基于逆向工程的机械产品造型设计付 伟,张海,龚志远(华东交通大学机电学院,南昌330013)摘要:利用激光扫描仪,以Surfacer、Pro/Engineer、Mastercam为软件平台,以煤矿机械常用的轮辐为例,介绍了基于逆向工程实现模型重建过程和方法。阐明了逆向工程技术应用的一般程序、技巧以及常见问题的解决。关键词:逆向工程;激光扫描仪;产品造型Design 前言在快速模具设计与制造中,人们常常针对现有实物(样品或模型),利用激光扫描仪(或3D数字化测量仪)准确、快速地测量轮廓坐标数据,然后建构曲面,编辑、修改后,再传至一般的CAD/CAM系统,由CAM所产生刀具的NC加工代码送至CNC加工机床制作所需模具,或者送到快速成型机(RapidPrototyping)将样品模型制作出来,此流程称为逆向工程。逆向工程主要包括2方面内容:数字化技术和曲面重建技术。数字化技术是指实物或模型数据的采集;曲面重建是指根据离散数据,在CAD软件里构建曲线、曲面,从而建立三维模型。利用逆向工程进行三维曲面造型的步骤一般是:首先获取点云数据,然后在点云中提取特征,构建特征曲线,再分割面域,最后建构自由曲面。产品不单单是功能要先进,外形也有很高的要求。近年来在3D CAD软件普及的带动下,工业设计越来越侧重于产品的外观造型。设计师们先通过手工方式塑造出模型,如蜡模、木模等,然后再以三维测量工具测量数据,最后由CAD软件生成自由曲面。在没有图纸且产品或模型比较复杂的情况下,采用传统的测量技术已经远远不能满足要求,而采用逆向工程,则可以大大缩短设计与制造加工周期,而且精度更高。以煤矿机械常用的轮辐为讨论对象,利用激光扫描仪测出轮辐曲面的若干数据,通过Surfacer逆向工程软件进行数据处理,然后输出到Pro/Engieer进行3D造型并分模,形成模具型腔,最后转换到Mas-tercam编写程序,后处理后生成加工代码。1 数据的获取及处理首先使用Roland激光扫描仪,并采用Roland自带的测量软件Dr.Picza3进行数据扫描测量。把实物放到激光扫描仪里,找一个比较好测量的基准面做定位面,设置一些相应的参数,然后点击“扫描”选项,激光扫描仪就能自动记录下所获取的曲面点云数据并保存在计算机里。在扫描的时候,测量点距越小,所获得的点云数据就越逼近于所测量的实物表面,但相应的,扫描时间也更长。点距设置的大小主要取决于机器的精度及实物所要达到的要求。Roland激光扫描仪可以达到最小精度是0.05 mm的间距,完全能达到一般模具设计要求。在测量的时候,由于激光扫描仪存在着扫描“死点”,或是零件形状复杂,所以有一部分的曲面数据是无法一次性扫描得到,这就需要移动或旋转零件,这样才能得到完整的数据,然后以SEC的格式输出。输出的点云经Surfacer利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点阵准确对齐。由于轮辐是中心对称零件,为了减少扫描以及后续点云处理时间,选用了