RPS简单的讲，就是指基准一致性。它是指一种统一的和通用的，并带有相应公差范围的，在空间固定部件的基准体系，要求产品设计，制造和质量保证中使用一样的、共同适用的定位。RPS根据一系列原则，制定一些从开发到制造,检测直至批量装车各环节所有涉及到的人员共同遵循的定位点及其公差要求。

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RPS基准点系统以汽车车身坐标系为唯一坐标系，所有零部件的理论坐标数据都以汽车车身坐标表达。采用RPS基准点系统，可使零件设计基准点、工艺夹紧点、工艺定位点、测量基准点统一，实现精确的坐标控制，提高了零部件的制造精度，减少了零部件因基准不协调而产生的偏差，汽车的装配精度也得以提高，汽车生产过程的质量稳定性有了可靠保证。

传统的3-2-1法则在坐标测量行业中是最基本的建立零件坐标系的方法，但它主要应用于形状比较规则的机械零件，而汽车零件的形状复杂；主要由各种曲面构成，需要特殊处理。

如果不采用RPS基准点系统方法，还有另外一种方法，即使用检具的测量方法，检具也被称为专用测量工装，检具的表面形状是与相应的被测零件相同的。在美国通用汽车及其配套厂中，就大量采用了这种方法。
检具法是通过对检具(测量工装)的 测量，建立起相应的汽车车身坐标系。但检具要由设计人员用CAD软件专门设计，把汽车零件在汽车车身坐标系的相对位置关系转换到检具上，这样每个汽车零件都可能对应着一个检具。每个检具的设计与制造都需要较多的费用，但检具法也具有优点，其使用方法简单；仅需要测几个平面或孔就可以建立起相应的汽车车身坐标系。

RPS基准点系统方法非常灵活；不依赖于检具，只需要把汽车零件固定在测量机平台上即可，但对测量操作人员的操作技能要求较高。

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RPS基准点系统是非常灵活而实用的建立汽车车身坐标系的方法，可减少测量误差；保证产品的精度和质量，满足汽车制造业和模具制造业设计与制造的需要，同时可节省检具(测量工装)制造费用，在汽车制造业和模具制造业中有十分广阔的应用。

数据采集完成后，用户可利用CAD软件加快逆向工程的处理过程。在理想情况下，CAD软件可用于：

　　-以任何格式输入虚拟的几何尺寸数据；

　　-处理采集到的点数据，有时甚至需要处理数亿个点数据序列；

　　-通过修改和分析，处理产生的轮廓曲面；

　　-将几何形状输出到下一级处理过程中；

　　-分析几何形状，估算整体形状与样品的差异。

　　最重要的是，软件能够允许用户以三维透视图的方式显示工件，它完整地定义了工件的形状，不再需要多个视角的投影图，设计者可直接对曲面轮廓进行再加工，而加工工人可以利用电子模型加工工件。

　　后处理软件通过以下方式缩短逆向工程的时间：

　　-通过平滑连续的曲线网络提高曲面的质量；

　　-省去了准备加工文件的时间

　　-不需要原型；

　　-运用各种分析工具提高产品质量。

　　可见，利用激光扫描仪扫描样品采集点数据，再应用Surfacer软件生成高质量曲面，相比直接在CAD系统中进行曲面造型，能节省数周的开发时间。另外，利用激光扫描仪采集的几何数据能生成符合工业标准格式的文件，如IGES、VDA-FS、ISOG代码、DXF和规定的ASCII、CAD/CAM格式，分析软件包至少能支持其中的一种格式。

　　制造加工刀具并对其进行检验是既耗时又费钱的过程。Surfacer软件能对各种复杂形状的样品进行快速完整的检验，从而使这一关键处理过程流水线化。用户能够参考三维模型精确地调整扫描数据，以便评估样品和所需加工工件之间的差别，并计算相关变量，用彩色图表的形式加以显示，从而为几何尺寸校验作出清晰完整的说明。

　　Surfacer软件的快速原型模块(RPM)能够快速利用数字化数据或利用其他系统的曲面几何形状生成原形，从而缩短了实际原型的数字化周期，新的RPM快速工具大幅度地提高了快速原型技术的水平。因此笔者认为，逆向工程技术与CAD/CAM系统是相辅相成的。现有CAD/CAM系统经过几十年的发展，无论从理论还是实际应用上都已经十分成熟，在这种情况下，现有CAD/CAM系统不会也不能为了满足逆向工程建模的特殊要求从系统底层结构上进行变更。另一方面，逆向工程技术中用到的大量建模方法完全可以借鉴现有CAD/CAM系统，不需要另外搭建新的平台。图4所示为用Solidworks三维软件生成的摩托车发动机砂型进排气道实体。

　　图4

　　基于这种分析，我们认为逆向工程技术在整个制造体系链中处于一个从属、辅助建模的地位，它可以利用现有CAD/CAM系统，帮助其实现自身无法完成的工作。有了这种认识，我们就可以明白为什么逆向工程技术(包括相应的软件)始终不是市场上的主流，而大多数CAD/CAM系统又均包含了逆向工程模块或第三方软件包这样一种情况。

　　四、逆向工程应用实例

　　图5所示为日本某品牌汽车的泵体。国内某企业为增强企业竞争力，节省开发时间，计划要在原有泵体的设计基础上进行再设计。逆向工程技术在其中起到了举足轻重的作用。

　　图5

　　在实际工作中，以该泵体为直接复制对象，整个复制过程的主要步骤如下：

　　(1)样本零件几何型面原始数据的获取。运用LACUSE150B激光扫描仪直接从模型中以CCD(光电偶合)方式获取点数据。(2)对采集到的数据进行必要的过滤与修正，剔除测量过程中由于各种因素及样本零件表面缺陷而造成的误差，从而获得构建样本零件原始几何模型的数据。(3)对所测得的数据进行必要的数学拟合，为进一步造型提供基础数据。(4)由于样本泵体的使用时间长，已发生了某些变化，因此在对零件应用功能充分理解的基础上，通过再设计对样本零件的原始数据作必要的修正，并产生一个新的泵体零件几何数字模型。(5)利用生成的数字模型进行零件的手板制作。(6)对手板零件进行几何形状与应用功能的检验，如果效果不好，根据实际情况，用工业油泥在手板零件的基础上进行手工完善，再利用激光扫描重新获取模型数据。重复步骤(3)、(4)的工作。(7)进行复制零件模具的加工制造，利用数控机床进行复杂曲面的加工。(8)在对模具进行试模后，对泵体零件进行几何形状与应用功能的检验。

　　在整个复制过程中，为了保证复制的精度与准确性，对复制过程中作了以下几个方面的考虑：(1)从零件应用的角度，综合考虑样本零件的数据获取与整个再设计过程，以提高复制精度和数据获取与处理的效率。(2)综合考虑测量工艺、制造工艺，这样能有效地控制由制造过程引起的各种误差，进而提高整个复制过程的精确度。(3)由于样本零件的复杂性，所以复制零件的检验是整个逆向工程中应引起足够重视的一环，是成功与否的关键。(4)充分了解样本零件的工作环境及其功能，才能在复制过程中学习先进的东西，提高与充实自己。

　　图5为用LACUSE150B激光扫描仪扫描之后，利用Surfacer处理点云、提取线、构造曲面之后，借助三维软件SolidWorks及Pro/ENGINEER进行再设计得到的三维模型。图6为泵体模具图。

　　图6

　　与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比，逆向工程技术为企业所接受只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但是逆向工程技术广阔的应用前景和对企业竞争力的巨大推动作用，已经引起了很多企业的关注。

　　五、逆向工程的其他应用领域

　　以上介绍的只是逆向工程的一部分应用，据有关资料报道，逆向工程还可用于许多领域。

　　损坏或磨损零件的还原：当零件损坏或磨损时，可以直接采用逆向工程的方法重构出CAD模型，对损坏的零件表面进行还原和修补。由于被测零件表面的磨损，损坏等因素，会造成测量误差，这就要求逆向工程系统具有推理和判断能力。例如，对称性、标准尺寸、平面间的平行和垂直等特性。最后，加工出零件。

　　数字化模型检测：对加工后的零件，进行扫描测量，再利用逆向工程法构造出CAD模型，通过将该模型与原始设计的CAD模型在计算机上进行数据比较，可以检测制造误差，提高检测精度。

　　其他应用：在汽/机车、航天、制鞋、模具和消费性电子产品等制造行业，甚至在休闲娱乐行业也可发现逆向工程的痕迹。另外在医学领域逆向工程也有其应用价值，如人工关节模型的建立。

　　六、结束语

　　逆向工程作为一门独立的技术，有较大的随机性。其整体思路是一致的，但实现过程因人而异，因事而异，最后殊途同归。总之，在可预见的未来，逆向工程将在制造加工业中得到更广泛的应用。

界面
1：图形显示区
图形显示区用于显示叶片数据和计算后的各种关键参数。

工具条

星形测头(Star Stylus)
用于多形态的多样工件测量；
同时校正并使用多个测头，所以可以使测头运动最小化，并测量侧面的孔或槽等；
使用和球形测头一样的方法进行校正。

圆柱形测头的特征
适用于利用圆柱形的侧面，测量薄断面间的尺寸,曲线形象 或加工的孔等；
只有圆柱形的断面方向的测量有效，轴方向上测量困难的情况很多(圆柱形的底部分加工成和圆柱形轴同心的球模样时，在轴方向上的测量也可能)；
使用圆柱形测头整体(高度)时，圆柱形轴和三坐标测量机轴要一致(一般最好在同一断面内进行测量)。

盘形测头(Disk Probe)
在球的中心附近截断做成的盘模样的测头；
盘形断面的形象因为是球，所以校正原理和球形测头相同；
利用外侧直径部分或厚度部分进行测量；
适用于测量瓶颈面间的尺寸, 槽的宽或形象等的；
利用环规校正较便利。

点式测头
一般的XY测量时不使用；
用于测量精密度低的螺丝槽,标示的点或裂纹划痕等；
比起使用具有半径的点式测头的情况，可能精密的进行校正，用于测量非常小的孔的位置等。

半球形测头
用于测量深处的形象和孔等；
表面粗糙的工件的测量也有效。

    近期，人们对大幅度提高测量精度极为关注。原来为0.1mm左右的精度，现在已能达到10μm甚至几μm的水平。带摄像头的专用测量机或三坐标测量机已配置带有在线激光测头系统等附属装置，使之具有多种测量功能。
另外，推出的能与接触式测头自动切换、配备轻而小的图像测头的三坐标测量机，可在一台仪器上实现接触式和非接触式的测量。
　　
　　如何抑制高速运动和加减速时产生的振动，提高测量机的可靠性，也是人们关注的问题。各公司在设计产品时，均尽可能提高测量机的刚性和采用高水平的驱动控制技术，以减轻测量过程中的振动。
　　
　　目前，在测量仪器制造业中，各方面均占有很大优势的三丰公司（Mitutoyo）、德国卡尔蔡司+东京精密形成了三大巨头鼎立态势。当然，还有一些公司分别以其独创的技术，尽可能开展一些有别于同行企业的营销战略。譬如阿卡西公司就特别重视抑制振动的技术，为了满足用户对高灵敏度、高分辨力振动消除器的需求，该公司将进一步扩大多种振动消除器系列产品的销售业务。大塞公司是一家自动测量检测机生产企业，该公司将根据市场需求变化及不同用户的特殊需要，开发出新的软件技术，以满足用户的需求。

　　更高精度要求的应对和竞争
　　目前，尺寸精度已经由单纯的长度测量进入了综合的形状测量阶段。随着制品不断向高精度和高质量化发展，对测量技术也提出了更严格的要求。
　　作为长度基准的测量尺领域内，一方面长度增加和高分辨力是发展的趋势，而对应于按顺序对微细刻划线技术的增量式测量，已经开发出不计数就能检测出测量尺位置的绝对式测量尺。索尼公司已开发出短波长磁尺，牌号为SR33/34，并已作为商品投放市场，这种刻度尺采用高密度磁性材料，抗环境干扰性优异，操作方便，采用屏蔽式结构，响应速度为150m/min。
　　用于角度测量的圆编码器（角度传感器）也已开发出可进行绝对测量的新产品。如海登海因公司已开发出可检测绝对位置角度的绝对测量型圆编码器RCN827，其特点是：①采用φ100mm大口径中空轴；②外表设有油槽，可排除冷却润滑液；③配有自共振频率范围广的软件，可控制性能良好；④最高操作速度300rpm；⑤最小分辨力为27bit/r。
　　为了满足设备小型化的测量要求，西铁城钟表公司开发出30×16.5mm极小尺寸的长编码器测量单元，最小读数1μm，量程3mm。
　　在齿轮测量方面，对形状精度要求极为严格，大阪精密机械公司开发出一种高精度齿轮测量仪MGL-26（见图1），其特点是：①采用高精度激光位置检测传感器，可精密测量出齿面形状；②可自动计算出误差值；③由于采用激光测量，可避免过去测量机驱动系统产生的振动；④测量重复精度0.3μm，最小分辨力达1nm。
　　
　　在轴类工件测量方面，已开发出采用CCD阵列传感器的非接触测量技术，可在数10s时间内，测量出旋转轴的长度、直径、同轴度、圆度、重直度及跳动等多种数据。如Tesa公司开发出一种CNC非接触式轴类零件测量仪TESASCAN，其测量精度为2+0.01Dμm（D为被测量件的直径）。
　　在圆度、圆柱度测量仪方面，对其测量精度的要求进一步提高，尤其是随着微小孔和微细零件测量需求的增多，各公司相继开发出能够满足高精度测量指标的产品。
　　Taylor Hobson公司开发出一种全自动圆度测量仪Talyrond295，其特点是：①依靠高速调同心和调水平机构，工件能很容易的迅速调整安装。由于工件和仪器发生干涉的可能性小，测量范围广；②采用新开发的可动防振台、防风罩，测量精度稳定；③在机器校正方面，已获得英国UKAS（英国检测协会）的检测鉴定保证书规定的各种相关数据，便于用户购置该机后，进行对比检测；④配有高速找正机构及水平测量器，工件可快速定位进行测量。该公司负责人指出：“目前，圆度测量仪和表面粗糙度检查仪虽已制定了行业标准，但只能在表面质量和圆度精度测量方面满足用户的需要。随着自动化的迅速进展，广大用户要求快速测量工件的整体形状精度，这已成为该领域近期的发展趋势。”“该领域目前正由接触式测量向非接触测量过渡，Taylor Hobson公司开发出一种综合测量仪CLI 2000，可在大范围（□200mm）采用接触式和非接触式两种方式进行测量。公司还销售一种与超精密镜面加工机床NANOFORM850（纳米级）配套的测量仪，目前，公司正以超精密测量技术为战略性开发方向。”
　　在表面粗糙度测量方面，各公司已开发出能一次将表面粗糙度和轮廓形状检测出来的表面形状测量仪。如三丰公司的CS-5000CNC，可自动测量工件的表面形状，而且可同时对多个同一类型或不同类型工件进行测量。东京精密公司开发出一种牌号为SURFCOM 2000 DX的测量仪，驱动部分采用直线电机，可实现低振动高速驱动，测量精度和测量效率均大幅度提高。
　　激光测量系统方面，雷尼肖公司开发的ML 10测量系统适用于机械加工现场，可保持很高的可靠性，定位精度为±0.7ppm（0～40℃条件下），分辨力为0.001μm，可用于超精密测量领域。东京贸易技术系统公司的Leica激光跟踪仪，利用激光线性光传感器进行非接触测量，测量范围的半径达40m，测量精度为25μm/2.5m。
　　
　　在图像测量系统方面，三丰公司开发出一种快速扫描系统Quick vision，它可以不停止地进行高速图像测量，测量效率比过去提高数倍。YKT公司开发出的显微摄像系统，是在美国OGP公司生产的直接录像显微镜（VDM）上使用配置光纤光源的EDF镜片，能显示出大深度小孔和看不见的被测物体，获得彩色三维图像。
　　
　　接触和非接触测量的优劣之争
　　
　　三坐标测量机是形状测量的主导产品，目前，三坐标测量正在开发能够适应测量环境变化的新机种，这种新型三坐标测量机在保持原有精密测量性能的前提下，可以离开恒温恒湿的测量室，在机械加工现场或装配到机床上使用。例如三丰公司开发的新产品MACH-V9106，便是一种可进行在线测量的三坐标测量机，它具有很高的测量效率，最大移动速度866mm/s，最大加速度0.86G，指示误差E=2.5+3L/1000μm。该测量机的环境适应性能十分优异，标准产品带有温度补偿功能，可在15～35℃环境条件下使用。

   东京精密公司开发出一种能适应环境变化的三坐标测量机GageMax（与卡尔蔡司公司合作生产），它不需要专用检测室即可进行高精度测量。GageMax为悬臂式测量机，所需安置面积较小，可实时处理生产线上反馈的信息，为了补偿工件温度变化，测量机配有相应的温度传感器，在15～40℃的环境条件，可保证获得良好的测量精度。

　　
　　DEA开发出了DCC GAGE等CNC三坐标测量机，并已正式投放市场。这种测量机采用独立的二段减速系统，可进行高速测量，移动速度305mm/s，加速度为290mm/s2。
　　
　　目前，在几何参数测量方面，由于精度要求和传统操作习惯的缘故，测量时大都使用接触传感器。不过，随着非接触式传感器品种的增多，非接触式测量的范围正在不断扩大。非接触传感器的测量效率非常高，如在自由曲面整体评价或厚度判断、反求工程等领域的测量中，可快速连续获得由数万个点形成的点阵参数。工件形状变得复杂时，非接触传感器的姿态也将随之相应改变。因此，采用按编程可自动改变测量形式进行精密测量的三坐标测量方式，对提高测量效果将更为有利。
　　
　　接触式和非接触式测量方法孰优孰次，是测量技术行业长期议论的话题。有关人士指出：“近来，非接触式测量虽已逐渐成为主流，但要获得高度精确的测量值，则仍需进行接触测量。非接触式测量速度快，可减轻对工件的损伤，与接触式测量相比较，优点很多。但在测量精度和稳定性方面，接触式测量仍高出一筹。接触式测量是测头与工件表面的某一个点接触进行测量，沿着工件形状进行扫描，可在短时间内高密度地获得大量点数，测量点数越多，越能获得更为正确的形状参数。”
　　
　　测量技术的展望
　　
　　通过问卷调查，测量机用户的需求动向和测量技术的发展前景可归纳如下：
　　
　　（1）“随着防振要求的提高，测量机正向两极分化的方向发展，面向汽车行业用户的测量机，通常均为价格较便宜（不需要很高精度）的机种，另一类则是用于设备检测、防灾、防震领域的高灵敏度机种。根据不同的用途，要求开发相应的最佳测量技术。”（阿卡西公司）
　　
　　（2）“刀具预调测量仪，目前正由投影仪类型向监测器类型转变。”（大阪工机公司）“仪表校正等精密工具的测量需求增多。”（柯灵斯公司）
　　
　　（3）“特殊零件的测量增多，这些零件采用接触式测量时，往往会因测量力而变形；采用非接触式测量又易出现精度不稳定，因此，需要开发新型测量技术。”（西铁城钟表公司）
　　
　　（4）“市场需要易于操作的非接触式测量技术。”（FARO日本公司）“测量技术应便于操作，且具有多种功能。同时，应配装千分尺和个人计算机等装置，提高测量机的附加值。”（大塞公司）
　　
　　（5）“用户希望开发出高精度、高速、低价格的齿轮测量机。”（大阪精密机械公司）
　　
　　（6）“汽车行业存在着减少最终集中测试的趋势。主动检测和在线（序后）检测等在加工中得到推广应用。其中，在保证质量方面，许多用户希望测量技术能实现数据的无线传输。”（日本电气）
　　
　　如上所述，测量技术的主攻方面仍然是进一步提高测量精度；同时，人们对测量技术的重要性和存在价值的认识应大幅度提高，这是测量技术今后不断发展的巨大推动力。