各種先進技術(shù)的紐帶，被廣泛應用于家用電器、汽車、摩托車、飛機、模具等產(chǎn)品的改型與創(chuàng)新設計，成為消化、吸收先進技術(shù)，實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要手段。 確定產(chǎn)品的造型 對產(chǎn)品的外形構(gòu)型 、 色彩設計等進行分析 ， 從美學原則 、 顧客需求 心理、 商品 價值等角度進行構(gòu)型設計和色彩設計 。 在此基礎上 ，遵循立足國內(nèi)的方針 、 考慮資源及成本 、 選擇合用的國產(chǎn)材料 、 或參照同類產(chǎn)品的材料牌號 、 選擇滿足力學性能及化學性能的國有材料代用 。 科學合理地進行精度分配 ， 對提高產(chǎn)品的裝配精度和力學性能至關(guān)重要 。 通過測量 ， 只能得到零件的加工尺寸 ， 而不能獲得幾何精度的分配 。 為更好地進行形體尺寸的分析與測繪 ， 應總結(jié)箱體類 、 軸類 、 盤套類 、 齒輪 、 彈簧 、 曲線曲面及其它特殊形體的測量方法 ， 并合理標注尺寸 。 研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計 產(chǎn)品中零部件的具體結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)產(chǎn)品功能目標 的 保證 ， 對產(chǎn)品的性能 、 工作能力 、經(jīng)濟性 、 壽命和可靠性有著密切關(guān)系 。 設計一個夾緊裝置時 ， 把功能目標定在機械手段上 ， 則可能設計出斜楔夾緊 、 螺旋夾緊 、 偏心夾緊 、 定心夾緊 、 聯(lián)動夾緊等原理方案 ； 如把功能目標確定擴大 ， 則可設計出液動 、 氣動 、 電磁夾緊等原理方案 。 例如 ， 一般動力機構(gòu)的功能通常是能量轉(zhuǎn)換 ， 工作機通常是物料轉(zhuǎn)換 ， 儀器儀表通常是信號轉(zhuǎn)換 。 探索原產(chǎn)品原理方案的設計 各種產(chǎn)品都是按定的使用要求設計的 ， 而滿足同樣要求的產(chǎn)品 ， 可能有多種不同的形式 ， 所以產(chǎn)品的功能目標是產(chǎn)品設計的核心問題 。整個操作過程，可以分為四個步驟： 物體數(shù)據(jù) 化：普遍采用三坐標測量機或激光掃描儀來采集物體表面的空間坐標值 從采集的數(shù)據(jù)中分析物體的幾何特征：依據(jù)數(shù)據(jù)的屬性 ，進行分割、再采用幾何特征和識別方法來分析物體的設計及加工特征 物體三維模型重建：利用 CAD 軟件，把分割后的三維數(shù)據(jù)作表面模型的擬合，得出實物的三維模型 檢驗、修正三維模型 逆向工程的研究內(nèi)容 反求工程包含對產(chǎn)品的研究與發(fā)展 、 生產(chǎn)制造過程 、 管理和市場組成的完整系統(tǒng)的分析和研 究 ， 主要包括以下幾個方面 ： 探索原產(chǎn)品設計的指導思想 握原產(chǎn)品設計的指導思想是分析了解整個產(chǎn)品設計的前提 。 逆向工程的工作原理 反求技術(shù)是利用電子儀器去收集物體表面的原始數(shù)據(jù) ,之后再使用軟件，計算出采集數(shù)據(jù)的空間坐標，并得到對應的顏色。由于逆向工程技術(shù)和計算機輔助測 (CAT)、輔助設計 (CAD)，輔助制造 (CAM)、以及計算機輔助工程分析 (CAE)密切相關(guān)，因此其成功應用的關(guān)鍵不僅僅在于各計算機輔助子模塊和系統(tǒng)能較好地獨立完成各項工作，很大程度上還取決于各個子模塊和系統(tǒng)的計算機集成程度。逆向工程的一個很重要的特點就是進行模型的評價，我們實際制造中生產(chǎn)的產(chǎn)品到底是不是能符合設計的要求，這全靠最后的模型檢測和評價。 模型分析和評價技術(shù) 模型的分析主要指的是對模型進行結(jié)構(gòu)工程分析，包括有限元分析、注塑分析和運動模 擬。 曲面重建技術(shù) 根據(jù)曲面的數(shù)據(jù)采集信息來恢復原始曲面的幾何模型，稱為曲面重構(gòu)。所以作為逆向工程的第一步，如何高效、高精度的獲得實物表面數(shù)據(jù)成為了逆向工程實現(xiàn)的基礎和關(guān)鍵技術(shù)之一， 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為三大類 ： 接觸式測量、非接觸式測量和逐層測量技術(shù)。 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù) 從上面的定義可以看出逆向工程技術(shù)的研究對象為產(chǎn)品實物，其關(guān)鍵技術(shù)包括形狀表面數(shù)字化、三維模型重建、數(shù)字化制造、逆向工程集成系統(tǒng)等。 逆向工程是相對于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計流程即所謂的正向工程而提出的 .正向工程是泛指常規(guī)的從概念 或 草圖設計到具體模型設計再到成品的生產(chǎn)制造過程。 2 逆向工程簡介 逆向工程概念 逆向工程技術(shù)，也稱逆向工程、反向工程、反求工程等，是在沒有產(chǎn)品原始樣圖、文檔的情況下，對產(chǎn)品實物進行測量和工程分析，經(jīng) CAD/CAM/CAE 進行數(shù)據(jù)處理，重構(gòu)幾何模型，并生成數(shù)控程序，由 機床重新加工復制出產(chǎn)品的過程。 本文的主要內(nèi)容 本文第二章敘述逆向工程的相關(guān)概念；第三章介紹了逆向工程使用的硬件設備及其原 理、工作流程；第四章主要針對逆向工程軟件作簡介，包括 UG 和四大逆向工程軟件；在第五章中，通過一些插圖說明，詳細介紹了 Audi R8 的車身數(shù)模反求設計的具體過程，主要包括 imageware 中的曲線特征提取、 UG 曲面建模、誤差分析等。 反求工程技術(shù)是測量技術(shù) ,數(shù)據(jù)處理技術(shù) ,圖形處理技術(shù)和加工技術(shù)相結(jié)合的一門結(jié)合性技術(shù) .隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和上述單元技術(shù)是逐漸成熟 ,近年來在新產(chǎn)品設計開發(fā)中愈來愈多的被得到應用 ,因為在產(chǎn)品開發(fā)過程中需要以實物作為設計依據(jù)參考模型或作為最終驗證依據(jù)時尤其需要應用該項技術(shù) ,所以在汽車 ,摩托車的外形覆蓋件和內(nèi)裝飾件的設計 ,家電產(chǎn)品外形設計 ,藝術(shù)品復制中對反求工程技術(shù)的應用需求尤為迫切。 關(guān)鍵詞： 逆向工