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反向工程指通過技術手段對從公開渠道取得的產品進行拆卸、測繪、分析等而獲得的有關技術信息。反向工程在司法解釋中被定義為，通過技術手段對從公開渠道取得的產品進行折卸、測繪、分析等而獲得該產品的有關技術信息。為避免該條款被濫用，司法解釋同時規(guī)定：“當事人以不正當手段知悉了他人的商業(yè)秘密之后，又以反向工程為由主張獲取行為合法的，不予支持?！狈聪蚬こ逃址Q逆向工程。

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(chuàng)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(guī)范和標準、治理規(guī)范和質量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類：①既有實物，又有全套技術軟件;②只有實物而無技術軟件;③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來構思、設計產品，該種逆向稱為影像逆向。目前，國內外有關逆向工程的研究主要集中在幾何外形的逆向，即重建產品實物的CAD，稱為“實物逆向工程”。

2逆向工程數(shù)據(jù)測量技術數(shù)據(jù)測量是通過特定的測量設備和測量方法獲取產品表面離散點的幾何坐標數(shù)據(jù)，將產品的幾何外形數(shù)字化。其測量原理是：將被測產品放置于三坐標測量機的測量空間內，可以獲得被測產品上各個測量點的坐標位置，根據(jù)這些點的空間坐標值，經過計算機數(shù)據(jù)處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經過數(shù)學計算的方法得出其外形、位置公差及其它幾何數(shù)據(jù)。高效、高精度地獲取產品的數(shù)字化信息是實現(xiàn)逆向工程的基礎和關鍵。

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為兩大類：

(1)接觸式數(shù)據(jù)采集方法包括：使用基于力的擊發(fā)原理的觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描數(shù)據(jù)采集、磁場法、超聲波法。接觸式數(shù)據(jù)采集通常使用三坐標測量機，測量時可根據(jù)實物的特征和測量的要求選擇測頭及其方向，確定測量點數(shù)及其分布，然后確定測量的路徑，有時還要進行碰撞的檢查。觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集方法采用觸發(fā)探頭，觸發(fā)探頭又稱為開關測頭，當探頭的探針接觸到產品的表面時，由于探針變形從而觸發(fā)采樣開關，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記下探針當前坐標值，逐點移動探針就可以獲得產品的表面輪廓的坐標數(shù)據(jù)。常用的接觸式觸發(fā)探頭主要包括：機械式觸發(fā)探頭、應變片式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)探頭。采用觸發(fā)式探頭的優(yōu)點在于：適用于空間箱體類工件及已知產品表面的測量;適用于尺寸測量和在線應用;適用于體積小的物體，易于在狹小的空間內應用;由于測量數(shù)據(jù)時，測量機處于勻速直線低速狀態(tài)，測量機的動態(tài)性能對測量精度的影響較小。但由于探頭的限制，不能測量到被測零件的一些細節(jié)之處，不能測量一些易碎、易變形的零件。另外接觸式測量的探頭與零件表面接觸后，使得測量速度慢，測量后還要進行探頭補償，測量數(shù)據(jù)量小，不能真實的反映實體的外形。

(2)非接觸式數(shù)據(jù)采集方法：主要運用光學原理進行數(shù)據(jù)的采集，主要包括：激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。非接觸式數(shù)據(jù)采集速度快、精度高，排除了由掃描摩擦力和接觸壓力造成的掃描誤差，避免了接觸式探頭與被掃描表面由于曲率干涉產生的偽劣點，獲得的密集點云信息量大、精度高，探頭產生的光斑也可以做得很小，可以掃描到一般機械探頭難以掃描的部位，最大限度地反映被掃描表面的真實外形。非接觸式數(shù)據(jù)采集方法采用非接觸式探頭，由于沒有力的作用，適用于測量柔軟物體;非接觸式探頭取樣率較高，在50次/秒到23000次/秒之間，適用于表面外形復雜，精度要求不特別高的未知曲面的掃描，例如：汽車、家電的木模、泥模等。但是非接觸式探頭由于受到物體表面特征的影響(顏色、光度、粗糙度、外形等)的影響較大，目前在多數(shù)情況下其掃描誤差比接觸式探頭要大，保持在10微米級以上。該方法主要用于對易變形零件、精度要求不高零件、要求海量數(shù)據(jù)的零件、不考慮掃描本錢及其相關軟硬件的配套情況下的掃描?？傊?，在可以應用接觸式掃描的情況下，不要采用非接觸式掃描;在只測量尺寸、位置要素的情況下盡量采用接觸式測量;考慮掃描本錢且能滿足要求的情況下，盡量采用接觸式掃描;對產品的輪廓及尺寸精度要求較高的情況下采用非接觸式掃描;對離散點的掃描采用掃描式;對易變形、精度要求不高的產品、要求獲得大量丈量數(shù)據(jù)的零件進行掃描時采用非接式掃描方法。

3逆向工程數(shù)據(jù)處理技術

數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項重要的技術環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過程能否方便、正確地進行。根據(jù)掃描點的數(shù)目，掃描數(shù)據(jù)可以分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點;根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的規(guī)整性，掃描數(shù)據(jù)又可以分為散亂數(shù)據(jù)點和規(guī)矩數(shù)據(jù)點;不同的掃描系統(tǒng)所得到的掃描數(shù)據(jù)的格式是不一致的，且?guī)缀跛械膾呙璺绞胶蛼呙柘到y(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用掃描數(shù)據(jù)進行CAD重建前必須對掃描數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理工作主要包括：數(shù)據(jù)格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分塊等。每個CAD/CAM系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)格式。目前流行的CAD/CAM軟件的產品數(shù)據(jù)結構和格式各不相同，不僅影響了設計和制造之間的數(shù)據(jù)傳輸和程序銜接，而且直接影響了CMM與CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。目前通行的辦法是利用幾種主要的數(shù)據(jù)交換標準(IGES、STEP、AtoCAD的DXF等)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

在逆向工程實際的過程中，由于掃描都有自己的掃描范圍，因此無論我們采用什么掃描方法，都很難在同一坐標系下將產品的幾何數(shù)據(jù)一次完全掃描出。產品的數(shù)字化不能在同一坐標系下完成，而在模型重建的時候又必須將這些不同坐標下的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標系里，這個數(shù)據(jù)處理過程就是多視數(shù)據(jù)定位對齊(多視點云的拼合)。多視數(shù)據(jù)的對齊主要可以分為兩種：通過專用的掃描軟件裝置實現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)的直接對齊;事后數(shù)據(jù)處理對齊。采用事后數(shù)據(jù)處理對齊又可以分為：對數(shù)據(jù)的直接對齊和基于圖形的對齊。對數(shù)據(jù)的直接對齊研究中，出現(xiàn)了多種算法：如ICP算法、四元數(shù)法、SVD法、基于三個基準點的對齊方法等。數(shù)據(jù)平滑的目的是消除掃描數(shù)據(jù)的噪聲，以得到精確的數(shù)據(jù)和好的特征提取效果。目前通常是采用標準高-斯、均勻或中值濾波算法。其中高-斯濾波能較好地保持原數(shù)據(jù)的形貌，中值濾波消除數(shù)據(jù)毛刺的效果較好。因此在選用時應該根據(jù)數(shù)據(jù)質量和建模方法靈活選擇濾波算法。運用點云數(shù)據(jù)進行造型處理的過程中，由于海量數(shù)據(jù)點的存在，使存儲和處理這些點云數(shù)據(jù)成了不可突破的瓶頸。實際上并不是所有的數(shù)據(jù)點都對模型的重建起作用。因此，可以在保證一定的精度的條件下減少數(shù)據(jù)量，對點云數(shù)據(jù)進行精簡。目前采用的方法有：利用均勻網格減少數(shù)據(jù)的方法;利用減少多變形三角形達到減少數(shù)據(jù)點的方法;利用誤差帶減少多面體數(shù)據(jù)點的方法。

數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一曲面類型的數(shù)據(jù)成組劃分為不同的數(shù)據(jù)域，為后續(xù)的模型重建提供方便。數(shù)據(jù)分割方法可以分為基于掃描的分割和自動分割兩種方法。目前的分割方法有：基于參數(shù)二次曲面逼近的數(shù)據(jù)分割方法;散亂數(shù)據(jù)點的自動分割方法;基于CT技術的數(shù)據(jù)分割方法。

4逆向模型重建技術

在整個逆向工程中，產品的三維幾何模型CAD重建是最關鍵、最復雜的環(huán)節(jié)。由于只有獲得了產品的CAD模型，我們才能夠在此基礎上進行后續(xù)產品的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和進行產品的再設計等。在進行模型重建之前，設計者不僅需要了解產品的幾何特征和數(shù)據(jù)的特點等前期信息，而且需要了解結構分析、加工制作模具、快速成型等后續(xù)應用題目。

目前使用的造型方法主要有：

(1)曲線擬合造型：用一個多項式的函數(shù)通過插值逼近原始的數(shù)據(jù)，最終得到足夠光滑的曲面。曲線是構成曲面的基礎，在逆向工程中常用的模型重建方法為：首先將數(shù)據(jù)點通過插值或逼近擬合成樣條曲線，然后采用造型軟件完成曲面片的重構造型。優(yōu)點是原理比較簡單，只要多項式的次數(shù)足夠高就可以得到滿足的曲面，但也輕易造成計算的不穩(wěn)定，同時邊界的處理能力也比較差，一般用于擬合比較簡單的曲面。

(2)曲面片直接擬合造型：該方法直接對掃描數(shù)據(jù)點進行曲面片擬合，獲得曲面片經過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。曲面擬合造型既可以處理有序點，也可以處理散亂數(shù)據(jù)點。算法有：基于有序點的樣條曲面插值;樣條曲面插值;對任意掃描點的樣條曲面逼近。

(3)點數(shù)據(jù)網格化：網絡化實體模型通常是將數(shù)據(jù)點連接成三角面片，形成多面體實體模型。目前已經形成兩種簡化方法：基于給定數(shù)據(jù)點在保證初始幾何外形的基礎上，反復排除節(jié)點和面片，構建新的三角形，最終達到指定的節(jié)點數(shù)，尋找具有最小的節(jié)點和面片的最小多面體。

5展看

逆向工程的研究已經日益引人注目，在數(shù)據(jù)處理、曲面片擬合、幾何特征識別、商用專業(yè)軟件和坐標測量機的研究開發(fā)上已經取得了很大的成績。但是在實際應用當中，整個過程仍需要大量的人機交互工作，操縱者的經驗和素質直接影響著產品的質量，自動重建曲面的光順性難以保證，下面一些關鍵技術將是逆向工程主要發(fā)展方面：

(1)數(shù)據(jù)掃描方面：發(fā)展面向逆向工程的專用掃描設備，能夠高速、高精度的實現(xiàn)產品幾何外形的三維數(shù)字化，并能進行自動掃描和規(guī)劃路徑;

(2)數(shù)據(jù)的預處理方面：針對不同種類的掃描數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，完善改進目前的數(shù)據(jù)處理算法;

(3)曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進行光滑拼接;

(4)集成技術：發(fā)展包括掃描技術、模型重建技術、基于網絡的協(xié)同設計和數(shù)字化制造技術等的逆向工程技術。

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