反求工程又稱逆向工程，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的一種新的手段，從20世紀(jì)90年代初。該技術(shù)開(kāi)始引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再制造出產(chǎn)品。反求工程是從現(xiàn)有的產(chǎn)品零件進(jìn)行實(shí)物測(cè)錄的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，反求工程的出現(xiàn)改變了產(chǎn)品傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式。由于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)大多數(shù)都是在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上的改進(jìn)，可以利用反求工程對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，從而大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，減少了開(kāi)發(fā)費(fèi)用。Pro/Engineer是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(PTC)推出的新一代CAD/CAE/CAM軟件，其強(qiáng)大的功能深受用戶歡迎。在模具設(shè)計(jì)模塊中。Pro/E提供了方便又實(shí)用的工具。這些功能可以讓使用者在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模具組裝(Mold Assembly)、模型檢驗(yàn)(Model Cheek)、分模面(Parting Surface)建立等過(guò)程，順利完成拆模的工作。它的獨(dú)到之處在于只要很好地完成了模型的參數(shù)化約束，那么隨后的變更將十分方便，非常適用于像產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)這種需要經(jīng)常引發(fā)變動(dòng)的過(guò)程，是理想的反求工程軟件，在塑料模具設(shè)計(jì)中，很好的利用Pro/E和反求工程將會(huì)大大縮短模具開(kāi)發(fā)的時(shí)間，取得滿意的效果。

　　1 反求工程及Pro/E中的逆向工具

　　目前，大多數(shù)有關(guān)反求工程技術(shù)的研究和應(yīng)用都集中在幾何形狀，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAD模型和最終產(chǎn)品的制造方面，稱為實(shí)物反求工程。一個(gè)待測(cè)工件在反求工程中要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云模型預(yù)處理、曲線/曲面重構(gòu)等關(guān)鍵步驟，最后才形成CAD模型。

　　1.1 數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)是反求工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以分為非接觸式測(cè)量方法和接觸式測(cè)量方法。非接觸式測(cè)量方法是指用非接觸的光電方法對(duì)曲面的三維形貌進(jìn)行快速測(cè)量的方法，常用的有激光掃描測(cè)量，聲學(xué)法和磁學(xué)法，工業(yè)計(jì)算機(jī)層析技術(shù)簡(jiǎn)稱工業(yè)CT。

　　接觸式測(cè)量方法是另一種流行采集方法，一般是利用聯(lián)接在探頭上的傳感器來(lái)測(cè)算目標(biāo)點(diǎn)的位置。這種方法簡(jiǎn)單易行，CMM(Coordinate Messuring Machine，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī))最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代初期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在測(cè)量速度和精度上都有很大的提高。它是使用接觸探頭測(cè)量物體表面的位置點(diǎn)，探頭通常聯(lián)接著一個(gè)敏感的壓力傳感器裝置，通過(guò)與物體表面的接觸得到觸發(fā)，能提供測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值。

　　1.2 Pro/E中的逆向工具

　　Pro/E野火版的小平面特征和重新造型特征組成一個(gè)完整的逆向解決方案。從輸入點(diǎn)集一創(chuàng)建包絡(luò)一創(chuàng)建小平面一創(chuàng)建曲面，形成一個(gè)處理逆向的完整流程。小平面處理的流程如下：

　　1)點(diǎn)處理，輸入點(diǎn)集，對(duì)點(diǎn)集進(jìn)行必要的編輯和優(yōu)化，主要是噪聲消除及缺損數(shù)據(jù)修補(bǔ)等。

　　2)包絡(luò)處理，對(duì)點(diǎn)處理階段完成后生成的包絡(luò)進(jìn)行編輯。

　　3)小平面處理，對(duì)包絡(luò)處理完成后生成的小平面進(jìn)行編輯及優(yōu)化，得到小平面特征。

　　下面以某盒體零件為例。簡(jiǎn)單介紹逆向處理的經(jīng)過(guò)。圖1為測(cè)量后輸入的點(diǎn)云圖，首先消除噪音點(diǎn)，圖2表示進(jìn)行缺陷點(diǎn)的糾正，圖3為點(diǎn)處理后的模型，圖4為小平面處理后的模型。

　　重新造型特征過(guò)程一般是由數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出樣條線，然后利用樣條線擬合出曲面，曲面之間還可以進(jìn)一步縫合或者加厚以得到實(shí)體模型。建立曲線和曲面的常用擬合方法是逼近法和插補(bǔ)法。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常結(jié)合以上兩種方法來(lái)構(gòu)造曲面模型，即先用數(shù)據(jù)點(diǎn)求出逼近的曲線，然后以這些曲線為控制線構(gòu)造出曲面，得到CAD模型。

　　常用的反向工程軟件有PTC公司的ScanTools，ICEM Surf，Pro/DESIGER(CDRS)，ISDX(交互式曲面設(shè)計(jì))等。

　　2 模具設(shè)計(jì)流程

　　目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在設(shè)計(jì)制造模具方面得到了廣泛應(yīng)用，其中Pro/E是使用最為廣泛的一種。PTC公司推出的Pro/E軟件，是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)軟件，是集合了零件設(shè)計(jì)、零件裝配、模具開(kāi)發(fā)、NC加工、鈑金設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)量等功能于一體的軟件。

　　模具設(shè)計(jì)主要由軟件系統(tǒng)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，該模塊提供了幾乎所有模具設(shè)計(jì)所需要的功能，如設(shè)置產(chǎn)品收縮率、創(chuàng)建毛坯工件、模具分型面和模架。以及修改、重新定義和分析模具組件。

　　模具設(shè)計(jì)流程一般是先利用軟件系統(tǒng)的零件模塊建立產(chǎn)品的三維模型，然后利用軟件系統(tǒng)的模具型腔模塊來(lái)設(shè)計(jì)模具構(gòu)件，如上下模型腔、澆注系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)等。最后設(shè)計(jì)模架，如固定模板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂出機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)和冷卻及加熱裝置。

　　1、模具裝配。模具工件在裝配過(guò)程中可以用人工或自動(dòng)的方法建立，本模具采用自動(dòng)的方法建立。以缺省位置將參照零件裝配到模型中，由于本例是一模一腔的刨建方法，對(duì)于一模多腔的創(chuàng)建方法，要在布局對(duì)話框中選取。拆模之前，先檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮穸?ThicknessCheck)，即檢測(cè)零件的厚度是否存在過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象;然后檢驗(yàn)拔模角(DraftCheck)，即檢測(cè)是否有倒勾(Undercut)現(xiàn)象、拔模角的數(shù)值是否合理。檢驗(yàn)的目的是確認(rèn)零件成品的厚度及拔模角是否符合要求以便修改。

　　2、模具組件的設(shè)計(jì)是整個(gè)模具設(shè)計(jì)中的主體部分，利用自動(dòng)或手動(dòng)功能命令設(shè)計(jì)毛坯工件，設(shè)計(jì)分型面，分割模具體積塊，抽取模具元件，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，鑄模，開(kāi)模，模架設(shè)計(jì)等。

　　(1)在Pro/E中建立分型面的目的是利用與工件完全相交的分型面來(lái)分開(kāi)工件，拆出形成腔體的各個(gè)模具體積塊。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切除工件毛坯中塑件所占體積部分，形成模具的型腔體。建立分型面是模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，尤其是對(duì)于那些形狀復(fù)雜的零件，更是如此。若分模面有靠破孔，只有填補(bǔ)起來(lái)才能拆模。

　　(2)分割并創(chuàng)建體積塊。所謂建立體積塊，就是將已經(jīng)創(chuàng)建的工件以分型面為參照，分割為數(shù)個(gè)體積塊，對(duì)于本模具來(lái)說(shuō)，首先分割出上模和下模體積塊，此階段由于生成體積塊都是實(shí)體的，所以看不見(jiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在開(kāi)模仿真過(guò)程即可看清楚。

　　(3)使用菜單管理器中的MoldingOpening項(xiàng)，進(jìn)入開(kāi)模菜單(也可以使用界面快捷鍵)。開(kāi)模的過(guò)程相當(dāng)于對(duì)模具的頂出、側(cè)抽芯等動(dòng)作進(jìn)行模擬，以確認(rèn)各種動(dòng)作的合理性。

　　如上例所示，利用Pro/E對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向處理后，轉(zhuǎn)換為CAD模型，作為零件輸入到Pro/E模具設(shè)計(jì)模塊中，經(jīng)過(guò)模具裝配、設(shè)計(jì)分型面、分割模具體積塊、抽取模具元件、開(kāi)模等過(guò)程，最終設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具零件。圖5、6分別為模具的分型面和開(kāi)模模擬過(guò)程，利用模具顧問(wèn)模塊還可以對(duì)注塑過(guò)程進(jìn)行CAE分析，仿真注塑時(shí)塑料在模具中的流動(dòng)情形，如流動(dòng)路徑、溫度分布、壓力分布、最佳澆口位置等。設(shè)計(jì)完成后可以在Pro/E中利用CAM模塊進(jìn)行模具的數(shù)控模擬加工，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM一體化操作。

　　一個(gè)完整的模具設(shè)計(jì)。應(yīng)該還包括模架的設(shè)計(jì)，模架很多己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化且情況比較復(fù)雜，這里就不再詳細(xì)介紹。

　　3 結(jié)論

　　目前，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。零件產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，相應(yīng)的模具產(chǎn)品的更新改造的周期也不斷縮短，成本逐漸降低，這就為反求工程的應(yīng)用提供了廣闊的前景。現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，快速、精確地獲取實(shí)物的幾何信息已變成現(xiàn)實(shí)，將零件的幾何信息數(shù)字化后通過(guò)與CAD/CAM軟件(如Pro/E)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，然后在Pro/E中利用它的強(qiáng)大的造型功能和模型參數(shù)化的特點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)改造，這就為模具的快速制造提供了更為廣闊的前景。提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。