作為一種先進的產品設計手段，目前逆向工程在我國受到越來越多的企業(yè)的重視，逆向技術應用也越來越廣泛被關注起來。逆向工程技術 （Reverse Engineering） 的工程概念是：通過對已有產品模型進行三維數字化掃描，來獲取產品模型的表面輪廓的點云數據，將點云數據通過專業(yè)軟件進行處理，最終形成三維數學模型，用于產品的重新設計及數控加工以及結構分析。它不同于我們通常的由二維草圖設計到三維立體模型設計再到加工或快速成型的設計思路，所以它是一種基于實體而沒有數學模型的設計方法。 逆向工程廣泛的應用于航空航天、汽車、機械、電子電器及模具、玩具、醫(yī)學、制鞋等各行各業(yè)，其應用主要在以下幾個方面： 1.新零件的設計，主要用于產品的改型或仿型設計。 2.已有零件的復制，再現原產品的設計意圖，進行數據管理和存檔。 3.從已有產品零件直接快速生成 STL 模型， 用于快速成型（ RPM ）或模具設計。 4.數字化模型的檢測，變形分析、有限元分析等，以及進行與原設計模型的比較。 5.損壞或磨損零件的還原和修復。 然而作為種新興的技術，許多企業(yè)對逆向工程并不了解，認為只要有三維測量或掃描設備，有通用的 CAD軟件就可以進行逆向工作了。其實這是不夠的，在逆向工程的應用過程有許多是其他普通逆向軟件和 CAD 軟件無法實現的難點，逆向工作必須有專業(yè)的逆向軟件和工藝知識才能很好的完成這一項復雜的工作。 專業(yè)逆向軟件相對于普通軟件的優(yōu)勢在于： 1.對測量數據進行優(yōu)化和編輯的能力：因為有許多測量設備可以提供掃描工作，所以要求逆向軟件具備能夠讀入絕大多數設備所生成的不同的點云數據格式能力。同時由于點云的數量是非常巨大的，往往有幾十萬到上千萬、甚至上億的點需要處理，這就需要逆向軟件對于這樣數量巨大的點云數據具有高效的運算、編輯能力。具備在保證曲面質量的前提下優(yōu)化減少點云數目、剔出壞點的功能。同時由于待測模型不同的幾何構造以及采用不同的設備、達到不同的測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。這就需要逆向軟件能夠具備針對這些不同能分類處理的能力。 2.對三角模型進行優(yōu)化和編輯的能力： 由于測量設備精度不高、測量數據質量不高、測量模型有缺陷或損傷等種種原因，往往會造成生成的 STL 模型會有許多破洞和缺陷，這就需要逆向軟件具備強大的 STL 模型的編輯和優(yōu)化的處理能力，能在設計公差允許的范圍內修補、光順三角面片。同時還應具備對 STL 模型進行布爾運算和設計造型，生成符合設計的 STL 模型，從而不必要轉換成曲面模型才能進行模具設計或被其他 CAM 軟件讀入才能進行加工的問題，因為這將極大地增加工作量，降低工作效率。 3.曲面生成光順使用困難、技巧性強： 由于逆向的產品往往是比較復雜的產品，曲面構造復雜，往往需要生成 以 B-Spline 或 NURBS 曲面為基礎的曲面，同時需要進行多個曲面的剪裁、縫合、圓角過渡、光順等編輯操作，所以對于曲面生成和光順的能力要求嚴格，而多數逆向軟件只能將點云處理成曲線，然后轉換到其他 CAD 軟件中用曲線構面的方式生成曲面，這樣生成方式單一，工作量大，遇到形體復雜的產品工作極為繁瑣，還容易造成較大變形，這使得曲面的生成很大程度上依賴于工程師的經驗。 4.與其它軟件系統(tǒng)集成困難： 由于許多 CAD/CAM 軟件沒有逆向的功能，而常見的逆向軟件不具有強大的曲面編輯能力以及裝配、出工程圖的功能，所以必須要將逆向軟件和 cad 軟件結合使用才能完成逆向工作，但這就需要在逆向過程中頻繁將用不同的數據格式在不同的軟件進行相互轉換，這樣必然會造成數據文件中特征的丟失，甚至可能會數據文件的損壞，同時還使得工作更加繁瑣，降低工作效率。 針對上述問題， DELCAM 公司提供了一個完整專業(yè)逆向工程解決方案。 DELCAM是世界著名的 CAD/CAM 軟件供應商，旗下五大軟件： PowerSHAPE 、 PowerMILL 、 CopyCAD 、 PowerINSPECT 、 ArtCAM涵蓋了從產品的三維設計、數控加工、質量檢測和逆向設計完整的過程。對于逆向工程， Delcam 軟件的解決方案參見下圖： 首先是通過測量設備或掃描設備對現有的三維模型進行掃描得到點云數據，讀入到 Copycad 中。在 Copycad 中一方面可以生成三角面片的 STL 模型，通過輸出 STL 模型到快速成型設備中進行快速成型，或輸出到 PowerSHAPE 進行模具設計，還可以輸出到 PowerMILL 進行數控加工。另一方面可以在 Copycad 生成曲面，輸出到 PowerSHAPE 進行三維設計，進行裝配、模具設計和出二維工程圖。同時在 Copycad 還可以與原型三維 CAD 模型進行比較分析，輸出誤差分析報告。比較設計生產過程中存在的缺陷和變形情況。 作為世界上著名的逆向軟件， CopyCAD 進行逆向的工作過程中具備下面幾個方面的特點： 1.處理點云數據： 具有友好的輸入輸出接口，支持多種格式的點云數據讀入。除了通用的 ASCII 、 IGES 和 NC 等標準格式，還針對不同的掃描設備提供專用數據格式。 對于輸入的點云數據， CopyCAD 針對不同的測量設備和測量方式提供多種點云的編輯優(yōu)化方式，可以對點云數據進行重新排序和移動、旋轉、縮放、鏡像等編輯操作，可以根據不同要求采用平面、多邊形或輪廓曲線等多種方式裁減點云模型。使用偏置點云模型的功能用來補正測頭帶來的偏差，使用加權平均光順、毛刺光順及公差、稀疏、過濾等功能對點云模型進行過濾，光順，剔出壞點，提高了點云質量，以保證了三角面片的生成質量，提高運算處理速度。 對于復雜的點云模型需要分幾次測量的， CopyCAD 也提供了手動對齊、參考點（球）對齊和最佳擬和對齊等多種方法進行對齊合并，同時輸出對齊精度數據以供參考。 2.處理三角模型： 由于三角模型是生成曲面的基礎，所以三角模型的質量對于逆向成功有著關鍵的作用。 對于三角模型的建立， CopyCAD 提供自動和手動兩種方式生成三角模型。 由于模型自身缺陷或測量方法不正確、或測量數據存在的問題，往往三角模型生成存在許多缺陷和破洞。對此 CopyCAD 提供了多種編輯和優(yōu)化的手段：可手動增加或刪除部分三角面片數據。 CopyCAD 提供 Trifix 功能對三角模型中破洞可以進行自動和手動縫合填充；對于存在的小、窄、重疊、相交等有問題的三角模型可以自動檢測修復，還可對三角面片實體模型進行光順操作： CopyCAD 的交互編輯功能不但可以光順三角模型，消除三角模型生成過程中由于數據問題或測量方法上存在的問題，還有堆積、鏤刻功能，可以光順和修復零件上的缺陷，避免導致的測量模型問題，特別適用于破損零件的修復，提高 STL 模型的表面質量。 同時 CopyCAD 還提供了三角模型的造型編輯功能，可以生成如圓柱、圓錐、長方體、球體等標準體素三角模型，能對三角模型進行布爾運算和剪裁，及對三角模型進行摹仿變形，還具備添加文字，裝飾圖案、商標到三角模型的包裹功能等，這樣可以不需要轉入 CAD 軟件構建曲面的方式，直接進行模型的造型和編輯，然后就可以輸出二進制或 ASCII 格式的 STL 文件，進行快速成型或數控加工。 在 CopyCAD中,可以根據三角模型表面形狀的不同用不同的顏色進行分割，劃分區(qū)域，將模型分成若干區(qū)域，并且可以提取輪廓曲線，便于曲面的生成。 3.構造曲線的生成方式 作為逆向工程中構建曲面的一種方式，建立構造曲線，可以用于逆向曲面的生成，也可以直接輸出到 CAD 系統(tǒng)進行正向造型設計，因此產生光順的曲線對于構建曲面也很重要。 CopyCAD 提供了多種構造曲線的生成方式。構造曲線可直接由三角模型的邊界、水平線或截面線自動產生構造曲線。也可以直接在點云上和三角模型上點取生成，或由掃描線生成。 在逆向設計中，曲線的光順性調節(jié)是非常重要的，它將直接影響到生成曲面的質量。 CopyCAD 提供了強大的曲線擬合、光順功能，可以根據模型和設計需求進行光順擬合或精確擬合、圓弧擬合等。也可根據三角模型的形狀自動生成，同時控制其與已有的曲線、曲面是否相切等，從而靈活的構造曲面。 4. 中逆向曲面的建立： 在逆向工程中，曲面的構造是相當重要的工作，也是工作量最大的工作，構造曲面并不是由一個簡單的曲面構成的，而是需要由多張曲面經過延伸、過渡、裁減等混合而成曲面，因此構造的好壞，決定著逆向工作的成敗。 在 CopyCAD 中曲面的建立有以下幾種方式： 1.）直接在三角面片實體模型上建立逆向曲面。在構造曲面時需要根據三角模型的形狀變化趨勢來分區(qū)域進行構造。同時根據需求可以調整曲面與模型、相鄰曲面的相切關系，通過調整曲面內部曲線數量來控制曲面的精度和光順。 2.）CopyCAD可通過自動向導建立 NURBS 剪裁曲面。 采用裁剪曲面擬合可使用較少的面片一步完成復雜形面的擬合，這樣使得曲面更加的光順，還減少了工作量。 3.） CopyCAD 可通過在 STL 模型上選點直接生成平面曲面。 4.） CopyCAD 還提供了一種直接用點云生成未剪裁的曲面的方法。在點云中選取一部分或全部直接生成未剪裁的 NURBS 曲面，通過控制公差、面片數和曲面度控制曲面與 STL 模型的擬合程度與光順度。這種方法可以快速生成高質量的 NURBS 曲面。 CopyCAD提供了曲面的誤差分析功能，生成的曲面可以與原始點云或設計模型進行比較，通過生成的顏色圖譜和誤差報表判別誤差的位置和大小，便于對曲面進行調整和編輯。 對于逆向軟件而言，曲面功能相對專業(yè)的 CAD 軟件都比較弱，對于復雜曲面的處理能力有限。同時對于模型中的如園角過渡、平面、凸臺、過渡形面等幾何特征使用掃描點云逆向生成的方法不僅工作量大，生產效率低，更重要的是很難保證正確的外形特征，往往會造成嚴重失真。因此使用專業(yè)的 CAD 軟件正向構建這些 幾何特征更能準確地定義零件的特征。因此可以充分利用測量機對實物模型進行測量，直接得到實物模型上標準幾何特征的曲面數據，如平面、立方體、圓柱、圓錐、球或圓環(huán)等標準形體，而其他自由形面部分則使用三維掃描的方法獲取點云數據。這樣可以有效得節(jié)省掃描時間，更重要保證了數據的準確性，提高生產效率。 而現在大部分逆向軟件都不能很好的與專業(yè)的 CAD 軟件無縫集成，不能做到數據文件隨意相互轉換，不丟失特征信息的情況。而 CopyCAD 最大的優(yōu)勢在于可以和 DELCAM 的正向設計軟件 PowerSHARE 聯(lián)合使用，將正向構造的形面與逆向擬合的形面混合建模，相互之間可以根據需要隨意轉換。在 CopyCAD 中可以完成部分曲面的縫合和光順工作，但是對于更復雜的工作，可以轉化到曲面功能更為強大的 PowerSHARE 中進行剪裁、光順、倒圓角等編輯工作，也可在 PowerShape 中正向建立局部特征曲面或建立點云數據沒有包括的曲面內容；完成后可轉回 CopyCAD 繼續(xù)進行三角模型的逆向，轉換的過程通過一個按鍵進行無縫連接，保證了特征信息的完整，無特征丟失，這是其他逆向軟件所不能辦到的。同時 CopyCAD 中生成的構造曲線也可直接輸出到 PowerShape 進行正向造型并可返回至 CopyCAD 繼續(xù)進行逆向工作。 CopyCAD 生成的三角模型也可以直接在 PowerSHARE 進行模具設計。 有上述介紹可見， DELCAM 公司的 CopyCAD 軟件具備強大的逆向造型功能，使用其與 NC 加工技術和快速成型技術相結合，必將能使企業(yè)產品開發(fā)、研制周期大大縮短，提高了產品創(chuàng)新的成功率、質量和縮短了開發(fā)周期。為新產品進入市場創(chuàng)造了先機，為企業(yè)帶來巨大的經濟效益。