反求工程（逆向工程）是将数据采集设备获取的实物样件表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制、修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
（1）反求工程的基本概念
反求工程是一种产品设计技术的再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源自商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析推导出产品的设计原理。
反求工程流程图如图1.1.1所示。
图1.1.1 反求工程流程图
正向设计流程图如图1.1.2所示。
图1.1.2 正向设计流程图
（2）反求工程工作流程
反求工程工作流程图如图1.1.3所示。
图1.1.3 反求工程工作流程图
反求工程是出现在先进制造领域里的新技术。与“概念产品设计→产品CAD数字模型→产品（物理模型）”传统的正向设计不同，其首先通过数据采集，采用高精度三维扫描仪对已有的实物原型、样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数字数据，然后配合逆向软件进行数据处理和曲面重构。再对重构的曲面进行精度分析、评价构造效果，在原型的基础上进行再设计，实现创新，最终构造出实物的三维模型生成IGES（初始化图形交换规范）或STL（标准模块库）数据文件，根据此文件可进行快速成型或CNC数控加工，进而得到功能相近但又不完全一样的产品。
1）数据采集
数据采集是反求工程实现的初始条件，是数据处理、模型重建的基础。其利用相关的测量设备，根据产品模型测量得到空间拓扑离散点数据，并将测量结果以文件或数据库的方式存储起来，以备将来检索调用，该技术的好坏直接影响对实物（零件）描述的精确度和完整度，影响数字化实体几何信息的进度，进而影响重构的CAD曲面和实体模型的质量，最终影响整个反求工程的进度和质量，所以，数据采集方法对反求工程至关重要。
2）三维轮廓数字数据（点云）
三维轮廓数字数据是一组特殊的测量数据点，通常由三维扫描系统获得。由于数据点的数量较大，也称为点云数据。点云是三维空间中数据点的集合，最小的点云数据只包括一个点（称孤点或奇点），大型点云数据可达到几百万数据点或更多。为了能有效处理各种形式的点云数据，需要配合点云处理软件，称为数据预处理或封装数据。
3）数据预处理
在实际测量中，由于各种随机及人为因素影响的存在，测量数据会存在误差，特别是在产品边缘附近的测量数据和测量数据中含有的噪点，可能使该点及其周围的曲面偏离原曲面，如果直接使用测量得到的数据用于曲线、曲面造型，会造成重构模型不能满足精度要求。对于那些测量误差太大的点数据，会导致拟合后的曲面发生变形、翘曲等问题。因此，在进行曲面重构之前必须对点云数据进行预处理。预处理数据一般使用专业软件进行，工作内容包括删除噪点、去除体外孤点、平滑数据和封装数据等。
4）模型重构
将预处理后的三维数据导入CAD软件系统中，分别依据三维数据参照原模型做表面模型的拟合，并通过各表面的求交与拼接获取零件原型表面的CAD模型。
5）重构模型的检验与修正
根据重构的数字模型，一般采用机械加工或3D打印技术加工出样品，以检验重构的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求，对不满足要求的部分需重复模型重构过程，直至达到零件的反求工程设计要求。
（3）光学扫描仪工作原理
光学扫描仪的整个扫描过程基于光学测量原理。首先将一系列编码的光栅投影到物体表面，通过光的反射获得物体在空间里的点的三维坐标。由光栅投影在待测物上，并加以粗细变化及位移，配合CCD Camera将所采集的数字影像进行处理，即可得知待测物的实际3D外形，如图1.1.4所示。
（4）光学扫描仪的分类
光学扫描仪按测量种类的不同可分为接触式三维扫描仪（图1.1.5）和非接触式三维扫描仪（图1.1.6）。非接触式三维扫描仪又可分为结构光扫描仪（图1.1.7）、激光式扫描仪（图1.1.8）和拍照式扫描仪（图1.1.9）3种。(www.xing528.com)
图1.1.4 三维扫描原理图
图1.1.5 接触式三维扫描仪
图1.1.6 非接触式三维扫描仪
图1.1.7 结构光扫描仪
图1.1.8 激光式扫描仪
图1.1.9 拍照式扫描仪
（5）扫描种类介绍
1）结构光扫描
结构光是进行3D扫描的一种光学方法，它投射出一组用数学方法构造的光图形，按照一定顺序照亮被测量的物体。获得的点云数据用于被扫描物体表面3D模型的计算构造。
结构光扫描原理图如图1.1.10所示。
图1.1.10 结构光扫描原理图
2）激光式扫描
发射一条线激光到目标物体上，摄像头通过某个固定角度检测该激光在物体上的反射，然后通过三角测量原理确定物体表面的高度和宽度信息。
激光式扫描原理图如图1.1.11所示。
图1.1.11 激光式扫描原理图
3）拍照式扫描
拍照式扫描是基于光学三角测量的原理，采用非接触式测量方式来进行扫描成像的。首先投影模块将一系列编码光栅投影到物体表面，由采集模块得到相应被调制的图像，然后通过特有的算法获取点云数据的3个坐标位置。
拍照式扫描原理图如图1.1.12所示。
图1.1.12 拍照式扫描原理图
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