逆向工程技術(shù)的曲面零件設(shè)計
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摘要：本文基于逆向工程技術(shù)對卡扣產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行了研究，首先采用LSH800線激光掃描測量儀對卡扣進(jìn)行了點云數(shù)據(jù)采集，然后利用Imageware軟件對點云進(jìn)行簡化處理并對點云進(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零件的四個部分分別進(jìn)行曲面擬合和裁剪得到卡扣曲面造型。誤差評估表明最大誤差為0.108mm，滿足產(chǎn)品設(shè)計需求。
關(guān)鍵詞：逆向工程；關(guān)鍵技術(shù)；實現(xiàn)步驟；Imageware
1前言
逆向工程技術(shù)（ReverseEngineering）又稱反求工程技術(shù)，是一種在沒有產(chǎn)品原始設(shè)計資料和CAD模型的情況下，只通過對實物模型進(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，還可以對產(chǎn)品進(jìn)行深入的分析與研究，實現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化和改進(jìn)的技術(shù).隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，逆向工程以其明顯的優(yōu)勢受到越來越多企業(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，實現(xiàn)了實物的CAD模型重構(gòu)，吸收和消化產(chǎn)品制造過程中的先進(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。
2逆向工程的實現(xiàn)步驟
（1）逆向工程首先運用先進(jìn)的測量設(shè)備對實物進(jìn)行測量，得到實物的點云模型。（2）點云的處理：主要進(jìn)行點云的過濾、光順、簡化、拼合，定位等操作。（3）曲線的處理：通過檢查曲線與點的精度，對曲線做修改處理。（4）曲面的處理：通過檢測構(gòu)建曲面與點云的精確度和光順性，進(jìn)行曲面的修改處理。（5）質(zhì)量評估：綜合分析重構(gòu)模型與實物模型之間的誤差。
3卡扣曲面模型設(shè)計
逆向工程是一個有機整體，各個部分相互配合才能實現(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)，由于該軟件集點云數(shù)據(jù)處理、曲線曲面造型及模型評估等多功能于一體，不僅能夠得到品質(zhì)優(yōu)良的曲面，還能評估出所建模型的數(shù)據(jù)誤差。
3.1點云數(shù)據(jù)采集
采用LSH800線激光掃描測量儀進(jìn)行卡扣產(chǎn)品的掃描，該激光掃描測量儀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.
3.2點云處理
點云處理效果將直接影響后期曲面模型的建立。逆向工程得到的點云可能受到零件測量設(shè)備、測量方法、光線、零件的表面質(zhì)量等一些因素的影響，得到一些雜點、誤差點，這些噪聲點可以達(dá)到整個點云的0.1%～5％，甚至使擬合曲面發(fā)生嚴(yán)重變形，以致于無法擬合。因此，需要對這些噪聲點進(jìn)行清除、過濾、光滑、取樣、簡化、遺失點補齊等處理，甚至還要對點云做定位，對稱基準(zhǔn)重建等工作，以保證重構(gòu)曲面的精度，這也是點云處理的第一步[2,3]。為了后續(xù)處理簡單，運行速度快，再利用Imageware軟件中的精簡工具對點云進(jìn)行簡化。為了便于觀察產(chǎn)品的外部特征，進(jìn)一步對點云進(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，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，劃分曲面的時候要遵循兩個基本原則：（1）劃分的曲面盡量簡單；（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，通過改變半徑的大小進(jìn)行曲面形狀的調(diào)整，通過控制曲面交線的光順性來保證曲面的質(zhì)量[4]。在點云和網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上利用曲面造型工具對零件的四個部分分別進(jìn)行曲面擬合.
3.4誤差檢驗
在Imageware軟件中，對最終的造型結(jié)果與點云進(jìn)行對比。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)計需求。
4結(jié)論
在沒有零件圖紙和原始設(shè)計資料的情況下，基于逆向工程技術(shù)完成了卡扣產(chǎn)品點云數(shù)據(jù)采集、點云處理、曲面造型以及誤差檢驗，最終的誤差評估結(jié)果表明所設(shè)計的產(chǎn)品造型滿足卡扣設(shè)計誤差要求，實現(xiàn)了曲面模型和原始零件的統(tǒng)一。逆向工程技術(shù)不僅僅停留在對原產(chǎn)品的消化、吸收上，還能對原產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計，提高產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品在整個生產(chǎn)設(shè)計中所需的人力和物力，降低開發(fā)周期、提高社會競爭力，這也是今后開展的主要工作方向。
參考文獻(xiàn)：
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[3]唐立山.零件設(shè)計中的逆向工程研究[J].工具技術(shù),2010,44(5):74-77.
[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)機電工程學(xué)院