逆向工程曾被认为是在缺乏原始方案时人们采用的某种权宜之计，现在，它已成为一种工程科学。

日本在新产品开发方面的成功已经使逆向工程成为设计中的一个重要流程。美国的许多学院已经开设了关于逆向工程的课程，作为解决问题的一种方法，其重点是再设计而不是原始设计。甚至汽车工业也使用了一种称之为 “直接工程 ”的改型设计方法，取代了比较普通的原始设计方法。

最初，日本人使用逆向工程改进其竞争者的产品，从而避免了原始设计工作。这种“再设计 ”过程从观察和试验一种产品开始，尔后将其分解，就其形状、功能、装配公差和制造工艺等进行分析。这一过程的初衷是要充分了解一项产品的制作工艺。在这一理解的基础上，逐步演化出改进的产品。

在近几年里，欧美已经针对逆向工程开展了大量的研究工作，开发出进一步缩短研制周期的强大工具。

先进的测量软件使用户能够将测量机收集的尺寸数据与 CAD模型对照比较，用图形表示误差(图2)

无论是制造设备的备件还是复制老的工装工具，或是将一件外国的专利产品重新设计成新的外观，以及完成对被损模具的修复再造，都是成功地利用逆向工程的范例。

功能强大的专业软件正在赋予逆向工程新的含义。现在，计算机系统可以用来获取零件的几何尺寸，使其产生立体视图，进行设计更改，对其进行工程性能试验，并模拟其制造和检测流程。实际上，大多数逆向工程的实现过程已无需真正制造原型。

一种方法是用坐标测量机测量要复制零件的表面，尔后用计算机辅助设计与制造( CAD/CAM)软件处理，产生出该零件的立体图形和数控加工程序。

许多公司已经具备了完成逆向工程所需要的两种基本工具：坐标测量机 (CMM)和计算机辅助设计(CAD)系统。然而，如何实现坐标测量机(CMM)与计算机辅助设计(CAD)的接口，来提供目前工业环境所需的逆向工程设计能力，成为一些公司需要解决的难题。

选择合适的硬件

就用坐标测量机将零件数字化而言，重点在于生产率。根据具体应用，坐标测量机制造商可提供单点测头或扫描测头。单点触发测头显然是初中级坐标测量机使用的主要技术，通过接触工件上的一个个单点来进行点数据的采集。虽然单点式测头常见，但由于在工件表面上的测点分散，往往会影响测量的结果。扫描测头是利用控制技术沿工件表面轮廓连续扫描，收集数百甚至数千个独立的探测点来确定一个零件真实的几何形状。一台坐标测量机的基础精度固然重要，同时用户还应当知道零件的真实形状，这可以通过探测该工件上更多的点来实现。获取较大数量的数据点(如测直径时 400点相对于 4个点)将能确保更高精度，因为计算的直径和位置的质量与收集的探测点数量直接有关。

逆向工程应用中，生产率包括探测原始样件、为逆向工程零件编制检测程序、测量这一零件以及精确地计算结果所用的时间。脱机零件编程功能可使一台一般速度的坐标测量机具有良好的生产率。

加速逆向工程的实现

从坐标测量机获得的几何尺寸数据可以以标准的格式输出。例如IGES、VDA、DXF、DMIS以及定界的ASCII等格式，从而可应用于所有的 CAD系统中。近年来， Brown & Sharpe公司所开发的直接 CAD接口 ( DCI )功能，又实现了测量数据和主要CAD系统之间的直接连接，不仅加速了从数据采集到选型的速度，而且避免了由于需要转换而引起的数据丢失和偏离。在获得了工件的数字化后，用户仍然需要正确的 CAD系统以加速逆向工程过程。理想地说，CAD系统应当具体包括：

●直接导入任何格式的几何数据。

●能处理数以百万计的点数据。

●能处理从产生到修正分析的轮廓表面工作。

●输出几何形状缩短制造流程。

●分析几何形状，以便用样件来评价格式的完整性。

逆向工程应用的软件应当让用户从三维的角度观察这个零件，就像Windows平台通用测量软件 PC-DMIS一样从汽车气囊罩采集的数据点云，点云再转换成一个曲线网络和一个曲面模型(图3)

更为重要的是，CAD软件应当允许用户从三维的角度观测零件。一个三维模型可充分确定零件的形状，而不需要多面投影。设计师可以重新对零件轮廓表面进行改进，加工技师可直接利用电子模型进行工件的加工。这一想法是，软件应当能够通过下述方式加速逆向工程的实现：

●通过产生平滑连续的曲线网络改进表面质量。

●缩短准备工艺文件所需的时间。

●消除对原型产品的需要。

●用各种分析工具提高产品质量。

迅速生成原型

在现有的若干 CAD软件包中，模具制造商希望采用数字化的三维点云数据生成高质量的曲线和曲面。由测头收集的点云数据能在计算机屏幕上看到，并完成曲面的构造。制造和校准生产工艺的过程既费时又费钱。表面光顺通过提供快速而完全的反映最复杂的任意形状而帮助理顺了这一关键过程。用户可以用CAD几何形状来精确地对照比较扫描数据，以评价样件和加工零件之间的差异，并用彩色图形显示出来，清晰地表明整个几何检测结果。

曲面的快速选型完成偏

差的计算，模块能够从数字化的数据快速生成原型，或者从其他系统生成表面几何形状，这就缩短了数字化物理原型、从汽车气囊罩采集的数据点云，点云再转换成一个曲线网络和一个曲面模型创建 CAD模型和最后生成原型之间的生产周期，并极大地改善了快速选型技术在创建原型工具方面的应用。

在三维实体上工作

目前在国际上有许多著名的CAD软件系统。如 CATIA、UNIGR -APHICS、PRO/E和1-DEAS等上，并在模具技术和逆向工程方面具有独到的应用。如由法国达索系统公司(Dassault Systems)开发的 CATIA，它能使设计师和工程师在无需原型的情况下同时对设计

问题和制造细节并行进行工作。设计师能够创造出“许多虚拟的原型 ”，以决定哪一种最为适合实际工作的需要。这一想法是在机床实际制造一个零件之前对模拟进行更多的工作，并提供了特别适合于逆向工程的各种产品，诸如：

●在CATIA和 CADAM环境之间前后移动数据的双向连接。

●将模型装载或者卸载到另一个计算机辅助设计与制造系统中去的接口。

●采用IGES格式，实现 CATIA系统和其他计算机辅助设计与制造以及计算机辅助工程( CAD/ CAM/CAE)系统之间传递数据的接口功能。

●一个三维的尺寸和公差测量产品，它促进了真实实物模型的公差规范，同时也坚持了公差规则和公差构成的国际标准。

●理顺了各种应用，可使用结果模型来从事进一步设计、分析、制造和其他工作。

●按特点设计的产品，它增强了设计师的能力，使之能够通过采用各种特点，诸如一个简单的工艺创造一系列零件或者一个制造工艺设计来创造出精彩纷呈的许多零件。

●充分综合了二维和三维环境的一种二维和三维的综合产品。这种产品使设计师和绘图员能从三维几何形状为二维图形创造出凸起和平面部分。

完成制造高质量零件的流程

零件制成之后，还必须对其进行检查。如果使用了不同品牌的坐标测量机，则必须使用一种按开放标准工作的检测包。

PC-DMIS便是这样一种通用测量软件。该软件来自于Brown & Sharpe集团，具备完善的图形化接口，能够非常简易地产生零件检测程序 (采用直接的方式或通过导入 CAD文件 )，实现工件的数字化，并可完成逆向工程的应用。PC-DMIS利用标准的协议和格式可同任何目前市面上的 CAD系统相联，如 IGES、DXF、DES、VDA-FS、ASCII等。与此同时，PC -DMIS可以提供直接的 CAD接口功能 (DIRECT -CADTM)，可与各种 CAD软件直接联结，例如 CATIA、nigraphics、Pro Engineer、SDRC、通常的 CAD格式、ACIS等。直接的CAD接口使得软件不再需要转换原始的CAD模型，以保证用于工件编程的设计数据的正确性。用户可直接在CAD模型中生成工件检测程序，减少了编程时间并提高检测精度。

PC-DMIS软件的交互式超级报

告功能，不但为报告格式而且也为数据处理增加了灵活性。超差的单个数据点可图形化显示并伴有文字描述，因此个别点可被储存或重新测量。交互式超级报告功能允许用户用点或特征的任意组合来分析工件的特征，并可图形化显示结果。由测量生成的数据可用于修改程序或建立新程序。PC-DMIS软件已通过PTB认证，支持所有流行的标准，如DMIS、IGES等，并满足ISO公差性能要求，从而准确地顺应了现代制造业尤其是模具制造业中越来越多CAD功能应用的需要。

防护面罩的逆向工程

该任务的最终目的是替代老化的模具，而对于该模具的物理数据只有很少的或几乎没有任何原始的设计文件。该项目包括两种工件，所采用的流程大致相同：

●三种尺寸的纤维防护面罩 (小、中、大 )。

●三种尺寸的橡胶防护面罩 (小、中、大 )。客户要求Brown & Sharpe采集可反映面罩关键区域的数据点。

纤维防护面罩：未装配面罩内部的凹面。

橡胶面罩：形状曲面构成接触面密封。

因此，不需要将整个曲面进行数字化处理。用户要求以IGES格式输出点数据文件以生成模具的立体模型。由于工件的物理特性，例如纤维结构和橡胶，其表面不能用触发测头进行数字化，因此数字化过程是通过配制Wolf & Beck非接触激光测头Chameleon坐标测量机实现的。该测量机能够进行高速模拟扫描。为了使用激光测头，加工后的工件表面不应反光，同时被测量面不能抛光。

使用PC-DMIS测量软件中的扫描工具，进行快速扫描数据采集。坐标测量机的控制器允许扫描未知曲面，通过程序器以渐增的模式采集数据点。设置工件表面的“块 ”区域后，在执行扫描的过程中，“块”区域将认为是单一点信息被采集。需要的公差范围比较大，例如纤维模型的采点密度为1 mm，橡胶模型的采点密度为0.5 mm。一旦数据采集完毕，数据点信息将以 IGES文件格式直接输出。用户收到信息后，产生在最终模具设计中使用的模型表面。

这里提到的用户是一个工业设计公司，它的经营业务为协助模具工厂实现损坏模具或使用年限超过40年的模具的更新替换。这些模具大多没有可靠的技术文档，但我们的用户可以快速，准确的获得模具物理几何特性方面的信息。该信息可以在很多情况下使用，为今后的工作提供技术基准。