反求工程
几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。
第三部: 零件原形CAD模型的重建
将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合,并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。
第四部: 重建CAD模型的检验与修正
采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要,对不满足要求者重复以上过程,直至达到零件的逆向工程设计要求。
2) 反求工程(逆向工程)中常用的测量方法
反求工程中(逆向工程)的测量方法可分成两类:接触式与非接触式。
(1) 接触式测量方法
坐标测量机
坐标测量机是一种大型精密的三坐标标测量仪器,可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行逆向工程测量。坐标测量机一般采用触发式接触测量头,一次采样只能获取一个点的三维坐标值。九十年代初,英国Renishaw公司研制出一种三维力一位移传感的扫描测量头,该测头可以在工件上滑动测量,连续获取表面的坐标信息,扫描速度可达8米/秒,数字化速度最高可达500点/秒,精度约为0.03mm。这种测头价格昂贵,目前尚未在坐标测量机上广泛采用。坐标测量机主要优点是测量精度高,适应性强,但一般接触式测头测量效率低,而且对一些软质表面无法进行逆向工程测量。
层析法
层析法是近年来发展的一种反求工程逆向工程技术,将研究的零件原形填充后,采用逐层铣削和逐层光扫描相结合的方法获取零件原形不同位置截面的内外轮廓数据,并将其组合起来获得零件的三维数据。层析法的优点在于任意形状,任意结构零件的内外轮廓进行测量,但测量方式是破坏性的。
(2) 非接触式逆向工程测量方法
非接触式测量根据测量原理的不同,大致有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。以下仅将在反求工程中最为常用与较为成熟的光学测量方法(含数字图像处理方法)作一简要说明。
基于光学三角型原理的逆向工程扫描法
这种测量方法根据光学三角型测量原理,以光作为光源,其结构模式可以分为光点、单线条、多光条等,将其投射到被测物体表面,并采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量,根据光点或光条在物体上成象的偏移,通过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的深度信息。
基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法
这种测量方法将光栅条纹投射到被测物体表面,光栅条纹受物体表面形状的调制,其条纹间的相位关系会发生变化,数字图像处理的方法解析出光栅条纹图像的相位变化量来获取被测物体表面的三维信息。
基于工业CT断层扫描图像逆向工程法
这种测量方法对被测物体进行断层截面扫描,以X射线的衰减系数为依据,经处理重建断层截面图像,根据不同位置的断层图像可建立物体的三维信息。该方法可以对被测物体内部的结构和形状进行无损测量。该方法造价高,测量系统的空间分辨率低,获取数据时间长,设备体积大。美国LLNL实验室研制的高分辨率ICT系统测量精度为0.01mm。
立体视觉测量方法
立体视觉测量是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个(多个)摄象机拍摄的图像中的视差,以及摄象机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测量方法可以对处于两个(多个)摄象机共同视野内的目标特征点进行测量,而无须伺服机构等扫描装置。立体视觉测量面临的最大困难是空间特征点在多幅数字图象中提取与匹配的精度与准确性等问题。近来出现了以将具有空间编码的特征的结构光投射到被测物体表面制造测量特征的方法有效解决了测量特征提取和匹配的问题,但在测量精度与测量点的数量上仍需改进。
二次大战中,几十个国家卷入战祸,饱受战争创伤。特别是战败国,在二战结束后,急于恢复和振兴经济。日本在60年代初提出科技立国方针:“一代引进,二代国产化,三代改进出口,四代占领国际市场”,其中在汽车、电子、光学设备和家电等行业上最突出。为要国产化的改进,迫切需要对别国产品进行消化、吸收、改进和挖潜。这就是反求设计(Inverse Design)或反求工程(Inverse Engineering),这两者是同一内涵,仅是不同国家的不同提法。发展到现在,己成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或重要对策,反求工程的大量采用为日本的经济振兴、进而创造和开发各种新产品奠定了良好基础。
实际上,任何产品问世,包括创新、改进和仿制的,都蕴含着对已有科学、技术的继承和应用借鉴。因而反求思维在工程中的应用已源远流长,而提出这种术语并作为一门学问去研究,则是60年代初出现的。
市场经济竞争机制已渗透到各个领域,如何发展科技和经济,世界各国都在研究对策。从共性特征可概括为4个方面对策:(1)大力提倡创造性。包括新的思维方式、新原理、新理论、新方案、新结构、新技术、新材料、新工艺、新仪器等等。对于发展一个国家的国民经济来说,创造性是永恒主题。(2)研究和应用新的设计理论、方法去改造和完善传统的方法,使能既快又好地设计出新型产品。(3)把计算机应用广泛地引入产品设计、开发的全过程(预测、决策、管理、设计制造、试验、销售服务等)中,以期达到这些过程的一体化、智能化和自动化。(4)研究和应用反求工程,使能在高的起点去创造新产品。[1]
任何一项新技术、新产品,应该受到有关保护法(如专利法、知识产权法、商标法等)的法律保护,这是国际性的共同行为规范,这才能引导正常的市场竞争和贸易。反求工程绝不等于偷技术,它是在科技道德和法律制约下,从学术、工程、技术方面来促进科技的发展。这是因为:(1)任何产品的设计、开发,总要借鉴、继承已有的知识和技术,市场上的产品总要被别人借鉴,关键要划清产权的界限。(2)青出于蓝而胜于蓝是发展规律,通过反求来发展新产品,起点高,周期短,成效快,决非照抄照搬。(3)科学的反求,有助于促进技术革新,扩大眼界,有助于尽快培养新人。
但应该强调,作为一个国家、民族,为发展科技和振兴经济,不能全靠反求来生存;鼓励独立的创造性永远是主旋律或主题。[1]
反求工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的技术。尽管国内外已有大量成功经验,但目前还很少有这方面系统的论著,大多散见在各个行业的案例或设计资料中,很多企业也不愿将其反求技术公开。
应该看到,反求工程有其独特的共性技术和内容,还是一门新兴的交叉学科分支,正如高新技术层出不穷,解密技术亦要相应发展。在工程专业领域,需有设计、制造、试验、使用、维修、检测等方面知识;在现代设计法领域,应有系统设计、优化、有限元、价值工程、可靠性、工业设计、创新技法等知识;在计算机方面,需有硬件和软件的基本知识;等等。总之,现行产品中的各种复杂、高新技术,在反求工程中都会遇到如何消化吸收问题。[1]
现代设计理论和方法包括通用的(不针对具体工程专业)和专用的(针对工程专业)的两大范畴。科技发展日新月异,如果说早期的反求活动偏于模仿性、经验性、粗略近似的技术活动,用传统的、常规的方法基本可以胜任,那么对现代产品中高新技术和复杂多样的技术就无能为力。例如用断裂力学设计的产品,使用中出现裂纹是正





