介紹
逆向工程又稱逆向工程或逆向工程，是根據產品或零件的現有原型，構建產品或零件的工程設計模型，並在此基礎上對現有產品進行分析、理解和改進，是對現有設計的再設計。
廣義地說，逆向工程可以分為以下三類:
(1)物體反求:是在現有產品的條件下，通過測繪、拆分等方式進行再創造；其中包括功能反轉、性能反轉、方案、結構、材料反轉等等。物理逆向的對象可以是整機、零部件。
(2)逆向:產品樣品、技術文件、設計書、操作說明書、圖紙、相關規範標準、治理規範、質量保證手冊等都稱為技術。逆向有三種:既有實物，也有成套技術；只有實物沒有技術；沒有實物，只有成套或部分技術。
(3)形象反轉:設計師既沒有產品實物，也沒有技術，只有參觀產品後的圖片、廣告或印象。設計師應該利用這些圖像材料來構思和設計產品。這種反轉被稱為圖像反轉。
目前國內外對逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的反求，即重構產品的CAD，稱為“物理逆向工程”逆向工程和正向工程如下圖L所示:
2逆向工程數據測量技術
數據測量是通過特定的測量設備和測量方法，獲取產品表面離散點的幾何坐標數據，將產品的幾何形狀數字化。測量原理是:將被測產品放置在三坐標測量機的測量空間內，即可獲得被測產品上所有測量點的坐標位置。根據這些點的空間坐標值，通過計算機數據處理擬合出圓、球、圓柱、圓錐、曲面等測量要素，通過數學計算得到形狀、位置公差等幾何數據。高效準確地獲取產品的數字化信息是實現逆向工程的基礎和關鍵。
現有的數據采集方法主要分為兩類:
(1)接觸式數據采集方法接觸式數據采集方法包括利用基於力的擊發原理的觸發式數據采集和連續掃描式數據采集、磁場法和超聲波法。接觸式數據采集通常使用三坐標測量機。測量時，可以根據物體的特點和測量的要求選擇探頭及其方向，確定測點的數量及其分布，然後確定測量路徑，有時還要檢查碰撞。觸發數據采集方法采用觸發探頭，也稱為開關探頭。當探頭的探頭接觸到產品表面時，由於探頭的變形觸發采樣開關，數據采集系統記錄下探頭的當前坐標值，逐點移動探頭即可獲得產品表面輪廓的坐標數據。常用的接觸觸發探頭主要有:機械觸發探頭、應變儀觸發探頭和壓電陶瓷觸發探頭。使用觸發式測頭的優點是:適用於測量空間盒狀工件和已知產品的表面；觸發式測頭通用性強，適用於尺寸測量和在線應用。體積小，便於在狹窄空間應用；由於測量機在測量數據點時處於勻速直線低速狀態，測量機的動態性能對測量精度影響不大。但由於探頭的限制，無法測量被測零件的壹些細節和壹些易碎易變形的零件。另外，接觸式測量的探頭與零件表面接觸，測量速度慢，測量後需要進行探頭補償，數據量小，不能真實反映實體的形狀。
(2)非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方法主要利用光學原理采集數據，包括激光三角法、激光測距法、結構光法和圖像分析法。
非接觸式數據采集快速準確，消除了測量摩擦力和接觸壓力帶來的測量誤差，避免了接觸式測頭與被測表面曲率幹涉帶來的偽點問題。得到的密集點雲信息量大，精度高，探頭產生的光斑也可以做得很小，可以檢測到壹般機械探頭難以測量的部位，最大限度地反映被測表面的真實形狀。非接觸式數據采集方式采用非接觸式探頭，由於沒有力，適合測量柔軟物體。非接觸式探頭的采樣率比較高，從50次/秒到23000次/秒不等。適用於測量表面形狀復雜、精度要求不是特別高的未知曲面，如汽車、家電的木模、泥模等。然而，非接觸式探頭受物體表面特征(顏色、光度、粗糙度、形狀等)的影響很大。).目前其測量誤差在大多數情況下大於接觸式測頭，保持在65438±00微米以上。這種方法主要用於測量容易變形的零件、精度要求不高的零件和需要海量數據的零件，不考慮測量成本和相關軟硬件。
總之，當接觸式測量可以應用時，不要使用非接觸式測量；在只測量尺寸和位置要素的情況下，應盡量采用接觸測量；考慮測量成本並滿足要求，盡量采用接觸式測量；對產品輪廓和尺寸精度有要求時，采用非接觸式掃描測量；出發點的測量采用掃描式；在測量易變形、精度要求低的產品和需要大量測量數據的零件時，采用非接觸式測量方法。
3逆向工程數據處理技術
數據處理是逆向工程中壹個重要的技術環節，它決定了後續的CAD模型重建過程能否方便、正確地進行。根據測量點的數量，測量數據可以分為壹般數據點和海量數據點；根據測量數據的規律性，測量數據可分為散亂數據點和規則數據點；不同測量系統獲得的測量數據格式不壹致，幾乎所有的測量方法和測量系統都不可避免地存在誤差。因此，在使用測量數據進行CAD重建之前，必須對測量數據進行處理。數據處理工作主要包括:數據格式轉換、多視圖雲組裝、點雲過濾、數據精簡和點雲分塊。
每個CAD/CAM系統都有自己的數據格式。目前流行的CAD/CAM產品的數據結構和格式各不相同，這不僅影響了設計與制造之間的數據傳輸和程序連接，還直接影響了CMM與CAD/CAM系統之間的數據通信。目前常用的方法是使用幾個主要的數據交換標準(IGES、STEP、AutoCAD的DXF等。)來實現數據通信。
在實際的逆向工程過程中，由於坐標測量有自己的測量範圍，所以無論我們采用什麽測量方法，都很難壹次性完全測量出產品在同壹坐標系下的幾何數據。產品的數字化不能在同壹個坐標系中完成，但在重建模型時必須將這些不同坐標系中的數據放到同壹個坐標系中。這個數據處理過程就是多視圖數據定位對齊(多視圖雲組裝)。多視圖數據的對齊主要分為兩種:測量數據的直接對齊通過專用測量裝置實現；事後數據處理校準。與事後數據處理的對齊可以分為數據的直接對齊和基於圖形的對齊。在直接數據對齊的研究中，有很多算法，比如ICP算法；四元數法；奇異值分解法；基於三個基準點的對準方法等。
數據平滑的目的是消除測量數據中的噪聲，從而得到準確的數據和良好的特征提取效果。目前，通常使用標準的高斯、均勻或中值濾波算法。其中高斯濾波能很好地保持原始數據的形狀，中值濾波消除數據毛刺的效果更好。因此，應根據數據質量和建模方法靈活選擇濾波算法。
在用點雲數據進行建模處理的過程中，由於海量數據點的存在，這些點雲數據的存儲和處理成為了不可逾越的瓶頸。實際上，並不是所有的數據點都對模型的重建有貢獻，因此在保證壹定精度的情況下，可以減少數據量，簡化點雲數據。目前采用的方法有:利用均勻網格進行數據約簡；通過減少多重變形三角形來減少數據點的方法；利用誤差帶減少多面體數據點的方法。
數據分割是將屬於同壹表面類型的數據按照組成物理表面的子表面類型分組到不同的數據域中，為後續的模型重建提供便利。數據分割方法可以分為基於測量的分割和自動分割兩種方法。目前的分割方法有:基於參數二次逼近的數據分割方法；散亂數據點的自動分割方法:基於CT技術的數據分割方法。
4逆向模型重建技術
在整個逆向工程中，產品三維幾何模型的CAD重建是最關鍵也是最復雜的環節。因為只有獲得產品的CAD模型，才能進行後續的產品加工制造、快速原型制造、虛擬仿真制造和產品再設計。在模型重建之前，設計師不僅需要了解產品的幾何特征、數據特征等初步信息，還需要了解結構分析、模具加工、快速成型等後續應用課題。目前使用的建模方法主要有:
(1)曲線擬合建模:用壹個多項式函數來逼近原始數據，最終得到壹個足夠光滑的曲面。曲線是曲面的基礎。逆向工程中模型重建的常用方法是:首先通過插值或逼近將數據點擬合成樣條曲線，然後通過建模完成曲面片的重建建模。優點是原理比較簡單，只要多項式的次數足夠高就可以得到滿意的曲面，但也容易造成計算不穩定，邊界處理能力也較差，所以壹般用來擬合比較簡單的曲面。
(2)曲面片直接擬合建模該方法直接對測量數據點進行曲面片擬合，得到曲面片過渡、混合、連接形成的最終曲面模型。曲面擬合建模可以處理有序點和散亂數據點。算法有:基於有序點的b樣條曲面插值；b樣條曲面插值；任意測量點的b樣條曲面逼近。
(3)點數據網格化網絡實體模型通常將數據點連接成三角形面片，形成多面體實體模型。目前已經形成了兩種簡化方法:基於給定的數據點，在保證初始幾何形狀的基礎上，反復排除節點和面片構建新的三角形，最終達到指定的節點數；用最小的節點和面片求最小的多面體。
5展覽
逆向工程的研究越來越受到人們的重視，在數據處理、曲面擬合、幾何特征識別、商業專業以及坐標測量機的研發等方面都取得了很大的成就。但是在實際應用中，整個過程還是需要大量的人機交互。操作者的經驗和素質直接影響產品的質量，自動重建曲面的光滑度很難保證。以下關鍵技術將是逆向工程的主要發展方向:
(1)數據測量:開發逆向工程專用測量設備，可高速高精度實現產品幾何的三維數字化，並可自動測量和規劃路徑；
(2)數據的頂層處理:針對不同種類的測量數據，開發通用的數據處理方法，改進現有的數據處理算法；
(3)曲面擬合:可以控制曲面的光滑度，進行平滑拼接；
(4)集成技術:發展包括測量技術、模型重構技術、基於網絡的協同設計和數字化制造技術在內的逆向工程技術。