基于PRO/E的逆向工程研究與實踐
逆向工程，即對已有的零件或?qū)嵨镌屠萌S數(shù)字化測量設(shè)備準(zhǔn)確，快速的測量出實物表面的三維坐標(biāo)點，并根據(jù)這些坐標(biāo)點通過三維幾何建模方法重建實物CAD 模型的過程。本文以Pro /ENGINEERWILDFIRE 4. 0 為平臺，對基于Pro /E 的逆向工程技術(shù)在創(chuàng)建鼠標(biāo)實體模型中的應(yīng)用進(jìn)行了實驗研究。
隨著工業(yè)技術(shù)不斷的提升，產(chǎn)品需求的多樣化、復(fù)雜化以及產(chǎn)品生命周期的日益縮短，如何在最短時間內(nèi)將產(chǎn)品設(shè)計與制造完成，以掌握市場先機(jī)，成為工業(yè)界的重要課題. 然而并非所有的產(chǎn)品均有設(shè)計圖，其設(shè)計過程可能十分煩雜且無法產(chǎn)生3D CAD 數(shù)據(jù). 為了克服這些問題，逆向工程技術(shù)應(yīng)運而生。
為滿足人們使用要求，鼠標(biāo)的設(shè)計越來越注重人體工學(xué)，外形由簡單的幾何造型向復(fù)雜的自由曲面變化。本文以Pro /ENGINEER WILDFIRE4. 0 為平臺，對基于Pro /E 的反求工程技術(shù)在創(chuàng)建鼠標(biāo)實體模型中的應(yīng)用進(jìn)行了實驗研究。
1、逆向設(shè)計工作過程
逆向工程( 反求工程) 的具體流程如下: 首先利用3D 數(shù)字化測量儀測得現(xiàn)有樣品或模型的輪廓坐標(biāo)值，再通過建構(gòu)曲面、編輯、修改后，傳至CAD/CAM 系統(tǒng)，然后經(jīng)CAM 所產(chǎn)生刀具的NC加工路徑送到CNC 加工機(jī)或快速成型機(jī)( Rapid Prototyping) 制作出樣品的模具或模型，最后利用快速模具技術(shù)進(jìn)行小量多樣的翻制。
下面通過綜合應(yīng)用Surfacer10 軟件對鼠標(biāo)進(jìn)行造型的實例，闡述逆向設(shè)計工作過程。
1.1、獲取表面點數(shù)據(jù)
點數(shù)據(jù)采用非接觸激光掃描儀測量鼠標(biāo)表面的方式獲得，如圖1 所示. 由于激光照射范圍以及CCD 鏡頭接收角度的限制，測量過程要多次多角度的掃描，以獲取完整的表面點數(shù)據(jù)，這將會使點數(shù)據(jù)產(chǎn)生坐標(biāo)不統(tǒng)一的現(xiàn)象. 目前，部分掃描設(shè)備具備自動定位不同角度掃描點數(shù)據(jù)的功能，但部分的測點數(shù)據(jù)仍然必須通過數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件來實現(xiàn)點數(shù)據(jù)的定位。
圖1 激光掃描儀測量鼠標(biāo)的外形數(shù)據(jù)
1.2、測量數(shù)據(jù)預(yù)處理
測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括: 測量數(shù)據(jù)的拼合、噪聲點清除、坐標(biāo)校正、截面數(shù)據(jù)點獲取、數(shù)據(jù)點重新取樣、截面數(shù)據(jù)點重新排序等步驟，以下是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surfacer10 軟件完成此項工作的過程。
1.2.1、點數(shù)據(jù)的拼合
現(xiàn)有的逆向工程軟件，數(shù)據(jù)的拼合方法大致分為兩種. 一種方法是選取欲拼合的點群數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)重疊的部分，然后自動運算該區(qū)域曲率變化，將不同組數(shù)據(jù)中的相同區(qū)域拼合。選取區(qū)域自動拼合的方式較為簡便，但運算的時間受數(shù)據(jù)大小和精度限制. 另一種是利用基本像素實現(xiàn)定位. 本文采用標(biāo)志點的坐標(biāo)校正方法，由三個標(biāo)志點的測量資料決定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將兩次測量資料的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為一致. 該法使用三個標(biāo)志點為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的依據(jù)，測量對象需粘貼三個標(biāo)志點，并同時掃描，采用Atos測量儀自帶的軟件進(jìn)行點數(shù)據(jù)的拼合，拼合后的點云模型如圖2 所示。
圖2 整合的點數(shù)據(jù)模型
3、結(jié)論
逆向工程是一項計算機(jī)輔助設(shè)計的新技術(shù)，它是在現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)字化基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新，本文以Pro/ENGINEER WILDFIRE 4.0為平臺，依照逆向工程的具體流程，綜合應(yīng)用Surfacer10 軟件對創(chuàng)建鼠標(biāo)實體模型的過程進(jìn)行了實驗研究，有效地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，提高了產(chǎn)品的精度。
