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摘 要 逆向工程是从20世纪末以来发展起来的一种产品批量生产以及二次开发的新兴工程技术，由于与传统的产品开发顺序相反，因此通常被称作逆向工程。本文着重分析逆向工程中零件的反求过程中需要使用到的三坐标测量机的相关特点，并通过对三坐标测量机的应用讨论来探究逆向工程的开发过程，并能够对逆向工程的产品开发精度做出准确的评价。
关键词 三坐标测量机；逆向工程；产品开发
中图分类号：TH721 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）24-0074-01
逆向工程是当今实现产品的批量解构与生产以及进行二次开发的一种非常便捷的技术，其开发顺序与传统的产品开发过程相反，首先是对产品原件进行测量分析，其次运用cad建立产品模型，再对产品模型进行适当处理后生产出新的产品。在逆向工程中，三坐标测量机是非常重要的设备，在产品原件的数字化以及产品的曲面重构过程中都需要三坐标测量机的支持。本文讨论所应用的三坐标测量机的数字分辨率以及单向重复精度皆为0.1 μm，三坐标的各项精度中，X与Y坐标的精度在2.5 μm左右，Z坐标的精度为3.0 μm左右。
1 三坐标测量机在产品原件数字化中的应用
产品原件的数字化是进行逆向工程开发的第一步，也是最为关键的一步，产品数字化的精度可以影响到对产品的结构解析以及产品的二次开发。传统的逆向工程开发过程中采用的是二维图像与技术参数相结合的方法，但在对产品精度要求越来越高的今天，这种方式已经不再适用，需要找到一种合格的方法来实现产品原件的数字化图像处理，而用三坐标测量机则能够达到较高的精度要求，可以准确得出产品的三维模型。
运用三坐标测量机进行产品原件的数字化时，首先需要将测量结果以三坐标测量软件本身具有的VDA数据格式表达出来，而此时产品的数据模型并不是很直观，因此其次需要将VDA格式的数据通过三坐标测量机的逆向模块转化成SAT格式进行显示，最后再用cad软件对所得到的数字化图像进行立体重构。此外，通过三坐标测量机的初步处理所得到的原件数字化模型只具有一些主要部分的图像，而细节部分则还要根据技术参数建立一些辅助轴，补充数字化模型中所缺乏的一些微小部位。在用三坐标测量机进行原件数字化的时候，需要注意遵循原件的参数，严格按照原件的测量数据来进行准确的三维建模。另外，由于三坐标测量机在对原件测量时采用的是接触式的点测量，因此只能准确得到一些基础点的数据，而实际的产品原件结构表面一些不规则的表面则并不能直接通过测量数据表现出来，在进行细致化的三维建模时需要根据实际产品原件的表面情况进行适当的修改与添加，才能够达到较高的仿真分析效果。
2 三坐标测量机在产品原件曲面重构过程中的应用
由于许多产品原件并不会由单一的规则形状组成，不可避免地会在原件表面存在着许多曲面，要对原件的曲面进行精确的重构，才能够完全还原产品的各项技术参数。运用三坐标测量机进行原件的重构主要采用的是微平面补偿法，即在需要测量的曲面目标点周围一小块区域内选取三个点作为参考点，用三个点所组成的平面参数近似地看作目标点上平面的参数，就可以得到具体的曲面模型了。其中，目标点与三个参考点的关系相互协调，注意参考点的选取区域不要太大，否则会产生较大的误差，几点之间具体的分布方式可以以下图作为参考依据。
上图中，中心P点即为测量目标点，周围三个点则是自行选取的参考点，途中箭头所表示的是P点曲面的法矢，可以用三个参考点组成的小平面法矢近似地表示。而在对一小块区域进行微平面处理之后，可以用相同的方法进行整个原件曲面的微平面处理，最后将各个微平面关键点的参数用VDA格式表示出来，进行相应格式的转化后经过cad软件的处理就得到了产品原件的曲面模型。
用这种方法来重构原件曲面，具有较高的精度，可以很好地还原出产品原件的曲面情况，但较为明显的缺点就是比较耗费时间，进行微平面处理的工作量非常大。特别是一些原件具有非常复杂的曲面，要求微平面处理的工作更加细致，就在更大程度上延长了测量的时间。因此，用三坐标测量机进行原件曲面的重构时，测量所花费的时间越长，那么测量的精度就越高，就能更好地重现原件的形状以及参数。而在进行具体的测量工作时，则要根据实际情况选择偏重于测量的精度还是测量的速度，将二者之间的关系处理妥当。
3 三坐标测量机在曲面重构精度上的应用
凭借逆向工程所得到的三维原件模型可以用于相应产品的后续制造或者开发中，通常一方面可以根据三维模型对产品原件进行仿制以及大规模的生产，另一方面可以通过三维模型来对产品原件的各项参数进行分析，并对原件中存在的问题进行相应的改进设计，进而开发出质量更好的新产品。但不管是将三维模型用于哪一种生产开发过程，都需要对三维模型参数与产品原件参数进行对比，分析二者之间存在的误差，探讨三维模型的精度是否能够达到原件仿真的基本要求。
而对三维模型精度上的判断基本上可以看成是对原件曲面重构精度的判断，因为三维模型的主要误差就是出现在曲面的重构过程中，如果进行微平面处理的时候，三个参考点的选取或者测量不适合，就会造成比较大的误差。一般比较曲面重构情况与产品原件之间的关系可以通过比较产品实物模型与三维模型之间的差异来进行判断，而由于三坐标测量机也有误差分析的功能，因此可以用三坐标测量机进行三维模型的精度判定。用这种方法进行精度的判定主要是以三维模型为测量的原型，对其中一些特殊点进行测量，比较实际产品原件中相对应的点与模型中特殊点的差异，如果二者之间的对应点重合度很高，那么三维模型的精度就比较高，如果二者之间的对应点存在着较大的差异，那么三维模型的精度也就比较低。
4 结束语
作为逆向工程中的一种核心设备，三坐标测量机在产品的生产与开发过程中发挥着举足轻重的作用，虽然仍存在着工作量太大等问题，但随着逆向工程的不断发展，三坐标测量机的应用也将会更加成熟，不仅在模型建立的精度上达到更高的水平，还能够使逆向工程的开发更加便捷，更加省力。
参考文献
[1]沈从举，贾首星，郑炫，秦朝民，张鲁云，李帆.三坐标测量机在产品逆向设计中的应用[J].新疆农机化，2013（04）：13-16.
[2]赵云飞.三坐标测量机测头半径三维智能补偿技术[D].中国计量学院，2012.
[3]李庚阳.基于测量机的自由曲面逆向工程技术的研究[D].东北大学，2010.
作者简介
赖海军（1982-），男，大专，助理实验师，研究方向：三坐标。
关键词 三坐标测量机；逆向工程；产品开发
中图分类号：TH721 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）24-0074-01
逆向工程是当今实现产品的批量解构与生产以及进行二次开发的一种非常便捷的技术，其开发顺序与传统的产品开发过程相反，首先是对产品原件进行测量分析，其次运用cad建立产品模型，再对产品模型进行适当处理后生产出新的产品。在逆向工程中，三坐标测量机是非常重要的设备，在产品原件的数字化以及产品的曲面重构过程中都需要三坐标测量机的支持。本文讨论所应用的三坐标测量机的数字分辨率以及单向重复精度皆为0.1 μm，三坐标的各项精度中，X与Y坐标的精度在2.5 μm左右，Z坐标的精度为3.0 μm左右。
1 三坐标测量机在产品原件数字化中的应用
产品原件的数字化是进行逆向工程开发的第一步，也是最为关键的一步，产品数字化的精度可以影响到对产品的结构解析以及产品的二次开发。传统的逆向工程开发过程中采用的是二维图像与技术参数相结合的方法，但在对产品精度要求越来越高的今天，这种方式已经不再适用，需要找到一种合格的方法来实现产品原件的数字化图像处理，而用三坐标测量机则能够达到较高的精度要求，可以准确得出产品的三维模型。
运用三坐标测量机进行产品原件的数字化时，首先需要将测量结果以三坐标测量软件本身具有的VDA数据格式表达出来，而此时产品的数据模型并不是很直观，因此其次需要将VDA格式的数据通过三坐标测量机的逆向模块转化成SAT格式进行显示，最后再用cad软件对所得到的数字化图像进行立体重构。此外，通过三坐标测量机的初步处理所得到的原件数字化模型只具有一些主要部分的图像，而细节部分则还要根据技术参数建立一些辅助轴，补充数字化模型中所缺乏的一些微小部位。在用三坐标测量机进行原件数字化的时候，需要注意遵循原件的参数，严格按照原件的测量数据来进行准确的三维建模。另外，由于三坐标测量机在对原件测量时采用的是接触式的点测量，因此只能准确得到一些基础点的数据，而实际的产品原件结构表面一些不规则的表面则并不能直接通过测量数据表现出来，在进行细致化的三维建模时需要根据实际产品原件的表面情况进行适当的修改与添加，才能够达到较高的仿真分析效果。
2 三坐标测量机在产品原件曲面重构过程中的应用
由于许多产品原件并不会由单一的规则形状组成，不可避免地会在原件表面存在着许多曲面，要对原件的曲面进行精确的重构，才能够完全还原产品的各项技术参数。运用三坐标测量机进行原件的重构主要采用的是微平面补偿法，即在需要测量的曲面目标点周围一小块区域内选取三个点作为参考点，用三个点所组成的平面参数近似地看作目标点上平面的参数，就可以得到具体的曲面模型了。其中，目标点与三个参考点的关系相互协调，注意参考点的选取区域不要太大，否则会产生较大的误差，几点之间具体的分布方式可以以下图作为参考依据。
上图中，中心P点即为测量目标点，周围三个点则是自行选取的参考点，途中箭头所表示的是P点曲面的法矢，可以用三个参考点组成的小平面法矢近似地表示。而在对一小块区域进行微平面处理之后，可以用相同的方法进行整个原件曲面的微平面处理，最后将各个微平面关键点的参数用VDA格式表示出来，进行相应格式的转化后经过cad软件的处理就得到了产品原件的曲面模型。
用这种方法来重构原件曲面，具有较高的精度，可以很好地还原出产品原件的曲面情况，但较为明显的缺点就是比较耗费时间，进行微平面处理的工作量非常大。特别是一些原件具有非常复杂的曲面，要求微平面处理的工作更加细致，就在更大程度上延长了测量的时间。因此，用三坐标测量机进行原件曲面的重构时，测量所花费的时间越长，那么测量的精度就越高，就能更好地重现原件的形状以及参数。而在进行具体的测量工作时，则要根据实际情况选择偏重于测量的精度还是测量的速度，将二者之间的关系处理妥当。
3 三坐标测量机在曲面重构精度上的应用
凭借逆向工程所得到的三维原件模型可以用于相应产品的后续制造或者开发中，通常一方面可以根据三维模型对产品原件进行仿制以及大规模的生产，另一方面可以通过三维模型来对产品原件的各项参数进行分析，并对原件中存在的问题进行相应的改进设计，进而开发出质量更好的新产品。但不管是将三维模型用于哪一种生产开发过程，都需要对三维模型参数与产品原件参数进行对比，分析二者之间存在的误差，探讨三维模型的精度是否能够达到原件仿真的基本要求。
而对三维模型精度上的判断基本上可以看成是对原件曲面重构精度的判断，因为三维模型的主要误差就是出现在曲面的重构过程中，如果进行微平面处理的时候，三个参考点的选取或者测量不适合，就会造成比较大的误差。一般比较曲面重构情况与产品原件之间的关系可以通过比较产品实物模型与三维模型之间的差异来进行判断，而由于三坐标测量机也有误差分析的功能，因此可以用三坐标测量机进行三维模型的精度判定。用这种方法进行精度的判定主要是以三维模型为测量的原型，对其中一些特殊点进行测量，比较实际产品原件中相对应的点与模型中特殊点的差异，如果二者之间的对应点重合度很高，那么三维模型的精度就比较高，如果二者之间的对应点存在着较大的差异，那么三维模型的精度也就比较低。
4 结束语
作为逆向工程中的一种核心设备，三坐标测量机在产品的生产与开发过程中发挥着举足轻重的作用，虽然仍存在着工作量太大等问题，但随着逆向工程的不断发展，三坐标测量机的应用也将会更加成熟，不仅在模型建立的精度上达到更高的水平，还能够使逆向工程的开发更加便捷，更加省力。
参考文献
[1]沈从举，贾首星，郑炫，秦朝民，张鲁云，李帆.三坐标测量机在产品逆向设计中的应用[J].新疆农机化，2013（04）：13-16.
[2]赵云飞.三坐标测量机测头半径三维智能补偿技术[D].中国计量学院，2012.
[3]李庚阳.基于测量机的自由曲面逆向工程技术的研究[D].东北大学，2010.
作者简介
赖海军（1982-），男，大专，助理实验师，研究方向：三坐标。