逆向工程技術(shù)的曲面零件設(shè)計(jì)

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摘要：本文基于逆向工程技術(shù)對(duì)卡扣產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，首先采用LSH800線激光掃描測(cè)量?jī)x對(duì)卡扣進(jìn)行了點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，然后利用Imageware軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)化處理并對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行多邊形網(wǎng)格著色處理，在此基礎(chǔ)上，基于曲面造型工具對(duì)零件的四個(gè)部分分別進(jìn)行曲面擬合和裁剪得到卡扣曲面造型。誤差評(píng)估表明最大誤差為0.108mm，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

關(guān)鍵詞：逆向工程；關(guān)鍵技術(shù)；實(shí)現(xiàn)步驟；Imageware

1前言

逆向工程技術(shù)（ReverseEngineering）又稱反求工程技術(shù)，是一種在沒(méi)有產(chǎn)品原始設(shè)計(jì)資料和CAD模型的情況下，只通過(guò)對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行三維數(shù)字化處理，獲得產(chǎn)品的幾何模型，再利用CAD、CAM、PDM及CAE等先進(jìn)技術(shù)，最終進(jìn)行產(chǎn)品的制造。在逆向工程中，還可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行深入的分析與研究，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化和改進(jìn)的技術(shù).隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逆向工程以其明顯的優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多企業(yè)的青睞，已被廣泛應(yīng)用于汽車、模具、船舶、醫(yī)學(xué)、航天等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了實(shí)物的CAD模型重構(gòu)，吸收和消化產(chǎn)品制造過(guò)程中的先進(jìn)思想和技術(shù)[1]。逆向工程技術(shù)不僅能夠制造出更加出色的產(chǎn)品，還能縮短產(chǎn)品制造周期，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2逆向工程的實(shí)現(xiàn)步驟

（1）逆向工程首先運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，得到實(shí)物的點(diǎn)云模型。（2）點(diǎn)云的處理：主要進(jìn)行點(diǎn)云的過(guò)濾、光順、簡(jiǎn)化、拼合，定位等操作。（3）曲線的處理：通過(guò)檢查曲線與點(diǎn)的精度，對(duì)曲線做修改處理。（4）曲面的處理：通過(guò)檢測(cè)構(gòu)建曲面與點(diǎn)云的精確度和光順性，進(jìn)行曲面的修改處理。（5）質(zhì)量評(píng)估：綜合分析重構(gòu)模型與實(shí)物模型之間的誤差。

3卡扣曲面模型設(shè)計(jì)

逆向工程是一個(gè)有機(jī)整體，各個(gè)部分相互配合才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的再加工制造。本文選用Imageware軟件完成產(chǎn)品模型的重構(gòu)，由于該軟件集點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、曲線曲面造型及模型評(píng)估等多功能于一體，不僅能夠得到品質(zhì)優(yōu)良的曲面，還能評(píng)估出所建模型的數(shù)據(jù)誤差。

3.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

采用LSH800線激光掃描測(cè)量?jī)x進(jìn)行卡扣產(chǎn)品的掃描，該激光掃描測(cè)量?jī)x是一種高性能的三維數(shù)字化處理設(shè)備，具有高精度、高效率的特點(diǎn).

3.2點(diǎn)云處理

點(diǎn)云處理效果將直接影響后期曲面模型的建立。逆向工程得到的點(diǎn)云可能受到零件測(cè)量設(shè)備、測(cè)量方法、光線、零件的表面質(zhì)量等一些因素的影響，得到一些雜點(diǎn)、誤差點(diǎn)，這些噪聲點(diǎn)可以達(dá)到整個(gè)點(diǎn)云的0.1%～5％，甚至使擬合曲面發(fā)生嚴(yán)重變形，以致于無(wú)法擬合。因此，需要對(duì)這些噪聲點(diǎn)進(jìn)行清除、過(guò)濾、光滑、取樣、簡(jiǎn)化、遺失點(diǎn)補(bǔ)齊等處理，甚至還要對(duì)點(diǎn)云做定位，對(duì)稱基準(zhǔn)重建等工作，以保證重構(gòu)曲面的精度，這也是點(diǎn)云處理的第一步[2,3]。為了后續(xù)處理簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，再利用Imageware軟件中的精簡(jiǎn)工具對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)化。為了便于觀察產(chǎn)品的外部特征，進(jìn)一步對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行多邊形網(wǎng)格著色處理，

3.3曲面造型

在進(jìn)行產(chǎn)品曲面構(gòu)造時(shí)，通常先將復(fù)雜曲面分為基本曲面和連接曲面，再合理布置各曲面的生成順序及生成方式。為了方便模型的構(gòu)建，劃分曲面的時(shí)候要遵循兩個(gè)基本原則：（1）劃分的曲面盡量簡(jiǎn)單；（2）劃分的曲面數(shù)量盡量少。其中，基本平面是直接建立的平面，不需要圖形邊界的約束。主要起著模型表面特征描述的作用，但是其尺寸、精度和光滑性需要再進(jìn)一步的修改。連接曲面主要通過(guò)倒角法和直接建模法進(jìn)行構(gòu)建，倒角法需要借助兩連接曲面的交線進(jìn)行等半徑或者變半徑倒角，通過(guò)改變半徑的大小進(jìn)行曲面形狀的調(diào)整，通過(guò)控制曲面交線的光順性來(lái)保證曲面的質(zhì)量[4]。在點(diǎn)云和網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上利用曲面造型工具對(duì)零件的四個(gè)部分分別進(jìn)行曲面擬合.

3.4誤差檢驗(yàn)

在Imageware軟件中，對(duì)最終的造型結(jié)果與點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)比。由圖可以看出誤差最大為0.108mm，明顯小于產(chǎn)品最大允許誤差0.5mm，能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

4結(jié)論

在沒(méi)有零件圖紙和原始設(shè)計(jì)資料的情況下，基于逆向工程技術(shù)完成了卡扣產(chǎn)品點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云處理、曲面造型以及誤差檢驗(yàn)，最終的誤差評(píng)估結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品造型滿足卡扣設(shè)計(jì)誤差要求，實(shí)現(xiàn)了曲面模型和原始零件的統(tǒng)一。逆向工程技術(shù)不僅僅停留在對(duì)原產(chǎn)品的消化、吸收上，還能對(duì)原產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中所需的人力和物力，降低開(kāi)發(fā)周期、提高社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，這也是今后開(kāi)展的主要工作方向。

參考文獻(xiàn)：

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[4]VéronP,LéonJC.Staticpolyhedronsimplificationusingerrormeasurements[J].Computer-AidedDesign,1997,29(4):287-298.

作者:張敏 楊宏兵 單位:蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院