一、油泥模型制作在逆向設計程序中的重要作用

逆向設計程序有三個基本步驟。一是概念設計，由設計師繪制效果圖。二是模型階段。效果圖只是設計的初步概念，必須根據效果圖制作油泥模型來反復驗證設計的可行性。三是基于模型的數據采集與重構階段。這一階段通過采集油泥模型上的數據，進行數據重構來制作樣機，最后用樣機測試設計成果。從以上逆向設計程序不難看出，構建油泥模型銜接了創意設計與數據建構環節。油泥模型是根據設計圖完成的，又是下一步工作數據采集與重構的基礎。此階段牽涉到產品設計實物化的造型、結構與功能表達，決定了產品實物化的效果。

二、油泥模型的制作程序

油泥模型是逆向設計中的關鍵環節。下面以重慶比陽產品設計公司的實際項目KB904小型發電機設計的油泥模型制作程序為例，分析逆向設計中油泥模型的具體應用，進而優化產品設計。(一)準備工作。1.搭建模型平臺。逆向工程中油泥模型制作的第一步是搭建一個模型平臺。此階段，設計師必須全程參與，以確保模型能反映出設計想法。設計師需要制作1:1準確尺寸的網格圖作為模型制作的形態參考。同時，工程師需要進行結構及位置驗證，以確保零件之間不會發生干涉，確保產品內部的尺寸和結構件的位置，使產品結構能順利實現。在該項目中，KB904機芯系統的尺寸、框架為基本固定，可以用原有機芯加代木等填充材料搭建模型平臺。2.工具準備與烘烤油泥。油泥模型制作常用的工具有刮刀、刮片、測量儀器等。油泥需要烘烤變軟后才能開始制作。軟化油泥一般是將油泥放在烤箱里均勻加熱到60℃左右，使之到達合適的軟度便可使用。(二)確定模型外形——填敷與刮制成型。1.填敷油泥確定外輪廓。準備工作做好后，就可以在初胚上開始填敷油泥了。此階段需要模型師與設計師溝通，主要探討模型的形態表達是否符合設計師的形態訴求。填敷的具體過程是一層接一層地貼泥。在填敷時，第一層油泥不要敷得太厚，以免敷得不緊湊而脫落。為了更好地敷填，可以在填充材料上用刀具掏些小孔，然后按照面的關系用推壓的方式上泥。這樣有利于擠出油泥里的空氣。填敷油泥的主要方法是用大拇指和手掌緣向前推進填敷，每次可敷2～5mm厚。填敷到大形與設計圖基本差不多時，根據1:1的網格圖用手將多余形態處的油泥摳掉，形態不足的填敷，直到基本達到較理想位置。初步成形階段主要確定的是外輪廓的最高高度，不追求形態的細節變化。2.油泥模型粗刮。模型初步成形后，模型師要根據1:1的效果圖把大體的形態用刮制的方式找出來，使形態更加準確。此階段追求形態的細節變化準確，主要有粗刮與精刮的過程。在刮制的過程中，按照先大面、后局部的步驟進行，從確定了的基本部位開始造型，細節在整體成形基本完成后制作。粗刮油泥，根據模板或圖紙，去掉凸出的多余部分，將凹陷的地方填補起來，塑造模型的基準面以確定大形。在粗刮油泥的過程中，模型師頭腦中要始終保持完整的形狀，需要多次測量圖紙，直到刮出基本形狀，就可以開始精刮了。3.精刮完成圖紙的實物化。精刮階段除了要確定形態的準確外，還應使模型表面光滑。此階段一定要多次對比圖紙，分析特征線、參考點，以確定準確的形態。在制作時，模型師還可以用1:1的網格圖紙配合測量工具隨時檢測外形的準確性。此階段基本上是用膠條配合各式刮刀進行刮切，使模型形態與設計圖紙一致。最后，模型師要用薄刮片修整模型，使其表面光滑。刮除的油泥冷卻后很快就會硬化。這些使用過的油泥也可以回收后再反復使用。經過精刮后，油泥模型就完成了最初設計圖紙的實物化表現。(三)形態的修改與驗證。油泥模型制作完成后，需要進行形態驗證。此階段，模型師、設計師、結構師需要共同到場，反復溝通，驗證設計的可行性。模型師主要與設計師、結構師一起評審設計中結構、功能需要完善與修改的地方。需要確定的內容有外觀造型的分模與脫模情況，結構、加工的可實現性等問題。經過多次評審驗證后，油泥模型需要根據評審驗證要求進行修改與調節，直至甲方確認。在本案的油泥模型制作中，操作面板、拉環位置以及頂部油箱蓋等經過了多次修改，一些局部造型也和原效果圖設計方案產生了一定的變化，才達到最終的油泥模型狀態。

三、結論

油泥模型制作環節是逆向程序中對設計創意概念進行實物化體現的第一步，是產品開發中產品實物化的檢驗探索階段，也是設計師與工程師溝通的橋梁。逆向工程在油泥模型制作過程中對產品的形態、結構、功能的不斷推敲與修改，是使最終形成產品更加完善的重要因素。設計師和工程師在此階段能有效地解決設計和制造之間的矛盾。因為造型設計與工程設計在設計思維上存在較大差別[2]，所以，對油泥模型制作的意義與程序進行分析、研究是非常有必要的。對油泥模型制作的剖析能使之更符合產品開發的目的，為產品設計服務。

摘要：以車門為例，采用三維激光掃描方式提取三維數據信息及進行數據化預處理，用UG軟件實現模型重建，并對其中的關鍵技術作進一步的分析與研究。實踐證明，基于逆向工程技術的產品重構可提高產品的研發速度，縮短產品上市的周期。

關鍵詞：逆向工程；車門；數字化處理；UG軟件；三維重建

1前言

傳統的產品設計是從概念設計到產生工程圖紙，通過工程圖紙指導加工制造出產品，它是一個正向或順向的設計過程。而逆向工程是相對于傳統的產品設計流程提出的，它是先有實物模型（產品原型或油泥模型），通過相關的數字化技術采集到實物表面的點云數據，經過相關逆向軟件處理后導入三維幾何造型軟件建立CAD數字模型，然后根據CAD模型仿造出相同的實物產品或在原有設計基礎上制作出功能相近，但又不完全一樣的新產品。隨著計算機技術在制造領域的廣泛應用，逆向工程技術在航天、汽車、電子產品、工藝品行業及醫學等方面得到了較大程度的應用，特別適合具有復雜形狀的零部件產品設計，它在提高產品設計的精度、修復還原損壞或磨損零件、檢測產品、縮短新產品設計周期、加快產品的更新換代速度及減少企業設計開發新產品的成本等方面起到了舉足輕重的作用。逆向工程技術被企業接受已有近十年左右的時間，歷史雖短，但是它具有廣闊的應用前景和搶占市場先機的優勢，特別是對提高企業產品競爭力方面具有巨大的推動作用，已經引起了國內外眾多企業的關注和應用。在產品開發過程中，逆向工程技術常被企業認為是消化、吸收先進技術的重要方法之一，是企業推進自身快速發展的一條捷徑，更是企業實現新產品快速開發并迅速推向市場的一種技術手段。本文以某企業項目中的車門零件開發為例，通過對其產品原型進行數據采集、預處理、CAD模型重建及優化設計，詳細分析了逆向工程在產品設計中的應用。

2數據采集與預處理

2.1數據采集

一、逆向工程技術及設備的發展概況

逆向工程(ReverseEngineering)作為一項新的先進制造技術被提出是在上世紀八十年代末至九十年代初。當時首先由美國汽車龍頭—福特汽車公司倡導的汽車“2毫米工程”對傳統的制造業提出了前所未有的挑戰。它要求將質量控制從最終產品的檢驗和檢測，提前到產品的開發設計階段。減小開發風險，降低開發成本，加快產品成功開發的周期。九十年代初在世界范圍內掀起了所謂“先進制造技術及設備”的研究、開發熱潮。

在計算機高度發展的今天，三維立體的幾何造型技術已被制造業廣泛應用于工模具的設計、方案評審，自動化加工制造及管理維護等各方面。而往往我們都會遇到這樣的難題，就是客戶給你的只有一個實物樣品或手扳模型，沒有圖紙CAD數據檔案，工程人員沒法得到準確的尺寸，制造模具就更為困難。用傳統的雕刻方法，時間長而效果不佳，這時我們就需要采用各種測量手段及三維幾何建模方法，將原有實物轉化為計算機上的三維數字模型。這就是所謂逆向工程(ReverseEngineering)。

逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及多自由度數控加工等多個環節。其中作為快速反求的發展則是由傳統的接觸式測量向快速非接觸式測量逐步發展，特別是承受著“光機電一體化”技術的發展，結合了計算機、圖像處理，激光技術以及精密機械的三維激光掃描機逐漸成為了反求工程的主流。而三維激光掃描從形式上又是從點掃描測量向線掃描測量、場測量發展的，其中線掃描測量與點掃描同樣基于“三角法測量原理”，同時借助于高精度，高分辨率的面陣CCD圖像采集系統，從而使其具有了與點掃描形式類似的高測量精度以及可與場測量方式媲美的高效率。另外，采用步進電機帶動旋轉平臺，可以獲取被測物體的全輪廓數據信息，能真正做到了采用三維掃描方式獲取物體三維形狀信息。

二、Laser-RE推出后的短短兩年時間內，僅就珠江三角洲地區，Laser-RE就已銷售近百余臺，國內一些大型的企事業單位均先購了該設備，如：浙江大學、哈爾濱理工大學、重慶工學院、五邑大學、東莞理工學院、江蘇金鼎集團等。銷售量在國內名列前茅。所以說三維激光掃描機這個“舊時王謝堂前燕”，到今天才真正“飛入尋常百姓家”。在深圳、廣州、東莞、順德、寧波、溫州、義烏、泉州、重慶等地涌現出很多以Laser-RE為革本設備的專業對外進行逆向工程反求處理的國營、個體設計服務中心。“對外激光抄數”、“對外激光三維測繪”在國內制造業內達到前所未有的熱度，極大地推動了當地企業產品開發、設計的水平和減少開發周期，取得了很好的經濟效益和社會效益。

三、Laser-RE三維激光掃描原理及應用：

1逆向工程的內容及其應用范圍

隨著計算機技術的發展，CAD技術已成為產品設計人員進行研究開發的重要工具，其中的三維造型技術已被制造業廣泛應用于產品及模具設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。在實際開發制造過程中，設計人員接收的技術資料可能是各種數據類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產品的實物模型。設計人員需要通過一定的途徑，將這些實物信息轉化為CAD模型，這就應用到了逆向工程(ReverseEngineering).所謂逆向工程技術，是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量，根據測量數據通過三維幾何建模方法重構實物的CAD模型的過程。

逆向工程技術與傳統的正向設計存在很大差別。而逆向工程則是從產品原型出發，進而獲取產品的三維數字模型，使得能夠進一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先進技術對其進行處理。

一般來說，產品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個方面，在工業領域的實際應用中，主要包括以下幾個內容:

(1)新零件的設計，主要用于產品的改型或仿型設計。

(2)已有零件的復制，再現原產品的設計意圖。

摘要采用由彩色CCD攝像機和面結構光投射裝置組成的三維彩色逆向工程測量系統，獲取待測物體的彩色圖像，結合機器視覺雙目視差原理和圖像處理技術，獲得物體表面點的三維彩色信息，生成三維彩色點云，進而實現測量物體的三維彩色模型重構。

關鍵詞逆向工程；雙目立體視覺；立體匹配；彩色點云

1引言

通過二十年的發展，逆向工程已經取得了很大的進展，在模具制造業、玩具業、游戲業、電子業、鞋業、藝術業、醫學工程及產品造型設計等方面發揮了重要作用[1]。但是，隨著網絡技術的蓬勃發展，在多媒體、游戲業、動畫業、醫學以及古文物和藝術品的數字化等方面，目前的單色三維逆向技術已不能滿足需求，在這種情況下，彩色三維數字化和數據處理系統開始蓬勃發展，三維彩色逆向工程技術成為逆向工程研究中非常活躍的一個分支。

2系統組成

逆向工程中的測量系統分為接觸式測量和非接觸式測量，由于非接觸式測量有著眾多優點，是現在逆向工程測量系統研究的重點，目前普遍使用的是單色結構光測量系統，它采用兩個黑白CCD攝像機，從不同角度得到待測物體的二維圖像，利用雙目視差原理，獲得待測物體的深度信息。由此得到物體表面各個點的三維坐標[2]。

摘要：一塊普通的玉石經過雕刻工匠雕刻之后，就成了精美的工藝品，其產業對市場需求較大，但依靠手工雕刻無法滿足市場需求，其批量生產的效率低、人工成本高。本項目使用逆向工程技術對手工雕刻的工藝品進行逆向，再通過數控加工進行批量生產加工，從而達到自動化生產加工的目的，解決其效率低、人工成本問題。

關鍵詞：數控雕刻；玉石；逆向工程技術；應用研究

現以一個較為復雜的手工雕刻的工藝品為例子，通過逆向工程技術對其進行逆向建模，逆向出對應的3D數字模型，再通過CAM數控編程軟件進行加工軌跡的編輯，生成對應的數控機床加工代碼，導入數控五軸機床進行實踐加工。

1手工玉石雕刻

先準備好玉石毛坯及手工雕刻用的工具，其雕刻流程大體分為四部分：1）設計：根據材料的大小及質地構思好需要雕刻模型的形狀。2）粗雕：用筆畫好大致輪廓，去除大部分材料，粗雕出其大致形狀輪廓。3）細雕：對粗雕完成的坯料進一步的刻畫，細雕其細節特征。4）拋光：將其表面進行打磨，使玉器表面光滑而細膩。經過雕刻后，一塊粗糙的玉石毛坯變成了一件有價值的工藝品（如圖1所示），其加工的時間大概需要一天左右。

2模型逆向建模

摘要：所謂逆向工程，其主要是指在缺失完整的設計圖紙或者沒有設計圖紙和CAD模型時，以當前擁有的實物模型為參考，利用各種數字化掃描技術來重新構造產品樣本的CAD模型。與此同時，還需要使用先進的CAD技術來制造、改進和修改產品的樣本形狀，從而使得模型產品可以被最終加工出來。利用逆向工程對復雜曲面進行數控加工是一種新型的加工技術，對其進行全面的分析和研究，對于促進相關產業的發展具有重要作用。

關鍵詞：逆向工程；復雜曲面；數控加工技術

利用逆向工程對復雜曲面進行數控加工，主要利用CAD系統生產的CAD模型與NC加工程序等，是當前一種比較成熟且應用范圍較為廣泛的復雜曲面加工技術。該項技術主要是利用三維數據掃描，在掃描過實物之后，在計算機設備中進行建模和完善，生成NC程序，并與數控加工機床產生通訊，從而快速的完成產品模式的制造。在加工復雜曲面過程中使用此種方法，不僅可以提高曲面的制作速度，還能夠對CAD模型進行再次創新。因此，對該項加工技術進行具體研究，對于推動制作和模型設計行業的發展具有重要作用。

1數字化的掃描技術

一般情況下，主要通過接觸式與非接觸式方法來采集三維數據，其中，接觸式測量方法包括連續式的數據采集和點位觸發式的采集數據方式。在接觸式采集中，電位觸發式采集方式的采集速度比較慢，只適用于需要數據量少的表面數字化或者是檢測零部件表面形狀等場合；連續式采集法的采集速度比較快，可以應用在一些需要大規模采集數據的場合。從效果上來看，接觸式測量具有精確度高、操作簡便、采集成本低以及抗干擾能力強等優勢，但由于該方法在測量過程中存在接觸壓力，所以在測量一些質地比較柔軟的零件時，容易產生誤差較大的測量結果；并且，該方法的測頭半徑還存在著三維補償的問題。非接觸式的測量方式由于測頭不需要與其測量物體的表面直接接觸，主要依靠激光、電磁場和聲波等方式來傳播數據，所以不會產生接觸壓力。目前，常見的測量方式主要有：以激光作為傳播媒介的斷層掃描測量和激光三角形測量法。與此同時，非接觸測量還擁有測量速度快、測量過程中不會損壞零件表面、測量距離遠、對測量環境要求低、不存在三維補償問題以及適用于測量彈性較大或者是質地較為柔軟的零部件等優勢，這也使得該項測量技術在近些年得到了快速的發展[1]。

2數據預處理

摘要:隨著智能制造的逐步發展，對生產設計的相關員工提出了更高的技術要求，有關人員應能夠熟練地運用CAD、CAM等工具來完成相關的工作。主要分析了逆向工程技術，并針對其在機械制造領域的應用進行了研究。

關鍵詞:逆向工程技術;機械制造領域;應用

目前，逆向造型、精密測量與檢驗等崗位具有越來越重要的地位。通過將逆向工程技術與CAD、CAM等先進的制造技術相結合，能夠為計算機輔助設計系統的發展提供一個新的發展思路。對逆向工程技術進行研究和分析，能夠有效地提高工業產品的設計水平。

1逆向工程技術概述

1．1逆向工程技術的基本概念

逆向工程又名反向工程，簡稱RE，是一種產品設計技術再現過程，即對一項目標產品進行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產品的處理流程、組織結構、功能特性及技術規格等設計要素，以制作出功能相近但又不完全一樣的產品。逆向工程源于商業及軍事領域中的硬件分析，其主要目的是在不能輕易獲得必要生產信息的情況下，直接從成品分析推導出產品的設計原理。逆向設計與正向設計相對應，正向設計是一個“從無到有”的過程，設計人員需要對產品的外觀、結構、功能以及一些相關的技術參數進行構思，使用CAD技術構建產品的三維模型，最后把三維模型引入實際的生產制造中，完成設計制造的全部周期。而逆向工程則是一個“從有到無”的過程，首先需要根據現有的產品模型，反向推出產品設計的圖紙以及相關的數據，之后再進入產品的制造階段。

1引言

逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據已存在的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的再設計。

從廣義講，逆向工程可分以下三類：

(1)實物逆向：它是在已有產品實物的條件下，通過測繪和分折，從而再創造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結構、材質等多方面的逆向。實物逆向的對象可以是整機、零部件和組件。

(2)軟件逆向：產品樣本、技術文件、設計書、使用說明書、圖紙、有關規范和標準、管理規范和質量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類：既有實物，又有全套技術軟件；只有實物而無技術軟件；沒有實物，僅有全套或部分技術軟件。

(3)影像逆向：設計者既無產品實物，也無技術軟件，僅有產品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設計者要通過這些影像資料去構思、設計產品，該種逆向稱為影像逆向。

【摘要】本文針對產品外觀設計過程中逆向工程技術的應用進行了探討，重點討論了與外觀設計緊密聯系的反求技術的運用及最新發展動向，并就相關問題提出了自己的看法。通過進一步的研究尋找快速、準確、高效的產品外觀設計方法是這篇文章的宗旨.

【關鍵詞】逆向工程;快速采集;曲面擬合;三維測量技術

1、引言

作為一種新產品開發以及消化、吸收先進技術的重要手段,逆向工程和快速原型技術可以勝任消化外來技術成果的要求。它們的出現改變了傳統產品設計開發模式,大大縮短了產品開發的時間周期,提高產品研發的成功率。

當今，各個行業越來越注重產品的外觀設計，以此來吸引顧客，最終在商業上取得成功。這點在消費產品的設計中體現的尤為突出。特別是手機、數碼相機、汽車等行業。

1.1逆向工程及其應用范圍