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柳芴2008年第12期總第35卷 產(chǎn)品開發(fā)與設計 ·63· 基于PRO／E軟件的逆向工程產(chǎn)品設計 尹青松 (深圳創(chuàng)維集團研究院。廣東深圳518106) 囊要：逆向工程產(chǎn)品設計是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品實物模型，反向推出產(chǎn)品設計敦據(jù)(包括設計圖紙或數(shù)字模型)的過程。 在逆向工程產(chǎn)品設計過程中，實抽的CAD模型重建是逆向工程的關鍵部分，而PTC公司的Pro／E_NGrNEER是在機械設 計領域被廣泛應用的三維自動化模型設計軟件，具有強大的數(shù)據(jù)建模功能。簡要介紹了逆向工程技術的概念、系統(tǒng)構成 及應用范圍．以一欺電話聽筒的逆向設計為實例，詳細介紹了在PRO／E軟件中利用實物模型測量數(shù)據(jù)文件進行逆向設 計的方法和步康。 關鍵訶：逆向工程；PRO／E；產(chǎn)品設計 中圖分類號：TP391 文獻栝識碼：A 文章編號：1006—0316(2008)12—0063—03 The reverse engineering products designing based on PRO／E YIN Qing—song (The R&D Academy of Shenzhen SKYWORTH Group，Shenzhen 518106，China) Abstract：The Reverse Engineering Products Designing is the process ofreversely working out the products designing statistics (Include design drawings or digital models)，according to the real product models．In the process ofreverse engineering producm designing，the reconstruction ofCAD model for the real product is the key．Pro／ENGINEER is a 3D automatic models designing software from the company PTC，which is powerful in building digital models and widely used in Mechanical Designing field． In this paper，it simply tells the concept，system structure and application scope of Reverse Engineering，but it tells the tips and steps ofhow to design products in detail，according to the data files measured by Pro／E with real product models． Key words：reverse engineering；PRO／E；products designing 1逆向工程的應用范圍及結(jié)構體系 在工業(yè)領域，往往會碰到根據(jù)模型或?qū)嵨飦順?建其三維數(shù)字模型的需求。這就用到了逆向工程技 術，逆向工程(Reverse Engineering)也稱反求工程， 是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量即數(shù) 字化采樣，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方 法重建實物的CAD數(shù)字模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設計與 制造的過程。 逆向工程在工業(yè)制造領域的實際應用主要包括 以下幾個方面： (1)對產(chǎn)品外形美學有特別要求的領域，由于 設計師習慣于依賴3D實物模型對產(chǎn)品設計進行評 估，因此產(chǎn)品幾何外形通常不是應用CAD軟件直接 設計的，而是首先制作全尺寸的木質(zhì)或粘土模型， 然后利用逆向工程技術重建產(chǎn)品數(shù)字化模型； (2)當設計需經(jīng)實驗才能定型的工件模型時， 通常采用逆向工程的方法； (3)損壞或磨損零件的還原，以便修復或重制； (4)產(chǎn)品的檢測，例如檢測分析產(chǎn)品的變形， 檢測焊接質(zhì)量等，以及對加工產(chǎn)品與三維數(shù)字化模 型之間的誤差進行分析。在制造業(yè)中，逆向工程已 成為消化吸收新技術和二次開發(fā)的重要途徑之一。 作為改進設計的一種重要手段，它有效地加快了新 產(chǎn)品響應市場的速度。同時，逆向工程也為快速原 型提供了很好的技術支持，成為制造業(yè)信息傳遞重 要而簡潔的途徑之一。 逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產(chǎn)品實物幾 何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。 逆向工程中的關鍵技術是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模 收稿日期：2008—07—30 作者簡介：尹青松(1982一)，四川岳池人．工程師．主要研究方向為計算機輔助設計與制造。萬方數(shù)據(jù) ·64· 產(chǎn)品開發(fā)與設計 祝旃2008年第12期總第35卷 型的重建。 (1)數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步，其方法的得當 直接影響到是否能準確、快速、完整地獲取實物的 二維、三維幾何數(shù)據(jù)，影響到重構的CAD實體模型 的質(zhì)量，并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 ．(2)數(shù)據(jù)處理 對于獲取的一系列點數(shù)據(jù)在進行CAD模型重 建前，必須進行格式轉(zhuǎn)換、噪聲濾除、平滑、對齊、 歸并、測頭半徑補償和插值補點等處理。 (3)模型重建 將處理過的測量數(shù)據(jù)導入CAD系統(tǒng)，依據(jù)前面 創(chuàng)建的曲線、曲面構建出原型的CAD模型。 2在PRO／E軟件中的模型重建 2．1導入測量數(shù)據(jù)文件 。在PRO／E軟件(下文中的操作步驟適用于 PR0／E2001版本)中新建一個Part文件，在主界面 點擊菜單Insert．Date from File…，選擇電話聽筒的 數(shù)據(jù)文件導入PRO／E中，如圖1所示。 2．2根據(jù)數(shù)據(jù)文件建立輪廓曲線 因為電話聽筒從結(jié)構上應為上下殼組裝而成， 而通常外觀模型做成一個整體，測繪出的數(shù)據(jù)文件 也為完整的電話聽筒外形。分析導入的數(shù)據(jù)文件， 找出電話聽筒上下殼的分型面，利用PRO／E中的拉 伸曲面功能Feature．Create—Surface．New．Exturde繪 制分型面，利用曲線繪制的Sketch、Projected命令 繪制出電話聽筒的外形輪廓曲線。在此步先繪制上 殼部分輪廓曲線，如圖2所示，圖中曲面為分型面， 暗黃色曲線為輪廓曲線。 圖l導入聽筒數(shù)據(jù)文件 圖2外形輪廓曲線創(chuàng)建 2．3繪制基準點 在PRO／E中常用的繪圖步驟為建立點一線一曲 面一實體。利用已經(jīng)建立的輪廓曲線和導入的數(shù)據(jù) 曲線，繪制電話聽筒的外形曲線。首先在輪廓曲線 上繪制基準點，常用的方法為繪制多個基準平面將 導入的數(shù)據(jù)曲線分隔成若干段，以保證能截取主要 的外形曲線。為減少繪圖特征，一般繪制轉(zhuǎn)折拉伸 曲面來代替基準平面的作用。利用PRO／E中的點繪 制命令CurveXSrf(曲線和曲面的交點)，獲得轉(zhuǎn) 折拉伸曲面與輪廓曲線的交點，作為后續(xù)繪制外形 曲線的基準點。如圖3所示。 2．4曲線重建 以繪制的拉伸平面作為繪圖基準面，以輪廓曲 線上的點為基準點，參考導入的數(shù)據(jù)曲線外形，利 用PRO／E的曲線繪制命令Sketch繪制聽筒的外形曲 線。如圖4所示。 圖3基準點創(chuàng)建 圖4基準曲線創(chuàng)建 在曲線繪制時需要注意的是并非要完成忠實于 導入的數(shù)據(jù)曲線，數(shù)據(jù)曲線只是提供參考作用，設 計者更多需要留意的是曲線的質(zhì)量，以及曲線對后 續(xù)構建的曲面質(zhì)量的影響。 2．5曲面重建 利用已經(jīng)繪制好的輪廓曲線和外形曲線，應用 PRO／E中最常用的Boundaries邊界曲面繪制功能 Feature-Create．Surface．New．Advanced．Boundaries．Bl ended surf繪制聽筒的外形曲面。在利用Boundaries 曲面繪制上部的曲面時，需要對上部中心的輪廓線 邊界定義(Bndry conds)為法向(Normal)于繪圖 平面(Sketching plane)，以保證曲面鏡像(Mirror) 后的順滑。繪制得如圖5所示曲面。 按2．2、2．3和2．4所介紹的方法繪制聽筒下半 部分輪廓曲線、基準點和基準曲線，然后應用PRO／E 中的 Boundaries邊界曲面繪制功能 Feature·Create—Surface-New—Advanced．Boundaries．Bl ended surf繪制聽筒的下半部分外形曲面，聽筒靠耳 部位運用旋轉(zhuǎn)曲面功能Create．Surface—New—Revolve 繪制完成。合并所繪制的曲面Create．Surface．Merge。 在已完成的曲面上倒圓角修飾Feature—Create．Solid． 萬方數(shù)據(jù) 猊拼2008年第12期總第35卷 產(chǎn)品開發(fā)與設計 ·65· Round。完成如圖6所示曲面。 圖5局部曲面創(chuàng)建 圖6曲面創(chuàng)建 在PRO／E中對于形狀對稱的零件的繪制，通常 先完成零件一半特征的繪制，然后再利用鏡像 (Mirror)命令將繪制好的圖形特征對稱復制，得到 完整的零件。將繪制完成的曲面以基準面DTMl為 鏡像基準面做鏡像拷貝Feature—Create—Surface．Tran． sform—Mirror-Copy。再將鏡像前的曲面和鏡像后的 曲面做合并處理Create．Surface．Merge，這樣就得到 —個完整的電話聽筒外形封閉曲面。如圖7所示。 2．6實體重建 將2．5中所完成的封閉曲面生成實體， Feature．Create—Solid—Protrusion．Use Quilt，選擇封閉 曲面，生成如圖8所示電話聽筒外形實體圖。 以分型曲面為基準將實體分為上、下2個零件， Feature．Create．Solid—Cut—Extrude，分別另存文件名。 然后再對分解開的2個實體零件做薄殼處理 Feature．Create．Solid．Shell，得到如圖9和圖10所示 的聽筒上下殼體零件，其內(nèi)部結(jié)構不再做介紹。 圖7整體曲面創(chuàng)建 圖8實體創(chuàng)建 3結(jié)束語 逆向工程是一項具備開拓性、實用性和綜合性 的技術，利用PRO／E軟件的逆向工程技術進行產(chǎn)品 設計，可以提高產(chǎn)品設計的準確性，縮短產(chǎn)品開發(fā) 周期。隨著各個行業(yè)對產(chǎn)品的快速創(chuàng)新設計要求的 提高，逆向工程技術必將得到更廣泛的應用。 圖9聽筒上殼 圖lO聽筒下殼 參考文獻： 【l】王宵，等．逆向工程技術及其應用【M】．北京：化學工業(yè)出版社， 2004． 【2】林清安．PRO／ENGINEER零件設計(高級篇)tM]．北京：北京大 學出版社，2000． (上接第45頁) 2結(jié)語 合理、可靠的模具是產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)的保證，本文將 先進的Moldflow軟件及ANSYS軟件和實際需要相 結(jié)合，用于解決生產(chǎn)中遇到的問題。在計算機上對 整個注射成型過程進行全過程的模擬分析，以便設 計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改模具設計，而不是 等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設 計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修、 提高制品質(zhì)量、降低成本都有著重大的經(jīng)濟意義。 圖8厚度為45 mm的B板變形 圖9厚度為55衄的口板變形 參考文獻： 【1】肖樣芷，王義林．模具CAD／CAE／CaM[M]．北京：電子工業(yè)出 版社，2004． 【2】范云霄，武迎迎，趙國強。等．基于MPI的塑件澆tl優(yōu)化設計【J】．模 具工業(yè)，2006．(12)：53—56． [3]張小甫，閻峰云，王翠香，等．Mold．Flow和Plastic Advisor在注塑 成型中的應用【J】模具技術，2004，(2)：14—17． [4]till]．Moldflow模具分析應用實例【M】．北京：清華大學出版社， 2005． 【5】劉來英．注塑成型工藝【M l兒IJ：：機械工業(yè)出版社，2005． 【6】單巖．Moldflow模具分析技術基礎[M】．北京：清華大學出版社． 2004． 萬方數(shù)據(jù) 基于PRO/E軟件的逆向工程產(chǎn)品設計 作者： 尹青松， YIN Qing-song 作者單位： 深圳創(chuàng)維集團研究院,廣東,深圳,518106 刊名： 機械 英文刊名： MACHINERY 年，卷(期)： 2008，35(12) 被引用次數(shù)： 0次 參考文獻(2條) 1.王宵 逆向工程技術及其應用 2004 2.林清安 PRO/ENGINEER零件設計(高級篇) 2000 相似文獻(10條) 1.期刊論文 趙福臣.鄭袖.張水車 基于CMM及Pro/E的集成逆向工程系統(tǒng)技術應用研究 -機械工程師2006(4) 介紹了集成逆向工程(RE)制造技術的相關概念、系統(tǒng)組成及其在CAD/CAM領域中的應用.以鼠標逆向反求為例,采用三坐標測量機(Coordinate measuring machine,CMM)對實物原形進行三維數(shù)據(jù)采集,運用Pro/E軟件的逆向功能及造型功能進行CAD建模,并利用其CAM功能進行零件制造.實踐表明,該 技術在縮短產(chǎn)品制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和改進產(chǎn)品設計中有重要意義. 2.學位論文 馬軍 基于PRO-E的逆向工程關鍵技術研究 2008 隨著市場競爭的日益激烈，如何減少產(chǎn)品的研發(fā)時間、減少研究經(jīng)費已成為現(xiàn)代企業(yè)研究的一個熱點。在工業(yè)領域中，逆向工程受到越來越多的重 視，并且得到了廣泛應用。逆向工程是一個從已有實物模型中獲得該產(chǎn)品CAD模型的過程，適合于幾何形狀復雜、具有多個自由曲面的產(chǎn)品造型設計。逆 向工程包括以下主要環(huán)節(jié)：數(shù)字化測量、數(shù)據(jù)預處理、模型重構。其中數(shù)字模型重構是逆向工程中最重要的研究課題之一。目前NURBS理論發(fā)展較為成熟 ，并且已成為CAD/CAM系統(tǒng)的通用標準。 本文以實物的數(shù)字化模型重構為主要研究內(nèi)容，研究和闡述了基于光學和接觸式測量數(shù)據(jù)的數(shù)字化建模理論和方法。闡述了逆向工程數(shù)據(jù)處理的方 法及其原理，主要內(nèi)容有：多視點云的對齊、點云的濾波和精簡，點云數(shù)據(jù)的分塊以及點云數(shù)據(jù)的修補。研究了曲線曲亟的基本理論，對曲面重構的基 本理論和方法進行了論述，在NURBS理論的基礎上分析了型值點和控制點對曲線藍面的不同作用，介紹了曲線曲面的數(shù)學模型，對現(xiàn)有的曲線曲面插值和 擬合算法進行了研究、分析、歸納和總結(jié)；重點研究了NURBS曲線曲面的性質(zhì)和特點，闡述了控制頂點和權因子在形狀控制中的重要作用。介紹了軟件 PRO-E的主要功能及其主要模塊，并以PRO-ENGINEER WILDFIRE 2.0為平臺，對基于PRO-E的逆向工程技術進行了深入的研究；提出了利用Geomagic- studio和PRO-E協(xié)同進行曲面重構的方法，這是進行曲面重構的一條捷徑。對用Geomagic-studio處理后的實物數(shù)據(jù)點云進行曲面重構研究，并對重新構 造患的曲面的質(zhì)量進行分析和評價。 3.期刊論文 曹萃文.陳建政.張寅靜 基于Pro/E的逆向設計數(shù)據(jù)處理 -組合機床與自動化加工技術2004(3) 文章闡述了逆向工程設計技術的應用背景、組成和原理.并論述了在產(chǎn)品開發(fā)中應用逆向工程技術的各關鍵環(huán)節(jié)對的原理和方法.提出了基于Pro/E技 術的逆向工程實現(xiàn)過程.從而為復雜產(chǎn)品的數(shù)字化逆向工程設計提供了一種切實可行的方法. 4.期刊論文 沈洪雷 Pro/E軟件在眼鏡注塑模中的應用 -工程塑料應用2003,31(9) 以眼鏡塑料件為例,介紹了該制件的逆向工程、三維造型、模具成型零件設計及其數(shù)控加工等過程,并對各過程進行了簡要的分析,實現(xiàn)了Pro/E軟件 在復雜型面模具設計與制造中的應用. 5.期刊論文 張華 PRO/E基于STL數(shù)據(jù)的逆向工程的應用 -遼寧經(jīng)濟管理干部學院、遼寧經(jīng)濟職業(yè)技術學院學報 2009,45(5) 隨著市場競爭的日趨激烈,逆向工程技術為快速制造提供了很好的技術支持,已經(jīng)成為消化吸收和二次開發(fā)的重要、快捷的途徑之一.PRO/E在逆向設 計時針對如何構線和構面、如何對產(chǎn)品特征進行規(guī)劃以及分割產(chǎn)品等提供了很便利實用的方法.是逆向設計中一個不可缺少的工具,大大縮短了產(chǎn)品開發(fā) 的周期,提高了產(chǎn)品的市場競爭力. 6.期刊論文 李勇.張玉新.上官林建.孔垂雨.LI Yong.ZHANG Yu-xin.SHANGGUAN Lin-jian.KONG Chui-yu 基于RE與 Pro/E的米老鼠玩具頭像模具設計 -模具工業(yè)2010,36(7) 利用逆向工程技術和Pro/E相結(jié)合,以米老鼠玩具頭像為原型進行逆向工程的實際應用研究,即應用Pro/E的小平面特征進行數(shù)據(jù)處理、模型重構、模 具設計,并對曲面重構這一關鍵技術進行詳細分析,以縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期. 7.期刊論文 劉曉宇.劉德平.王瑩瑩.余水晶.劉玲玲.LIU xia-yu.LIU De-ping.WANG Ying-ying.YU Shui-jing. LIU Ling-ling 基于Pro/E的模型重構技術 -煤礦機械2008,29(10) 逆向工程是先進制造技術的主力,是消化和吸收先進技術的一種手段.介紹了逆向工程的內(nèi)容以及基于Pro/E軟件系統(tǒng)中的Pro/Scantools模塊來實現(xiàn) 零件逆向設計制造的方法和關鍵步驟--數(shù)據(jù)處理、3D模型重構,通過實例證明這種方法的可行性和便易性. 8.期刊論文 王春香.Wang Chunxiang 基于逆向工程的注射模CAD/CAE的應用研究 -模具制造2009,9(8) 簡述了采用逆向工程技術理論對電吹風外殼的研究和分析,并主要介紹利用Pro/E軟件進行注射模設計的全過程.用MoldFlow進行流動模擬分析,提高 了設計效率,節(jié)約了成本,對同類產(chǎn)品的設計具有一定的參考價值. 9.學位論文 陳飛 基于EOS544三坐標測量機測量軟件WinMeil Plus與Pro/E的曲面逆向工程研究 2006 逆向工程技術是20世紀80年代后期出現(xiàn)在先進制造領域里的一種新技術，它通過采集實物的三維坐標，利用相關的CAD/CAM軟件，重構實物模型。這 種從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學模型的技術在己發(fā)展為CAD/CAM系統(tǒng)中的一個相對獨立的范疇。 本課題主要研究了坐標點(點云)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和幾何型面構造三部分的內(nèi)容。在對點云采集方法的研究中，利用三坐標測量機測量軟件提供的二 次開發(fā)工具，針對不同的情況開發(fā)獨立點掃描、曲線掃描和曲面掃描三個程序塊；為了讓CAD/CAM軟件能夠讀取測量數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的研究中，利用 VisualBasic6.0開發(fā)了格式轉(zhuǎn)換器，完成從測量機文件格式到IGES文件格式的轉(zhuǎn)換；在重建幾何模型的研究中，利用Pro/E的Pro/SCANTOOLS工具，將導 入的點云重構成曲面，并且進行適當?shù)钠交幚?；最后，應用研究成果作了部分應用性研究?本課題的研究成果可用于簡單或較復雜型面的逆向重構。但是，受到測量儀器本身的限制，在點云采集速度和點坐標的采集精度等方面有待繼續(xù)研 究和改進。 10.期刊論文 王春香.李雙青.Wang Chunxiang.Li Shuangqing 基于Imageware和Pro/E的齒輪逆向工程模型重建技 術研究 -機械傳動2010,34(8) 為了拓寬齒輪的反求建模途徑,探索了從曲面重構的角度建立齒輪幾何模型的方法.以具有較高運動精度和接觸精度要求、用于某重型卡車中橋中行 星機構的行星輪為對象,結(jié)合Imageware和Pro/E兩個軟件的優(yōu)勢,進行反求建模研究,先在Imageware中依據(jù)測得的點云數(shù)據(jù)重構出一個輪齒的曲面和一些 特征曲線,然后在Pro/E中構建齒輪的整張曲面,最終去除材料得到了基于點云數(shù)據(jù)的直齒輪實體模型.研究結(jié)果表明,通過曲面重構來建立齒輪CAD模型是 行之有效的方法. 本文鏈接： 授權使用：黑龍江工程學院(hljgcxy)，授權號：65391d70-3b45-48b5-9a49-9e9c00cb7d0d 下載時間：2011年3月4日