逆向工程技术的研究与应用

逆向工程技术的研究与应用

刘冰

济南市济阳区住房和城乡建设局251400

摘要：在工程技术领域里，逆向工程技术对于实物表面的测量具有相当高的精准度，在整个工程技术领域里起到了十分重要的作用。而目前就我国的现行标准来看，由于部分内容的缺失，对现代测量仪器的数字化应用产生了较为严重的制约影响，进而也影响我国工程技术领域的整体发展。为了将此类问题解决，本文对逆向工程和三坐标测量器进行概念上的阐述，拟定采用新一代GPS标准指导三坐标测量仪器来建立对数据的加工中心，形成具有封闭性的现代设计体系，希望对工程领域的发展起到借鉴作用。

关键词：逆向工程；三坐标测量器；数据加工

1 引言

在机械设计制造业等高新技术领域里，如流线型曲面的设计、试验修正的叶片设计真实比例的模型等很多的具有结构复杂性的零件都需要进行逆向工程的设计。因为对于这些零件的设计大部分情况下都没有一个特定的公式可以进行参考，对于零件的造型也没有统一的标准，所以许多设计师在手工设计这些特殊零件时需要使用逆向工程技术进行的对零件的复制和还原。

逆向工程技术对于模型数据的采集要精确到各个点上，所以现代精密仪器的使用是十分重要的。三坐标测量器是目前在工程技术行业领域常见的测量仪器，随着三坐标测量仪器的广泛应用，人们逐渐发现传统的几何学已经无法满足对特殊零件设计的测量需要，使用传统的几何测量和使用现代精密测量仪器对同一零件进行测量后得到的结果存在着很大的差异，进而传统的几何测量也逐渐的推出了舞台。以计量数学为基本出发点的新一代GPS标准体系作为新型的国际化标准，为三坐标测量器的使用提供了有利的依据和使用标准，为三坐标测量器在逆向工程技术中更好的应用起到了积极的推动作用。

2 逆向工程的简介

逆向工程又叫做反求工程或反向系统工程，逆向工程起源于对特殊零件和非常规模板和模型的精密检测技术之中。逆向工程的作用是在设计下游方向的设计上直接反映信号的回路,其已成为实现新型电子产品快速研制的关键手段。

3 三坐标测量器的简介

三坐标测量器，（简称CMM）是最近四十年前发展出来的一款更高效的新型三维精密质量检测仪表。如今更多的复杂零件都必须实现精确计量,但传统的机械测量技术仍无法满足所要求的精确度,因此三维坐标测量机的问世是标志着测量仪表技术由古老的传统手动方法,向现代化自动测试技术转变的又一座里程碑。

但是,由于CMM的广泛应用,人们越来越发觉传统的计量技术和现代数字化计量技术之间在方式上有着较大区别,而传统的几何精度计量技术又和标准之间无法有机的融合在一起,导致了传统标准和规范与实际方法之间有了很大的分歧,也使得测试者们对传统规范的使用束手无策,只有靠经验测试。原因在于第一代的GPS规范中,并未为CMM提出具体测量方式,尤其是传统公差规范中所描述的公差,在与CMM的测量数据进行对比评估时所得到的公差与规定的标准公差不一致，进而引发了计量问题。

4 新一代GPS标准体系

4.1现行标准体系的不足

目前所使用的基本规范体系主要是以几何学为基本的规范体系,这套系统中存在着内容重叠、空缺和不足,部分地区还产生了在术语概念、基本规范和综合规定上的区别与冲突。据估计,大约有百分之五十的国际标准都不适于或与其他国家技术委员会所制订的国际标准相冲突。汇总起来,有如下几方面的缺点:

(1)现行标准偏重于设计,注重形体的纯几何要求,而较少的考虑零件的加工和测量过程,使设计要求难以实现。

(2)原公差标准之间缺乏联系,各标准的相互关系与所处位置不清楚,没有形成完整的标准体系。

(3)公差与产品功能联系不紧密,设计者凭经验设计,检验者用现有仪器测量,评定方法各异。

(4)原公差标准缺乏制造与检测的相关信息,没有为新的测量仪器定义检测标准,已成为制约 CAD/CAM/CAQ/CMM 集成技术发展的瓶颈。

4.2新一代 GPS 的提出

为了解决当时那一时期依然存在的关于标准规范的产生的问题,国外的许多相关领域的专业博士在做了大量科学研究后认为,只有将产品的几何规范与检验认证集成为一体才能从根本上解决规范和认证之间的矛盾。在他的建议下 ISO 成立了联合协调工作组,并于1995年提出GPS产品几何技术规范与认证。1996年 ISO 技术管理局进行改组合并,成产了 ISO/TC213技术委员会,进行对新一代 GPS 标准体系进行构建。

4.3新一代 GPS 的体系结构

根据 ISO/DTR14638:1999的"GPS 总体规划",新一代 GPS 标准体系结构可以用矩阵模型表示。在矩阵中,GPS 标准被划分为综合 GPS 标准、基础 GPS 标准、通用 GPS 标准和补充 GPS 标准四个类型。

新一代 GPS 的理论体系内容庞大,国内著名学者蒋向前[9]教授编写了关于新一代 GPS 标准理论与应用的著作,详细介绍了新一代 GPS 的体系结构、理论体系、不确定度、表面滤波技术、智能知识库系统等方面做了充分的介绍。

4.4对新一代 GPS 标准体系的看法

在当今,谁掌握标准谁就拥有发展的牵制权。就新一代 GPS 体系,如果可以将其功能、规范、加工、认证一体化有效地应用于生产实际还存在很多问题,比如说对于企业,虽然说新一代 GPS 的应用在前景上很好,但是由于标准方面见效慢,且费时费力费财。同行中,我应用了,其他不应用怎么办,就无法实现互换性的目的。

在此问题上,作者认为可先在大型、龙头、有代表企业试点应用,并制定对策预案,若行之有效,再向其他企业推行。还可以让有代表的企业参与标准制定,这样既可以让他们走在标准的前端,同时也为国家节省了部分人力、物力,促进 GPS 的应用速效。标准是产品的根脉和依据,除非有硬性规定,否则是一个很漫长的过程。新一代 GPS 的实施方案可采取旧新标准混合使用,逐步过渡的方法。互换性是在标准的前提下实现的,这也给新一代 GPS 的应用带来阻力。企业标准根据行业标准制定,行业标准根据国家标准制定,国家标准又是根据 ISO 国际标准制定。因此,新一代 GPS 标准将会带来巨大的变革。

5应用实例

结合一个工程实例,说明三坐标测量机在逆向工程中的应用。本例中对一个鼠标的表面进行逆向操作,采用瑞典 HEXAGON 集团生产的型号为 GLOBALGLASSICSR07.10.07的坐标测量机,Hiscanner 激光扫描测头,对鼠标表面进行扫描提取数据点。

首先用 CMM 对标准球进行基准标定。标定完成后,操控 CMM 对鼠标表面进行扫描。将其数据点云导入 imageware 处理后得到点云图形。采用 Pro/E4.0实现,数据点云导入Pro/E。重构后的三维造型。

在一些特殊情况,还可以采用触测式和扫描式多种类型的测头对被测表面联合采点,这将更有利于保障三坐标测量机在逆向工程中数据点云提取的精度。

6结论

逆向工程技术是现代设计领域的一种新方法,它将有效实现对实物的复制、再现原设计。新一代 GPS 标准体系为 CMM 的应用提供了标准依据。为逆向工程技术的更好地应用,提出了逆向工程现代设计体系思想模型,形成一个具有加工质量信息反遗的封闭环,进一步促进了现代设计和实现了对质量的控制。目前,相比于国外设计制造领域的发展中国的先进设计制造水平仍一定的差距。因此，我国应从中国制造的设计模式向中国创造的设计模式转型。在当今竞争激烈的时代,随着科学技术的不断发展，先进制造业也随之不断的发展进步,逆向工程技术的应用,可对经典的设计模型实现二次设计,由此激发实际制造领域人员的创造性思维,对设计领域的现代化发展有着十分重要的作用。

参考文献

[1]宫文峰, 黄美发. 逆向工程技术的应用与研究[J]. 2022(1).

[2]胡萍, 干静. 产品设计中的逆向工程技术应用研究[J]. 2022(8).

[3][1]李郁, 孙东印. 概论逆向工程技术的应用[J]. 2022(3).

作者简介： 刘冰 1976.3  女 辽宁葫芦岛 汉 专科 工程师 济南市济阳区住房和城乡建设局  研究方向:工程经济