基本介紹
反求工程反求工程技術是測量技術,數據處理技術,圖形處理技術和加工技術相結合的一門結合性技術.隨著計算機技術的飛速發展和上述單元技術是逐漸成熟,近年來在新產品設計開發中愈來愈多的被得到套用,因為在產品開發過程中需要以實物(樣件)作為設計依據參考模型或作為最終驗證依據時尤其需要套用該項技術,所以在汽車,機車的外形覆蓋件和內裝飾件的設計,家電產品外形設計,藝術品複製中對反求工程技術的套用需求尤為迫切。
含義
所謂反求工程是將數據採集設備獲取的實物樣件表面或表面及內腔數據,輸入專門的數據處理軟體或帶有數據處理能力的三維CAD軟體進行處理和三維重構,在計算機上復現實物樣件的幾何形狀,並在此基礎上進行原樣複製,修改或重設計,該方法主要用於對難以精確表達的曲面形狀或未知設計方法的構件形狀進行三維重構和再設計。
反求工程是綜合性很強的術語，它是以設計方法學為指導，以現代設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業人員的工程設計經驗、知識和創新思維，對已有新產品進行解剖、深化和再創造，是已有設計的設計，這就是反求工程的含義，特彆強調再創造是反求的靈魂。
研究內容
反求工程技術的研究對象多種多樣,所包含的內容也比較多,主要可以分為以下三大類:
①實物類:主要是指先進產品設備的實物本身；
②軟體類:包括先進產品設備的圖樣,程式,技術檔案等；
③影像類;包括先進產品設備的圖片,照片或以影像形式出現的資料。
反求工程包含對產品的研究與發展,生產製造過程,管理和市場組成的完整系統的分析和研究.主要包括以下幾個方面:
探索原產品設計的指導思想 掌握原產品設計的指導思想是分析了解整個產品設計的前提.如微型汽車的消費群體是普通百姓,其設計的指導思想是在滿足一般功能的前提下,儘可能降低成本,所以結構上通常是較簡化的。
探索原產品原理方案的設計各種產品都是按定的使用要求設計的,而滿足同樣要求的產品,可能有多種不同的形式,所以產品的功能目標是產品設計的核心問題.產品的功能概括而論是能量, 物料信號的轉換。例如,一般動力機構的功能通常是能量轉換,工作機通常是物料轉換,儀器儀表通常是信號轉換.不同的功能目標,可引出不同的原理方案.設計一個夾緊裝置時,把功能目標定在機械手段上,則可能設計出斜楔夾緊,螺鏇夾緊,偏心夾緊,定心夾緊,聯動夾緊等原理方案;如把功能目標確定擴大,則可設計出液動,氣動,電磁夾緊等原理方案.探索原產品原理方案的設計,可以了解功能目標的確定原則,這對產品的改進設計有極大幫助。
研究產品的結構設計 產品中零部件的具體結構是實現產品功能目標是保證,對產品的性能,工作能力,經濟性,壽命和可靠性有著密切關係。
確定產品的零部件形體尺寸分解產品實物,由外至內,由部件至零件,通過測繪與計算確定零部件形體尺寸,並用圖樣及技術檔案方式表達出來.它是反求設計中工作量很大的一部分工作.為更好地進行形體尺寸的分析與測繪,應總結箱體類,軸類,盤套類,,齒輪,彈簧,曲線曲面及其它特殊形體的測量方法,併合理標註尺寸。
確定產品中零件的精度確定零件的精度(即公差設計),是反求設計中的難點之一.通過測量,只能得到零件的加工尺寸,而不能獲得幾何精度的分配.精度是衡量反求對象性能的重要指標,是評價反求設計產品質量的主要技術參數之一.科學合理地進行精度分配,對提高產品的裝配精度和力學性能至關重要。
確定產品中零件的材料通過零件的外觀比較,重量測量,力學性能測定,化學分析,光譜分析,金相分析等試驗方法,對材料的物理性能,化學成分,熱處理等情況進行全面鑑定,在此基礎上,遵循立足國內的方針,考慮資源及成本,選擇合用的國產材料,或參照同類產品的材料牌號,選擇滿足力學性能及化學性能的國有材料代用。
確定產品的工作性能 針對產品的工作特點機器主要性能進行試驗測定,反計算和深入地分析,了解產品的設計準則和設計規範,並提出改進措施。
確定產品的造型 對產品的外形構型,色彩設計等進行分析,從美學原則,顧客需求心裡,商品價值等角度進行構型設計和色彩設計。
確定產品的維護與管理 分析產品的維護和管理方式,了解重要零部件及易損零部件,有助於維修及設計的改進和創新。
反求工程（逆向工程）的作用及套用領域反求工程（逆向工程）是近年來發展起來的消化，吸收和提高先進技術的一系列分析方法和套用技術的組合，其主要目的是為了改善技術水平，提高生產率，增強經濟競爭力。世界各國在經濟技術發展中，套用反求工程消化吸收先進技術經驗，給人們有益的啟示。據統計，各國百分之七十以上的技術源於國外，反求工程作為掌握技術的一種手段，可使產品研製周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產率。因此研究反求工程技術，對我國國民經濟的發展和科學技術水平的提高，具有重大的意義。
反求工程（逆向工程）的套用領域大致可分為以下幾種情況：
在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，在對零件原形進行測量的基礎上形成零件的設計圖紙或CAD模型，並以此為依據利用快速成型技術複製出一個相同的零件原型。
當要設計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常採用反求工程的方法。比如航天航空領域，為了滿足產品對空氣動力學等要求，首先要求在初始設計模型的基礎上經過各種性能測試（如風洞實驗等）建立符合要求的產品模型，這類零件一般具有複雜的自由曲面外型，最終的實驗模型將成為設計這類零件及反求其模具的依據。
在美學設計特別重要的領域，例如汽車外型設計廣泛採用真實比例的木製或泥塑模型來評估設計的美學效果，而不採用在計算機螢幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時需用反求工程的設計方法。
修復破損的藝術品或缺乏供應的損壞零件等，此時不需要對整個零件原型進行複製，而是藉助反求工程技術抽取零件原形的設計思想，指導新的設計。這是由實物逆向推理出設計思想的一種漸近過程。
關鍵技術
反求工程（逆向工程）具有與傳統設計製造過程截然不同的設計流程。在反求工程中，按照現有的零件原形進行設計生產，零件所具有幾何特徵與技術要求都包含在原形中；在傳統的設計製造中，按照零件最終所要承擔的功能以及各方面的影響因素，進行從無到有的設計。此外，從概念設計出發到最終形成CAD模型的傳統設計是一個確定的明晰過程，而通過對現有零件原形數位化後在形成CAD模型的反求工程是一個推理，逼近的過程。
1) 反求工程（逆向工程）一般可分為四個階段：
第一步: 零件原形的數位化
通常採用三坐標測量機(CMM)或雷射掃瞄器等測量裝置來獲取零件原形表麵點的三維坐標值。
第二部: 從測量數據中提取零件原形的幾何特徵
按測量數據的幾何屬性對其進行分割，採用幾何特徵匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設計與加工特徵。
第三部: 零件原形CAD模型的重建
將分割後的三維數據在CAD系統中分別做表面模型的擬合，並通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。
第四部: 重建CAD模型的檢驗與修正
採用根據獲得的CAD模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要，對不滿足要求者重複以上過程，直至達到零件的逆向工程設計要求。
2) 反求工程（逆向工程）中常用的測量方法
反求工程中（逆向工程）的測量方法可分成兩類:接觸式與非接觸式。
(1) 接觸式測量方法
坐標測量機是一種大型精密的三坐標標測量儀器，可以對具有複雜形狀的工件的空間尺寸進行逆向工程測量。坐標測量機一般採用觸髮式接觸測量頭，一次採樣只能獲取一個點的三維坐標值。九十年代初，英國Renishaw公司研製出一種三維力一位移感測的掃描測量頭，該測頭可以在工件上滑動測量，連續獲取表面的坐標信息，掃描速度可達8米/秒，數位化速度最高可達500點/秒，精度約為0.03mm。這種測頭價格昂貴，目前尚未在坐標測量機上廣泛採用。坐標測量機主要優點是測量精度高，適應性強，但一般接觸式測頭測量效率低，而且對一些軟質表面無法進行逆向工程測量。
層析法是近年來發展的一種反求工程逆向工程技術，將研究的零件原形填充後，採用逐層銑削和逐層光掃描相結合的方法獲取零件原形不同位置截面的內外輪廓數據，並將其組合起來獲得零件的三維數據。層析法的優點在於任意形狀，任意結構零件的內外輪廓進行測量，但測量方式是破壞性的。
(2) 非接觸式逆向工程測量方法
非接觸式測量根據測量原理的不同，大致有光學測量、超音波測量、電磁測量等方式。以下僅將在反求工程中最為常用與較為成熟的光學測量方法（含數字圖像處理方法）作一簡要說明。
基於光學三角型原理的逆向工程掃描法
這種測量方法根據光學三角型測量原理，以光作為光源，其結構模式可以分為光點、單線條、多光條等，將其投射到被測物體表面，並採用光電敏感元件在另一位置接收雷射的反射能量，根據光點或光條在物體上成象的偏移，通過被測物體基平面、象點、象距等之間的關係計算物體的深度信息。
基於相位偏移測量原理的莫爾條紋法
這種測量方法將光柵條紋投射到被測物體表面，光柵條紋受物體表面形狀的調製，其條紋間的相位關係會發生變化，數字圖像處理的方法解析出光柵條紋圖像的相位變化量來獲取被測物體表面的三維信息。
基於工業CT斷層掃描圖像逆向工程法
這種測量方法對被測物體進行斷層截面掃描,以X射線的衰減係數為依據，經處理重建斷層截面圖像，根據不同位置的斷層圖像可建立物體的三維信息。該方法可以對被測物體內部的結構和形狀進行無損測量。該方法造價高，測量系統的空間解析度低，獲取數據時間長，設備體積大。美國LLNL實驗室研製的高解析度ICT系統測量精度為0.01mm。
立體視覺測量方法
立體視覺測量是根據同一個三維空間點在不同空間位置的兩個（多個）攝象機拍攝的圖像中的視差，以及攝象機之間位置的空間幾何關係來獲取該點的三維坐標值。立體視覺測量方法可以對處於兩個（多個）攝象機共同視野內的目標特徵點進行測量，而無須伺服機構等掃描裝置。立體視覺測量面臨的最大困難是空間特徵點在多幅數字圖象中提取與匹配的精度與準確性等問題。近來出現了以將具有空間編碼的特徵的結構光投射到被測物體表面製造測量特徵的方法有效解決了測量特徵提取和匹配的問題，但在測量精度與測量點的數量上仍需改進。
