基于PRO/E的逆向工程研究与实践

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)吉林化工学院机电工程学院 作者:王集思

  逆向工程,即对已有的零件或实物原型利用三维数字化测量设备准确,快速的测量出实物表面的三维坐标点,并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD 模型的过程。本文以Pro /ENGINEERWILDFIRE 4. 0 为平台,对基于Pro /E 的逆向工程技术在创建鼠标实体模型中的应用进行了实验研究。

  随着工业技术不断的提升,产品需求的多样化、复杂化以及产品生命周期的日益缩短,如何在最短时间内将产品设计与制造完成,以掌握市场先机,成为工业界的重要课题. 然而并非所有的产品均有设计图,其设计过程可能十分烦杂且无法产生3D CAD 数据. 为了克服这些问题,逆向工程技术应运而生。

  为满足人们使用要求,鼠标的设计越来越注重人体工学,外形由简单的几何造型向复杂的自由曲面变化。本文以Pro /ENGINEER WILDFIRE4. 0 为平台,对基于Pro /E 的反求工程技术在创建鼠标实体模型中的应用进行了实验研究。

1、逆向设计工作过程

  逆向工程( 反求工程) 的具体流程如下: 首先利用3D 数字化测量仪测得现有样品或模型的轮廓坐标值,再通过建构曲面、编辑、修改后,传至CAD/CAM 系统,然后经CAM 所产生刀具的NC加工路径送到CNC 加工机或快速成型机( Rapid Prototyping) 制作出样品的模具或模型,最后利用快速模具技术进行小量多样的翻制。

  下面通过综合应用Surfacer10 软件对鼠标进行造型的实例,阐述逆向设计工作过程。

  1.1、获取表面点数据

  点数据采用非接触激光扫描仪测量鼠标表面的方式获得,如图1 所示. 由于激光照射范围以及CCD 镜头接收角度的限制,测量过程要多次多角度的扫描,以获取完整的表面点数据,这将会使点数据产生坐标不统一的现象. 目前,部分扫描设备具备自动定位不同角度扫描点数据的功能,但部分的测点数据仍然必须通过数据预处理软件来实现点数据的定位。

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图1 激光扫描仪测量鼠标的外形数据

  1.2、测量数据预处理

  测量数据的预处理包括: 测量数据的拼合、噪声点清除、坐标校正、截面数据点获取、数据点重新取样、截面数据点重新排序等步骤,以下是将数据导入Surfacer10 软件完成此项工作的过程。

  1.2.1、点数据的拼合

  现有的逆向工程软件,数据的拼合方法大致分为两种. 一种方法是选取欲拼合的点群数据中数据重叠的部分,然后自动运算该区域曲率变化,将不同组数据中的相同区域拼合。选取区域自动拼合的方式较为简便,但运算的时间受数据大小和精度限制. 另一种是利用基本像素实现定位. 本文采用标志点的坐标校正方法,由三个标志点的测量资料决定坐标转换关系,将两次测量资料的坐标系统转为一致. 该法使用三个标志点为坐标转换的依据,测量对象需粘贴三个标志点,并同时扫描,采用Atos测量仪自带的软件进行点数据的拼合,拼合后的点云模型如图2 所示。

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图2 整合的点数据模型

3、结论

  逆向工程是一项计算机辅助设计的新技术,它是在现有产品数字化基础上进行设计创新,本文以Pro/ENGINEER WILDFIRE 4.0为平台,依照逆向工程的具体流程,综合应用Surfacer10 软件对创建鼠标实体模型的过程进行了实验研究,有效地缩短了产品的设计周期,提高了产品的精度。

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