1逆向工程的基本内容及其与传统正向工程的区别
1．1正向设计
从无到有的设计人们通称的设计，一般均指正向设计，其设计过程是一个"从无到有"的过程．设计人员根据市场需求，首先构思产品的外形、性能以及大致的技术参数等，再利用CAD建立产品的三维数字化模型，最终进入制造流程，完成产品的整个设计制造，这个过程称为"正向设计"。概括地说，正向设计是由未知到已知、由想象到现实的过程，其示意图如图1。
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1．2逆向工程，反求设计
反求设计是根据已有的产品模型，反向推出产品的设计数据，以及对现有产品的更新设计。层辟在充分消化和吸收现有产品技术的基础上，对现有产品进行改进和再创造。正向设计是主动的创造，而反求设计是先被动后主动的创造。正向设计和反求设计既有区别又相辅相成，具有丰富正向设计经验和水平的人，可以显著提高反求设计的水平；反求设计的成功经验又可以促进正向设计水平的提高。应用UG进行工业产品造型的逆向工程的流程如图2所示。
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1．3点云数据的采集与处理反求设计
首先要采集数据。用于反求设计的测量手段很多、如光切法、层析法、工业CT、CMM(坐标测量法)，由于坐标测量法使用方便，且具有较高的精度，目前对工业产品的测量，一般都采用坐标测量法，即用三维坐标测量仪或三维光学扫描仪等设备来获得点云数据，在获得了点云数据后，通过数据平滑、数据缩减、分段处理、拼接处理和补测不完整数据对点云数据进行重构与处理，然后得到一套完整的三维点云数据。
1．4曲线绘制及曲面生成
在工业产品设计构思中曲面是一种比较广泛的称呼，我们也可以认为片体和实体的自由表面为曲面。UG曲面的数学性质为B曲面也就是NURBS(非均匀有理B样条)曲面。B曲面由若干曲面片(补片)构成，其参数曲线是多段样条；单补片曲面是贝塞尔曲面，其参数曲线是单段样条，贝塞尔曲面是B曲面的特例。UG系统具有强大的曲面建模功能，在设计时，由点云生成曲面有如下两种方法。
1．4．1由点云直接生成曲面
运行菜单命令进入由点云创建睦面对话框，设置U、V方向的补片数值，曲面各个方向的阶数和补片数控制着输入点和生成的片体之间的距离误差。应该指定的补片数量取决于片体在相应方向上的阶数、该方向上数据的外形和正在试图存档的系统公差。一般的经验法则是每次需要一个补片，斜率在相应的方向上以90°变化。
1．4．2点云构造曲线和曲面
用点云直接构造出来的曲面在UG中是非参数化的，即生成的曲面与原始构造点不关联，当构造点编辑后，曲面不会产生关联性更新变化。这不利于后续的设计与修改。故我们常常使用先构造曲线，再由曲线构造曲面的方法。
创建自由曲线，主要使用样条曲线命令。在UG中可以多种方式创建曲线，并可在后续步骤中进行控制曲线阶次与段数、曲线的分析显示、指定斜率和指定曲率等操作。一般地，为了提高最后的曲面质量，曲线的形状要达到以下要求：没有尖点，曲率变化均匀平滑，曲线上的控制点数量尽可能少，同时要保证曲线的整体特性，如凹凸性和光顺性等。要注意的是在连线过程中，一般是先连特征线点，后连剖面点。在连线前应有合理的规划和预期的设计构思。通过曲线来生成曲面的方法是自由曲面造型中比较常用的一种方法，这种方法只需要用户提供截面线，因此适合于那些难以获得导向线的场合。例如圆形截面零件，在测量时很难测得用来生成导向线的数据点，而每个截面的数据则容易获得，在这种情况下，用通过曲线构造曲面的方法就很方便。
2命令实例分析
2．1样条线
样条线是构造曲面的一种重要曲线，可以是二维的，也可以是三维。样条曲线是以多项式方程计算产生的，UG中建立的样条曲线都是NURBS样条。
有4种样条创建方式，但最常用的是通过点和拟合两种方式，图3显示了用这两种方式创建的样条线。
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Though Points(通过点)方式创建的样条线通过所有定义点，而用Fit(拟合)方式创建的样条线并不一定通过全部定义点，拟合基于最小二乘法这一原理，即所有定义点到所创建的样条线距离的平方和最小，因此用拟合方式创建样条线时，需要指定一个公差值，所有定义点到所创建的样条线距离的平方和小于此公差值。从数学的意义上讲，样条是一个多项式，多项式的阶次(称为Degree)与定义曲线的点数有关：阶次=点数-1。如通过7个点的样条，其阶次应是：7-l=6次。在UG系统中，多项式的阶次最高为24次，因此单段曲线(样条线)最多只能通过25个定义点。除了用单段曲线构成样条线(即整条样条线只有一个多项式)外，UG还提供了用多段曲线构成样条线的方式(整条样条线包含多个多项式)，如通过10个定义点的样条线，阶次为3阶，则所创建的样条线将由8段曲线(8个最高阶次为3的多项式)构成。由于阶次越高，执行效率越低，样条线的形状也越难控制，而且单段样条线不能封闭，故一般不使用单段样条线。
2．2桥接曲线
桥接曲线用于光顺连接两条分离的曲线(包括实体、曲面的边缘线)。在桥接过程中，系统实时反馈桥接的信息，如桥接后的曲线形状、曲率梳等，有助于分析桥接效果，如图4所示。
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桥接曲线的连续方式如图5所示。
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2．2．1相切连续(Tangent)
桥接曲线与两条曲线在连接点处相切连续。
2．2．2曲率连续(Curvature)
桥接曲线与两条曲线在连接点处以曲率连续方式过渡，曲线过渡更为光顺，但桥接曲线阶次较高。
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2．3镜像缝合
UG中可通过缝合(Sew)、补片体(Patch Body)、修剪实体(Trim Body)、加厚片体(Thicken Sheet)等方法生成实体。值得注意的是，在作好面后，虽然执行了缝合命令，计算机也没有给出错误提示，看似缝合成功，其实未必。有的片体在缝合完成后，放大时会看到有亮显点或亮显线，甚至还有空隙，这就意味着此部位没有缝合成功，必须取消缝合操作，重新进行缝合。因此，在缝合完成后，一定要检查缝合的有效性。如图6所示，缝合后的片体经放大发现有亮显线和褶皱，这将使产品产生缺陷，必须作进一步的处理。处理结果如图7，发现亮线消失，处理成功。
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3产品设计实例
3．1点的测量
下面就某汽车仪表外饰部件在UGNX4．0环境下作反求设计。在三坐标测量机工作台上稳定地安装工件使其易于测量。测头从定位点慢速向工件的被测点趋近，当接触状态达到要求后发出过零的信号，对测量进行检测，读数头在X、Y、Z三个轴上分别取出测量数据，将该数据送入计算机中进行处理，输出测量结果。
3．2点的处理
读入后的点并不适合于直接用来造型，这是因为：一方面，虽然一个截面内的测量点理论上应该在一个平面内，但由于测量机的误差及其他因素的影响，所得数据点的坐标值可能会有少量偏差，用这样的一些点来直接造型，显然不能满足要求，生成的曲线可能不光顺，因此应当对读入的点进行如下处理：
首先，去除那些明显具有较大误差的点，然后依次把每个截面上的点都投影到相应的平面内(利用UG／Curve／Project)。
其次，消除测头半径对数据的影响。通过三坐标测量机读出的数据为测头中心的位置坐标，而不是测头球形表面和工件接触点的位置坐标，其间的差值与测头半径R的大小和测量位置有关。为了得到正确的测量结果，应对测量结果进行修正计算，即用测头球心轨迹的法向等距面作为被测曲面。利用测量点生成测头球心的轨迹面的各条截面线，接着利用UG的offSet curve功能生成法向偏置线，最后利用这些截面线来生成所需的最终模型。经过测量作多步处理后的初期模型如图8所示。
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经过变换、平面作镜像、联合体、缝合等处理后的模型如图9。对图7进行相关处理，然后执行可视化分析，放大后可以看到有棱线显亮线和极其细微的褶皱如图10所示，这个细小的不足若被忽视则会在产品开模中产生缺陷，应给以重视，作进一步的处理。
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现在就缝合面处的边进行处理定义：更改边命令，即把边和交叉曲线定义匹配到有效矢量方向，为下一步缝合作好基础工作，然后作出第二个面："编辑"、"变换"、"用平面作镜像"、"作出第二个面"然后进行缝合："插入"、"联合体"、"缝合"，结果如图11所示，发现亮线消失，细微的褶皱现在已经清除，处理成功。
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4结束语
逆向工程是一门集CAD、激光、精密机械、数控及图像采集与处理为一体的新技术，在工业领域，逆向工程技术已经广泛应用于新产品的开发，在产品的更新设计和创新设计方面成果显著。借助于三坐标测量机对复杂异型体零件表面进行精密测量，取得型值点，然后将结果传人CAD系统中完成原型重构，在此基础上实现原型快速制造及数控加工的NC指令的产生，这是一条提高产品开发速度的有效途径。
