基于产品实物的逆向设计技术研究.pdf

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1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-００６１-０３基于产品实物的逆向设计技术研究申如意（江苏省常州技师学院，江苏常州２１３０３１）摘要：概述了逆向设计的基本概况、常见逆向设计方法；着重阐述了基于产品逆向设计的关键技术，研究了基于产品实物在ＳＩＥＭＥＮＳＮＸ软件环境下进行逆向设计的几种方法；分析了逆向设计所得到的曲面质量对于模具设计与制造的影响，以及如何进行曲面的再次编辑修改。关键词：ＳＩＥＭ

2、ＥＮＳＮＸ；数据采集；逆向设计；曲面中图分类号：ＴＰ３９１.７文献标识码：Ａ0引言最常用的非接触式数据采集方法是利用光学原理过去人们都是从没有实物原型开始对产品的外（见图３）。非接触式数据采集速度快、精度高，排除了形、性能参数等进行构思设计，通过物理样机的制造反由测量摩擦力和接触压力造成的测量误差，尤其是对复验证设计结果，这就是所谓的正向设计。逆向设计于柔性体的测量时更具有优势。则是在具有现有产品实物模型、图像等资料的基础上反推出产品的设计数据，这种设计方法避免了原来通过物理样机的反复验证，提高了设计精度，大大缩短了设计周期。目前

3、，国内外有关逆向工程的研究主要是重构产品实物的三维数字模型，俗称“实物逆向工程”，而基于实物逆向设计的关键技术是实物原型数据的采集与曲面的重构。1产品实物原型数据采集三维原型数据获取是逆向工程建模的必备过程，图２接触式测量三维数据采集一般采用三坐标测量仪、光栅扫描仪等设备对产品实物进行测量来获取实物的表面数据。三维数据采集方法如图１所示。图３非接触式测量数据采集2逆向设计方法研究２．１基于标准几何元素的逆向设计方法规则面主要是指标准几何面，比如平面、圆柱面、球面等。这些规则面的测量数据可以通过常规测量工图１三维数据采集方法具进行测

4、量，通过获得的各类尺寸进行三维建模；也可１．１接触式测量以采用三坐标测量机等设备采集其几何元素，利用接触式测量法分为基于力触发原理的机械手触发ＣＡＤ／ＣＡＭ软件重构几何元素。三坐标测量仪测量式和采用三坐标测量机的连续数据扫描式，如图２所所得几何元素如图４所示，经过ＮＸ软件对其实体重示。典型的接触式测量设备是三坐标测量机。构的结果如图５所示。１．２非接触式测量２．２基于点云数据的逆向设计方法收稿日期：２０１５-０９-２７；修订日期：２０１６-０５-１３作者简介：申如意（１９８１-），男，江苏盐城人，讲师，硕士，主要从事模具设计与制造

5、教科研工作。・６２・机械工程与自动化２０１６年第４期基于点云的逆向设计一般是先输入测得的数据点续，作曲率分析的曲线是连续曲线，无断点。云，根据数据点连线，然后构建曲面，最后把曲面片体２．３基于小面体的逆向设计方法构造为实体。此种逆向造型设计方法遵循“点→线→利用三维光栅扫描仪采集的ＳＴＬ格式小平面体面”的一般原则。数据是由无数个小三角面构成的，对这样的面无法进行选择、编辑、模具设计、ＣＡＭ编程等操作，所以必须进行逆向造型后才能为后期操作使用。要获得曲面重构的曲线，可以通过求投影、截交等曲线生成方法，从已有小平面体对象中获取适量的曲

6、线。图８为利用辅助平面与小平面体相交得到截交线，利用同心圆弧投影至小平面体得到投影线；图９为利用刚获取的截交线和投影线进行网格曲面重构。图４元素采集图５几何体重构２．１．１点整理连线之前先整理好点，包括去误点、图层管理等。通常这个工作在测点阶段完成，也可以在软件中完成。一般测量软件可以预先设定点的安放层，一边测点，一边整理。图６为挡泥板的点云数据，不同方向的点用图８投影线与截交线图９网格曲面重构不同颜色显示，并放在不同的图层里进行管理。3曲面质量及编辑以实物原型逆向设计为例，可以把实物原型假想成理想要素，逆向设计生成的曲面与此理想

7、要素比较的误差即可看成逆向设计的误差。我们可以说世界上永远不可能存在两个完全一样的物件，误差也就永远存在。逆向造型设计的曲面误差越小，曲面质量就越高。我们在曲面造型时除了将设计曲面与实物原型数图６挡泥板点云数据２．２．２通过点构造曲线据进行比对，还应该考虑所设计的曲面能否为后期的先初步确定后期的构面方法，从而在连线时要做模具设计与制造使用，这也是非常关键的。产品的曲面到有的放矢。常用到的是直线、圆弧和样条线，其中最数据模型必须通过后期的模具设计与制造才能投产。常用的是样条线。样条曲线的阶次最好为３阶，因为３．１曲面的构成曲线流畅阶

8、次越高，柔软性越差，即变形困难，且后续处理速度曲面是由曲线构建而成，所以在曲面构建之前，我慢，数据交换困难。们需要对曲线质量进行相应的检查，只有曲线流畅，才２．２．３构造曲面能保证由其构建的曲面光滑流畅。因为产品设计要求有流畅的外形、光顺的外表面，