反向工程技术的概念与发展

密栅云纹法进行物体外形三维测量，产生等高线云纹，高度变化观察直观，精度较低，0.5～1mm左右，影像云纹法由于受基准栅板面积限制，测量面积小。投影云纹法采用基准栅线投影的方式，测量面较大，可达2×3M2。 
● 投影栅相位法。其工作原理为，将栅线投影到被测物体表面，栅线在被测物体上产生相位变化，对测量栅线图像进行傅立叶解相和相展开，根据相位得到物体的三维尺寸。其特点为；只需拍摄一幅图像，用付立叶解相处理，精度约为0.1~0.5mm。 
● 结构光扫描法。投影多幅平行栅线，采用相移法和计算机视觉技术相结合方法，进行物体的三维无接触测量。其特点为，测量精度高，达0.03~0.1mm，拼接精度为 0.1 mm左右，操作简便。 
● 多视图拼接方法。根据被测物体的特征或标志，求出旋转矩阵 R 和平移矩阵 T ，进行坐标变换，将不同视图下不同坐标系的测量数据，转换到统一坐标系。有转台拼接法、标志点拼接法、编码标志点拼接法等。原理：对被测物体去除一层，测量一次轮廓。为快速成型的反过程，属破坏性测量。特点：测量精度高，达0.01mm，层间距离最小0.01mm，可以对物体内部型腔进行测量，测量速度慢，破坏被测物体。 
五、点云测量数据的CAD建模技术 
点云测量数据的CAD建模，基本分数据预处理、测量点云数据的分割、曲面拟合和重构三部分。 
1.数据预处理。 
完成去除坏点（阈值判断法），补充缺少点，消除测量误差（数字滤波，平均值滤波），去除数据缝合时重迭的冗余数据等。 
2.测量点云数据的分割。 
被测物体很难只用一个曲面模型表示，必须将点云数据进行分割（分块），形成多个曲面模型，曲面片之间光滑过渡，才能较好进行物体模型重构，减少计算量，便于修改，同时保证精度。分割原则为：数据块的凸凹性一致，曲面重构时态性较好。分割方法有：a)基于曲率法（规则数据）。b)基于边（散乱数据）（边界特征）。c)基于面（散乱数据）（面特征）。 
3.曲面拟合和重构。 
曲面重构分为两类：1)代数法曲面重构 —— 用代数法描述曲面形体，局限性较大。2)参数法曲面重构 —— 在跨界连续性、曲面约束及局部控制上表现良好，被普遍采用。常用有：Bezier、B样条、NURBS、三角Bezier方法。 
在参数化曲面重构中，根据源数据特征分：1）栅格数据重构－ Bezier、B样条、NURBS。2）散乱数据重构－三角Bezier。NUBS曲面重构的难点有：1）权值、节点、参数和控制点值的确定。2）先后顺序和约束准则的确定，往往不明确。3）由于有理式存在，需寻求求解方程的方法。 
六、反向工程的研究和应用现状 
目前，正向工程CAD/CAM技术比较成熟，已有功能强的商品化软件。反向工程处于研究、开发阶段，CAD/CAM软件公司都在自己的CAD/CAM软件上，开发和集成反向工程模块，但功能很不完善，操作性差。 
国外出现的商品化反求工程软件有： 
Surfacer （美国Imageware公司），Pro/E中Pro/SCAN（美国PTC公司），Strim 100（法国Matra公司），CopyCAD（英国DelCAM公司），TRACE（英国Renishaw公司），UG/PointCloud（美国EDS公司），Cimatron90/RE（以色列Cimatron公司），ICEM/Surf等。 
以上软件在反向工程上未达到成熟程度，主要不足是，曲面拟合精度差，交互定义多，自动化程度低，接收和适用的点云数据范围小，多视图拼合问题无法自动处理等。 
国内开发的反求软件有： 
Re-Soft软件（浙江大学），JdRE软件（西安交通大学），以及上海交通大学、昆明理工大学、中科院沈阳自动化所所做的研究和开发的软件。 
七、反向工程未来的发展方向 
1.提高曲面重构的通用性和适用面（有序点云、无序点云；Bezier、B样条、NURBS、三角Bezier）。 
2.提高曲面重构的精度和自动化程度。 
3.建立测量、数据预处理、曲面重构的一体化系统。 
4.与现有商品化CAD/CAE/CAM系统的集成。 
5.与快速成形制造系统的集成。