引言
　　由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的原因，企業(yè)常常會(huì)利用已有的產(chǎn)品來進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，這種過程可以大大加快產(chǎn)品的研發(fā)速度，尤其對(duì)于復(fù)雜曲面的物件來說，經(jīng)濟(jì)效益更是明顯。逆向技術(shù)即是在這種背景下發(fā)展起來的，模具逆向工程技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量技術(shù)與CAD/CAM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)物測(cè)量一幾何建模一曲面加工一體化，利用散亂的掃描數(shù)據(jù)重構(gòu)曲面的CAD模型也是逆向技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，利用逆向技術(shù)實(shí)現(xiàn)模具的設(shè)計(jì)與制造可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從無到有的一個(gè)過程，本文以一個(gè)常見的工業(yè)產(chǎn)品奶勺為例，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析處理，模型重構(gòu)，最后實(shí)現(xiàn)奶勺模具的設(shè)計(jì)與制造。
　　順向工程與逆向工程設(shè)計(jì)
　　在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是一個(gè)從無到有的過程：設(shè)計(jì)人員首先構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后利用CAD技術(shù)建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入制造流程，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程可以稱之為“正向設(shè)計(jì)”，又稱“順向工程設(shè)計(jì)”。
　　逆向工程(Reverse Engineering)也稱“反求工程”，是指用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造的過程。
　　針對(duì)現(xiàn)有樣品或模型(，利用3D數(shù)字化測(cè)量方法準(zhǔn)確、快速地量取工件的表面點(diǎn)數(shù)據(jù)或輪廓線條，并加以曲面的創(chuàng)建、編輯和修改后，傳送至CAD/CAM系統(tǒng)，再將CAM系統(tǒng)生成的NC加工刀具路徑傳送至CNC加工出所需的模具。
　　逆向工程系統(tǒng)的組成
　　逆向工程首先必須使用精密的測(cè)量系統(tǒng)將樣品的三維輪廓尺寸快速的測(cè)量出來，然后依據(jù)得到的數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面造型及加工。故建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)，需要下列基本配置：測(cè)量機(jī)（又稱抄數(shù)機(jī)）；點(diǎn)群數(shù)據(jù)處理軟件，即逆向工程軟件；CAD/CAM/CAE軟件；CNC機(jī)床；塑料射出成型機(jī)或其它成型設(shè)備。
　　常用的三次元測(cè)量機(jī)有：機(jī)械接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它是通過監(jiān)測(cè)測(cè)頭與實(shí)物的接觸情況獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其測(cè)量原理及過程比較簡(jiǎn)單、方便，成本又低，目前應(yīng)用較為廣泛。三維激光掃描機(jī)，它是由激光掃描實(shí)物，同時(shí)由攝像機(jī)錄下光束與實(shí)物接觸部位的一種非接觸式抄數(shù)機(jī)，它具有測(cè)量速度快，可測(cè)量柔軟物體，不會(huì)損壞工件表面等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度較低，多用于自由曲面的立體造型。光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它是通過光源照射實(shí)物，利用干涉條紋技術(shù)計(jì)算實(shí)物坐標(biāo)數(shù)據(jù)的一種測(cè)量設(shè)備。
　　通常所說的逆向工程軟件，是專指用于進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪聲濾除、補(bǔ)點(diǎn)、內(nèi)插補(bǔ)、細(xì)線化、曲線建構(gòu)、曲面構(gòu)建、曲面修改等操作的軟件。
　　數(shù)據(jù)處理與樣件表面數(shù)字化
　　基本思想
　　逆向工程設(shè)計(jì)中，在構(gòu)建產(chǎn)品的曲面之前，往往是先進(jìn)行測(cè)量區(qū)域的劃分，將樣品劃分成多個(gè)2D斷面，接著利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行每一個(gè)2D斷面的點(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量，獲取掃描點(diǎn)。將點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入逆向工程應(yīng)用軟件，來創(chuàng)建型曲線，再利用型曲線創(chuàng)建曲面。
　　點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取與處理
　　“奶勺”樣品模型，是一個(gè)左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱產(chǎn)品，可只測(cè)量“奶勺”的對(duì)稱半邊，為了對(duì)“奶勺”進(jìn)行連續(xù)測(cè)量時(shí)，有統(tǒng)一參照系統(tǒng)，應(yīng)首先在模型上確定可作為基準(zhǔn)的特征。
　　經(jīng)過分析，奶勺表面絕大部分是曲面結(jié)構(gòu)，但左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱，上下結(jié)構(gòu)只在勺柄部分有對(duì)稱的傾向，因此在勺柄的中間位置確定中分面作為測(cè)量基準(zhǔn)，獲得相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Pro/E能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，如*.IGS或*.IBL等格式，再轉(zhuǎn)入Pro/E軟件中，創(chuàng)建和修改型曲線，最后再對(duì)三維數(shù)字模型做鏡像處理。
　　基于Pro/E的樣件曲面構(gòu)建
　　輸入原始數(shù)據(jù)
　　根據(jù)掃描點(diǎn)的稀疏程度和點(diǎn)文件格式的不同，掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)可分為高密度數(shù)據(jù)和低密度數(shù)據(jù)。
　　利用Pro/E3.0軟件的掃描工具環(huán)境中的獨(dú)立幾何可從原始數(shù)據(jù)創(chuàng)建期望的形狀。在掃描工具環(huán)境中，輸入原始數(shù)據(jù)的方法是：在菜單欄中選擇【插入】→【獨(dú)立幾何】命令，然后再選擇【幾何】→【示例數(shù)據(jù)來自文件】命令，可輸入高密度或低密度的數(shù)據(jù)。在輸入高密度數(shù)據(jù)或點(diǎn)云時(shí)，可用不同的過濾技術(shù)來消除不需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)，創(chuàng)建以后可用于建立型曲線的掃描曲線。
　　創(chuàng)建型曲線與曲面的邊線
　　掃描曲線是依次通過光滑連接掃描點(diǎn)得到的，掃描曲線不會(huì)偏離掃描點(diǎn)，只有通過刪除掃描點(diǎn)才能修改掃描曲線的形狀及曲率。Pro/E中掃描曲線是無法直接構(gòu)建曲面的，因此需要通過復(fù)制掃描曲線得到型曲線。
　　基本步驟如下：
　　(1)在掃描工具環(huán)境中，選擇【幾何】→【曲線】→【自示例數(shù)據(jù)】命令。
　　(2)選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的掃描曲線。
　　(3)在“選取”對(duì)話框中單擊【確定】按鈕，或者單擊鼠標(biāo)中鍵，創(chuàng)建好的型曲線。
　　在逆向工程中，曲面邊線的質(zhì)量直接影響到曲面的質(zhì)量，如果邊線調(diào)整的不理想，無論如何調(diào)整內(nèi)部的擬合曲線，都不能得到完美的曲面。處理曲面邊界的方法多種多樣，這里通過延長(zhǎng)型曲線，使通過型曲線建立的曲面大于實(shí)際的曲面，再裁剪曲面得到曲面的邊界。
　　創(chuàng)建樣件的曲面
　　通過選擇創(chuàng)建好的型曲線和邊界創(chuàng)建混合型曲面。在創(chuàng)建整個(gè)曲面過程中，還要不斷與實(shí)際零件模型數(shù)據(jù)比較，進(jìn)行反復(fù)修正，控制好曲面變化在誤差范圍之內(nèi)。
　　奶勺模具設(shè)計(jì)
　　得到樣件3D數(shù)據(jù)以后，就可以利用Pro/E模具設(shè)計(jì)模塊來創(chuàng)建“奶勺”模具了，在模具設(shè)計(jì)過程中，要遵循塑料模具設(shè)計(jì)的一些基本原則，進(jìn)行合理地結(jié)構(gòu)布置，創(chuàng)建模具。
　　1.導(dǎo)套 2.型腔 3.澆注系統(tǒng) 4.定模板5.定模座板
　　6.推桿 7.推桿固定板 8.推板 9.型芯10.導(dǎo)柱
　　11.動(dòng)模板 12.模板支撐板 13.動(dòng)模座板
　　奶勺模具制造
　　對(duì)于模具零件的制造，要更多地借助于數(shù)控加工設(shè)備來完成。首先將抽取的型芯和型腔導(dǎo)入到Pro/E系統(tǒng)的CAM模塊或者導(dǎo)入到CIMA-TRON、UG等CAD/CAM軟件中，然后根據(jù)零件的特點(diǎn)，確定數(shù)控加工工藝，如加工方式、刀具、進(jìn)給深度、速度等相關(guān)的加工參數(shù)的計(jì)算與設(shè)定，以生成刀具路徑，再經(jīng)過后置處理程序形成數(shù)控加工代碼，即可用于模具的數(shù)控加工。
　　本模具加工中，還會(huì)應(yīng)用到電火花、拋光等加工技術(shù)。另外，模具材料的選擇也是對(duì)加工結(jié)果產(chǎn)生影響的一個(gè)重要因素。
　　結(jié)論
　　本文論述了逆向工程技術(shù)的基本概念，并列舉了逆向工程中常用的一些設(shè)備與應(yīng)用軟件，有機(jī)地將逆向工程技術(shù)與高性能CAD/CAM軟件Pro/E造型和加工技術(shù)結(jié)合起來，從而完成了奶勺樣件的測(cè)量、制件造型、模具造型、模具制造等一系列過程，對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造發(fā)展起到了推動(dòng)作用。