逆向工程、快速原型和快速模具之间的关系是什么？
介绍
逆向工程又称逆向工程或逆向工程，是根据产品或零件的现有原型，构建产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对现有产品进行分析、理解和改进，是对现有设计的再设计。
广义地说，逆向工程可以分为以下三类:
(1)物体反求:是在现有产品的条件下，通过测绘、拆分等方式进行再创造；其中包括功能反转、性能反转、方案、结构、材料反转等等。物理逆向的对象可以是整机、零部件。
(2)逆向:产品样品、技术文件、设计书、操作说明书、图纸、相关规范标准、治理规范、质量保证手册等都称为技术。逆向有三种:既有实物，也有成套技术；只有实物没有技术；没有实物，只有成套或部分技术。
(3)形象反转:设计师既没有产品实物，也没有技术，只有参观产品后的图片、广告或印象。设计师应该利用这些图像材料来构思和设计产品。这种反转被称为图像反转。
目前国内外对逆向工程的研究主要集中在几何形状的反求，即重构产品的CAD，称为“物理逆向工程”逆向工程和正向工程如下图L所示:
2逆向工程数据测量技术
数据测量是通过特定的测量设备和测量方法，获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。测量原理是:将被测产品放置在三坐标测量机的测量空间内，即可获得被测产品上所有测量点的坐标位置。根据这些点的空间坐标值，通过计算机数据处理拟合出圆、球、圆柱、圆锥、曲面等测量要素，通过数学计算得到形状、位置公差等几何数据。高效准确地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。
现有的数据采集方法主要分为两类:
(1)接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括利用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续扫描式数据采集、磁场法和超声波法。接触式数据采集通常使用三坐标测量机。测量时，可以根据物体的特点和测量的要求选择探头及其方向，确定测点的数量及其分布，然后确定测量路径，有时还要检查碰撞。触发数据采集方法采用触发探头，也称为开关探头。当探头的探头接触到产品表面时，由于探头的变形触发采样开关，数据采集系统记录下探头的当前坐标值，逐点移动探头即可获得产品表面轮廓的坐标数据。常用的接触触发探头主要有:机械触发探头、应变仪触发探头和压电陶瓷触发探头。使用触发式测头的优点是:适用于测量空间盒状工件和已知产品的表面；触发式测头通用性强，适用于尺寸测量和在线应用。体积小，便于在狭窄空间应用；由于测量机在测量数据点时处于匀速直线低速状态，测量机的动态性能对测量精度影响不大。但由于探头的限制，无法测量被测零件的一些细节和一些易碎易变形的零件。另外，接触式测量的探头与零件表面接触，测量速度慢，测量后需要进行探头补偿，数据量小，不能真实反映实体的形状。
(2)非接触式数据采集方法非接触式数据采集方法主要利用光学原理采集数据，包括激光三角法、激光测距法、结构光法和图像分析法。
非接触式数据采集快速准确，消除了测量摩擦力和接触压力带来的测量误差，避免了接触式测头与被测表面曲率干涉带来的伪点问题。得到的密集点云信息量大，精度高，探头产生的光斑也可以做得很小，可以检测到一般机械探头难以测量的部位，最大限度地反映被测表面的真实形状。非接触式数据采集方式采用非接触式探头，由于没有力，适合测量柔软物体。非接触式探头的采样率比较高，从50次/秒到23000次/秒不等。适用于测量表面形状复杂、精度要求不是特别高的未知曲面，如汽车、家电的木模、泥模等。然而，非接触式探头受物体表面特征(颜色、光度、粗糙度、形状等)的影响很大。).目前其测量误差在大多数情况下大于接触式测头，保持在65438±00微米以上。这种方法主要用于测量容易变形的零件、精度要求不高的零件和需要海量数据的零件，不考虑测量成本和相关软硬件。
总之，当接触式测量可以应用时，不要使用非接触式测量；在只测量尺寸和位置要素的情况下，应尽量采用接触测量；考虑测量成本并满足要求，尽量采用接触式测量；对产品轮廓和尺寸精度有要求时，采用非接触式扫描测量；出发点的测量采用扫描式；在测量易变形、精度要求低的产品和需要大量测量数据的零件时，采用非接触式测量方法。
3逆向工程数据处理技术
数据处理是逆向工程中一个重要的技术环节，它决定了后续的CAD模型重建过程能否方便、正确地进行。根据测量点的数量，测量数据可以分为一般数据点和海量数据点；根据测量数据的规律性，测量数据可分为散乱数据点和规则数据点；不同测量系统获得的测量数据格式不一致，几乎所有的测量方法和测量系统都不可避免地存在误差。因此，在使用测量数据进行CAD重建之前，必须对测量数据进行处理。数据处理工作主要包括:数据格式转换、多视图云组装、点云过滤、数据精简和点云分块。
每个CAD/CAM系统都有自己的数据格式。目前流行的CAD/CAM产品的数据结构和格式各不相同，这不仅影响了设计与制造之间的数据传输和程序连接，还直接影响了CMM与CAD/CAM系统之间的数据通信。目前常用的方法是使用几个主要的数据交换标准(IGES、STEP、AutoCAD的DXF等。)来实现数据通信。
在实际的逆向工程过程中，由于坐标测量有自己的测量范围，所以无论我们采用什么测量方法，都很难一次性完全测量出产品在同一坐标系下的几何数据。产品的数字化不能在同一个坐标系中完成，但在重建模型时必须将这些不同坐标系中的数据放到同一个坐标系中。这个数据处理过程就是多视图数据定位对齐(多视图云组装)。多视图数据的对齐主要分为两种:测量数据的直接对齐通过专用测量装置实现；事后数据处理校准。与事后数据处理的对齐可以分为数据的直接对齐和基于图形的对齐。在直接数据对齐的研究中，有很多算法，比如ICP算法；四元数法；奇异值分解法；基于三个基准点的对准方法等。
数据平滑的目的是消除测量数据中的噪声，从而得到准确的数据和良好的特征提取效果。目前，通常使用标准的高斯、均匀或中值滤波算法。其中高斯滤波能很好地保持原始数据的形状，中值滤波消除数据毛刺的效果更好。因此，应根据数据质量和建模方法灵活选择滤波算法。
在用点云数据进行建模处理的过程中，由于海量数据点的存在，这些点云数据的存储和处理成为了不可逾越的瓶颈。实际上，并不是所有的数据点都对模型的重建有贡献，因此在保证一定精度的情况下，可以减少数据量，简化点云数据。目前采用的方法有:利用均匀网格进行数据约简；通过减少多重变形三角形来减少数据点的方法；利用误差带减少多面体数据点的方法。
数据分割是将属于同一表面类型的数据按照组成物理表面的子表面类型分组到不同的数据域中，为后续的模型重建提供便利。数据分割方法可以分为基于测量的分割和自动分割两种方法。目前的分割方法有:基于参数二次逼近的数据分割方法；散乱数据点的自动分割方法:基于CT技术的数据分割方法。
4逆向模型重建技术
在整个逆向工程中，产品三维几何模型的CAD重建是最关键也是最复杂的环节。因为只有获得产品的CAD模型，才能进行后续的产品加工制造、快速原型制造、虚拟仿真制造和产品再设计。在模型重建之前，设计师不仅需要了解产品的几何特征、数据特征等初步信息，还需要了解结构分析、模具加工、快速成型等后续应用课题。目前使用的建模方法主要有:
(1)曲线拟合建模:用一个多项式函数来逼近原始数据，最终得到一个足够光滑的曲面。曲线是曲面的基础。逆向工程中模型重建的常用方法是:首先通过插值或逼近将数据点拟合成样条曲线，然后通过建模完成曲面片的重建建模。优点是原理比较简单，只要多项式的次数足够高就可以得到满意的曲面，但也容易造成计算不稳定，边界处理能力也较差，所以一般用来拟合比较简单的曲面。
(2)曲面片直接拟合建模该方法直接对测量数据点进行曲面片拟合，得到曲面片过渡、混合、连接形成的最终曲面模型。曲面拟合建模可以处理有序点和散乱数据点。算法有:基于有序点的b样条曲面插值；b样条曲面插值；任意测量点的b样条曲面逼近。
(3)点数据网格化网络实体模型通常将数据点连接成三角形面片，形成多面体实体模型。目前已经形成了两种简化方法:基于给定的数据点，在保证初始几何形状的基础上，反复排除节点和面片构建新的三角形，最终达到指定的节点数；用最小的节点和面片求最小的多面体。
5展览
逆向工程的研究越来越受到人们的重视，在数据处理、曲面拟合、几何特征识别、商业专业以及坐标测量机的研发等方面都取得了很大的成就。但是在实际应用中，整个过程还是需要大量的人机交互。操作者的经验和素质直接影响产品的质量，自动重建曲面的光滑度很难保证。以下关键技术将是逆向工程的主要发展方向:
(1)数据测量:开发逆向工程专用测量设备，可高速高精度实现产品几何的三维数字化，并可自动测量和规划路径；
(2)数据的顶层处理:针对不同种类的测量数据，开发通用的数据处理方法，改进现有的数据处理算法；
(3)曲面拟合:可以控制曲面的光滑度，进行平滑拼接；
(4)集成技术:发展包括测量技术、模型重构技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术在内的逆向工程技术。