逆向工程技術的曲面零件設計

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摘要：本文基于逆向工程技術對卡扣產品設計進行了研究，首先采用LSH800線激光掃描測量儀對卡扣進行了點云數據采集，然后利用Imageware軟件對點云進行簡化處理并對點云進行多邊形網格著色處理，在此基礎上，基于曲面造型工具對零件的四個部分分別進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，滿足產品設計需求。

關鍵詞：逆向工程；關鍵技術；實現步驟；Imageware

1前言

逆向工程技術（ReverseEngineering）又稱反求工程技術，是一種在沒有產品原始設計資料和CAD模型的情況下，只通過對實物模型進行三維數字化處理，獲得產品的幾何模型，再利用CAD、CAM、PDM及CAE等先進技術，最終進行產品的制造。在逆向工程中，還可以對產品進行深入的分析與研究，實現產品的優化和改進的技術.隨著計算機技術的發展，逆向工程以其明顯的優勢受到越來越多企業的青睞，已被廣泛應用于汽車、模具、船舶、醫學、航天等領域，實現了實物的CAD模型重構，吸收和消化產品制造過程中的先進思想和技術[1]。逆向工程技術不僅能夠制造出更加出色的產品，還能縮短產品制造周期，提高產品生產效率，適應現代產品制造技術的發展趨勢。

2逆向工程的實現步驟

（1）逆向工程首先運用先進的測量設備對實物進行測量，得到實物的點云模型。（2）點云的處理：主要進行點云的過濾、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：通過檢測構建曲面與點云的精確度和光順性，進行曲面的修改處理。（5）質量評估：綜合分析重構模型與實物模型之間的誤差。

3卡扣曲面模型設計

逆向工程是一個有機整體，各個部分相互配合才能實現產品的再加工制造。本文選用Imageware軟件完成產品模型的重構，由于該軟件集點云數據處理、曲線曲面造型及模型評估等多功能于一體，不僅能夠得到品質優良的曲面，還能評估出所建模型的數據誤差。

3.1點云數據采集

采用LSH800線激光掃描測量儀進行卡扣產品的掃描，該激光掃描測量儀是一種高性能的三維數字化處理設備，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備、測量方法、光線、零件的表面質量等一些因素的影響，得到一些雜點、誤差點，這些噪聲點可以達到整個點云的0.1%～5％，甚至使擬合曲面發生嚴重變形，以致于無法擬合。因此，需要對這些噪聲點進行清除、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，對稱基準重建等工作，以保證重構曲面的精度，這也是點云處理的第一步[2,3]。為了后續處理簡單，運行速度快，再利用Imageware軟件中的精簡工具對點云進行簡化。為了便于觀察產品的外部特征，進一步對點云進行多邊形網格著色處理，

3.3曲面造型

在進行產品曲面構造時，通常先將復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一步的修改。連接曲面主要通過倒角法和直接建模法進行構建，倒角法需要借助兩連接曲面的交線進行等半徑或者變半徑倒角，通過改變半徑的大小進行曲面形狀的調整，通過控制曲面交線的光順性來保證曲面的質量[4]。在點云和網絡模型的基礎上利用曲面造型工具對零件的四個部分分別進行曲面擬合.

3.4誤差檢驗

在Imageware軟件中，對最終的造型結果與點云進行對比。由圖可以看出誤差最大為0.108mm，明顯小于產品最大允許誤差0.5mm，能夠滿足產品設計需求。

4結論

在沒有零件圖紙和原始設計資料的情況下，基于逆向工程技術完成了卡扣產品點云數據采集、點云處理、曲面造型以及誤差檢驗，最終的誤差評估結果表明所設計的產品造型滿足卡扣設計誤差要求，實現了曲面模型和原始零件的統一。逆向工程技術不僅僅停留在對原產品的消化、吸收上，還能對原產品進行再設計，提高產品的性能，降低產品在整個生產設計中所需的人力和物力，降低開發周期、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：

[1]馬漢偉.淺析逆向工程技術及其在工業領域的應用[J].現代制造技術與裝備,2009,(5):24-25.

[2]金濤.逆向工程技術[M].機械工業出版社,2003.

[3]唐立山.零件設計中的逆向工程研究[J].工具技術,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:蘇州大學機電工程學院