逆向工程在模具制造中的应用
1 引言
逆向工程（ReverseEngineering）顾名思义就是先有实体再依序制造出相同的模型，并结合三坐标测量系统、镭射扫描系统、影像截取系统等，测出3D数据资料再以逆向软件进行点信息处理；经过分门别类与族群分开，及点线面与实体误差比对比，以最贴切几何形状重新构建曲面模型，进而生产CAD数据；再以快速原型软件制作出原型（Prototype）或是由数控机床做出生产加工的一种工程程序。
汽车覆盖件中的特殊要求：表面质量（特别是外覆盖件）。覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外表的美观，因此覆盖件不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美观的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过度均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。
对于自行设计研制的车型来说，覆盖件是雕塑师手工制作的产品，这样的样件不可避免地存在缺陷，有时，也会利用覆盖件样件直接进行仿形加工。而仿形则会将样件上的缺陷全部复制到模具上，其最终产品也继承了样件上的全部缺点，造成覆盖件外观光顺性差、准确度低、协调性差。另外传统的模具制造方法手工修模量大，间隙不均匀，需反复修模试模，质量不稳定，加工周期长。如果采用数控设备加工模具，为检验数控刀轨的正确性，还要进行蜡模试切。传统方法主要缺点是生成的模具型腔不具备修改性及重新设计的能力。
3 基于CAD\CAM系统的设计制造方法
采用CAD\CAM一体化技术是现代模具设计制造的要求，可以有效地改善传统方法的不足，由CAD建立的产品模型可以直接生成数控指令，通过DNC接口实现与机床间的数据通讯，使生产中原来用外形模拟传递改变为用数据通讯，使设计与制造环节直接沟通。而且可以在CAD系统中进行外观分析、产品装配、检查配合部件的干涉，对数控加工过程进行仿真，检查加工过程和干涉，实现产品的设计和修改。因此，可以大大降低手工劳动量，缩短新产品研制周期，显著提高产品质量。
将CAD\CAM技术应用于乘用车顶盖模具的制造，其制造依据是数学模型，因此得到的制件产品外观光顺、美观、对称、配合轮廓线准确度高，协调性好，修改方便（改形、创新），制造依据保存期长。
4 逆向设计方法与过程
4.1 CAD\CAM软件选择
应用Imageware来生成曲面。在曲面的重建方面，该系统主要方法有如下两点：可由扫描点直接产生曲面而不需要经过建造曲线的过程；亦可先建周边曲线，而后用该边界与其内部的扫描点群来产生曲面。首先在扫描点群中构造NURBS曲线，然后分局曲线来产生曲面。具体内容包括：
1）扫描点的分析及处理——可接收不同来源的数据，如用机器扫描，或用照像技术所得的数据等（ASC文件）。
2）曲面模型构造——快速而准确地扫描点变换成NURBS曲面模型。
3）曲面模型精度、品质分析。
4）曲面修改——曲线和曲面可实时交互形状修改。
4.2 逆向设计方法
4.2.1 数据测量
近年来，随着激光技术的发展，在扫描中充分运用激光定向性好的特性，采用非接触测量方法，如光栅法、全息法、深度图像三维测量法、激光三角法等，有效地克服了机械接触式测量如三坐标测量仪中探测杆的补偿和刚性等许多系统误差，使逆向工程发展到了一个新的高度。
利用ATOS的扫描功能，将顶盖表面数据化。由于测量误差的存在，得到的表现数据应进行数据处理，包括坏点的去除，测量盲区数据的补齐，数据均化合平滑等。
4.2.2 几何建模
几何建模是逆向工程的关键，建模的过程也就是对数据进行处理的过程。数据处理的目的是获得输入数据的基本特征信息。其通用的手段主要有数据调整、复制、区域修剪、数据密度修改、数据光顺、噪音去除、尖角保留等，从而得到所需的图形。建立模型的好坏不仅取决于模型对实物形状的拟合程度，也取决于曲面是否光顺以及曲面的连接是否光滑。曲线和曲面的光顺与否是应该特别注意的问题，一般来讲，满足曲线光顺德条件是：(1)二阶光滑，即曲率连续；（2）曲线不存在多余的拐点；（3）曲率变化比较均匀。
建模的手段有两种：一是用Copycad软件由点云直接生成三角区面（STL模型），利用三角曲面模型进行NC加工编程；二是用Imageware软件由点云生成NURBS曲面模型，进行模具设计和加工。
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