基于PROE软件的逆向工程产品设计.pdf

柳芴2 0 0 8 年第1 2 期总第3 5 卷产品开发与设计 6 3 基于P R O E 软件的逆向工程产品设计 尹青松 深圳创维集团研究院 广东深圳5 1 8 1 0 6 囊要 逆向工程产品设计是根据已经存在的产品实物模型 反向推出产品设计敦据 包括设计图纸或数字模型 的过程 在逆向工程产品设计过程中 实抽的C A D 模型重建是逆向工程的关键部分 而P T C 公司的P r o E N G r N E E R 是在机械设 计领域被广泛应用的三维自动化模型设计软件 具有强大的数据建模功能 简要介绍了逆向工程技术的概念 系统构成 及应用范围 以一欺电话听筒的逆向设计为实例 详细介绍了在P R O E 软件中利用实物模型测量数据文件进行逆向设 计的方法和步康 关键诃 逆向工程 P R O E 产品设计 中图分类号 T P 3 9 1文献栝识码 A文章编号 1 0 0 6 0 3 1 6 2 0 0 8 1 2 0 0 6 3 0 3 T h er e v e r s ee n g i n e e r i n gp r o d u c t sd e s i g n i n gb a s e do nP R O E Y I NQ i n g s o n g T h eR DA c a d e m yo fS h e n z h e nS K Y W O R T HG r o u p S h e n z h e n5 1 8 1 0 6 C h i n a A b s t r a c t T h eR e v e r s eE n g i n e e r i n gP r o d u c t sD e s i g n i n gi st h ep r o c e s so f r e v e r s e l yw o r k i n go u t t h ep r o d u c t sd e s i g n i n gs t a t i s t i c s I n c l u d ed e s i g nd r a w i n g so rd i g i t a lm o d e l s a c c o r d i n gt ot h er e a lp r o d u c tm o d e l s I nt h ep r o c e s so f r e v e r s ee n g i n e e r i n gp r o d u c m d e s i g n i n g t h er e c o n s t r u c t i o no f C A D m o d e lf o rt h er e a lp r o d u c ti st h ek e y P r o E N G I N E E Ri sa3 Da u t o m a t i cm o d e l sd e s i g n i n g s o f t w a r ef r o mt h ec o m p a n yP T C w h i c hi sp o w e r f u li nb u i l d i n gd i g i t a lm o d e l sa n dw i d e l yu s e di nM e c h a n i c a lD e s i g n i n gf i e l d I nt h i sp a p e r i ts i m p l yt e l l st h ec o n c e p t s y s t e ms t r u c t u r ea n da p p l i c a t i o ns c o p eo fR e v e r s eE n g i n e e r i n g b u ti tt e l l st h et i p sa n d s t e p so f h o w t od e s i g np r o d u c t si nd e t a i l a c c o r d i n gt ot h ed a t af i l e sm e a s u r e db yP r o Ew i t hr e a lp r o d u c tm o d e l s K e yw o r d s r e v e r s ee n g i n e e r i n g P R O E p r o d u c t sd e s i g n i n g 1 逆向工程的应用范围及结构体系 在工业领域 往往会碰到根据模型或实物来构 建其三维数字模型的需求 这就用到了逆向工程技 术 逆向工程 R e v e r s eE n g i n e e r i n g 也称反求工程 是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量即数 字化采样 然后根据测量数据通过三维几何建模方 法重建实物的C A D 数字模型 从而实现产品设计与 制造的过程 逆向工程在工业制造领域的实际应用主要包括 以下几个方面 1 对产品外形美学有特别要求的领域 由于 设计师习惯于依赖3 D 实物模型对产品设计进行评 估 因此产品几何外形通常不是应用C A D 软件直接 设计的 而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型 然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型 2 当设计需经实验才能定型的工件模型时 通常采用逆向工程的方法 3 损坏或磨损零件的还原 以便修复或重制 4 产品的检测 例如检测分析产品的变形 检测焊接质量等 以及对加工产品与三维数字化模 型之间的误差进行分析 在制造业中 逆向工程已 成为消化吸收新技术和二次开发的重要途径之一 作为改进设计的一种重要手段 它有效地加快了新 产品响应市场的速度 同时 逆向工程也为快速原 型提供了很好的技术支持 成为制造业信息传递重 要而简洁的途径之一 逆向工程系统主要由三部分组成 产品实物几 何外形的数字化 C A D 模型重建 产品或模具制造 逆向工程中的关键技术是数据采集 数据处理和模 收稿日期 2 0 0 8 0 7 3 0 作者简介 尹青松 1 9 8 2 一 四川岳池人 工程师 主要研究方向为计算机辅助设计与制造 万方数据 6 4 产品开发与设计祝旃2 0 0 8 年第1 2 期总第3 5 卷 型的重建 1 数据采集 数据采集是逆向工程的第一步 其方法的得当 直接影响到是否能准确 快速 完整地获取实物的 二维 三维几何数据 影响到重构的C A D 实体模型 的质量 并最终影响产品的质量 2 数据处理 对于获取的一系列点数据在进行C A D 模型重 建前 必须进行格式转换 噪声滤除 平滑 对齐 归并 测头半径补偿和插值补点等处理 3 模型重建 将处理过的测量数据导入C A D 系统 依据前面 创建的曲线 曲面构建出原型的C A D 模型 2 在P R O E 软件中的模型重建 2 1 导入测量数据文件 在P R O E 软件 下文中的操作步骤适用于 P R 0 E 2 0 0 1 版本 中新建一个P a r t 文件 在主界面 点击菜单I n s e r t D a t ef r o mF i l e 选择电话听筒的 数据文件导入P R O E 中 如图1 所示 2 2 根据数据文件建立轮廓曲线 因为电话听筒从结构上应为上下壳组装而成 而通常外观模型做成一个整体 测绘出的数据文件 也为完整的电话听筒外形 分析导入的数据文件 找出电话听筒上下壳的分型面 利用P R O E 中的拉 伸曲面功能F e a t u r e C r e a t e S u r f a c e N e w E x t u r d e 绘 制分型面 利用曲线绘制的S k e t c h P r o j e c t e d 命令 绘制出电话听筒的外形轮廓曲线 在此步先绘制上 壳部分轮廓曲线 如图2 所示 图中曲面为分型面 暗黄色曲线为轮廓曲线 图l 导入听筒数据文件 图2 外形轮廓曲线创建 2 3 绘制基准点 在P R O E 中常用的绘图步骤为建立点一线一曲 面一实体 利用已经建立的轮廓曲线和导入的数据 曲线 绘制电话听筒的外形曲线 首先在轮廓曲线 上绘制基准点 常用的方法为绘制多个基准平面将 导入的数据曲线分隔成若干段 以保证能截取主要 的外形曲线 为减少绘图特征 一般绘制转折拉伸 曲面来代替基准平面的作用 利用P R O E 中的点绘 制命令C u r v e X S r f 曲线和曲面的交点 获得转 折拉伸曲面与轮廓曲线的交点 作为后续绘制外形 曲线的基准点 如图3 所示 2 4 曲线重建 以绘制的拉伸平面作为绘图基准面 以轮廓曲 线上的点为基准点 参考导入的数据曲线外形 利 用P R O E 的曲线绘制命令S k e t c h 绘制听筒的外形曲 线 如图4 所示 图3 基准点创建图4 基准曲线创建 在曲线绘制时需要注意的是并非要完成忠实于 导入的数据曲线 数据曲线只是提供参考作用 设 计者更多需要留意的是曲线的质量 以及曲线对后 续构建的曲面质量的影响 2 5 曲面重建 利用已经绘制好的轮廓曲线和外形曲线 应用 P R O E 中最常用的B o u n d a r i e s 边界曲面绘制功能 F e a t u r e C r e a t e S u r f a c e N e w A d v a n c e d B o u n d a r i e s B l e n d e ds u r f 绘制听筒的外形曲面 在利用B o u n d a r i e s 曲面绘制上部的曲面时 需要对上部中心的轮廓线 边界定义 B n d r yc o n d s 为法向 N o r m a l 于绘图 平面 S k e t c h i n gp l a n e 以保证曲面镜像 M i r r o r 后的顺滑 绘制得如图5 所示曲面 按2 2 2 3 和2 4 所介绍的方法绘制听筒下半 部分轮廓曲线 基准点和基准曲线 然后应用P R O E 中的 B o u n d a r i e s 边界曲面绘制功能 F e a t u r e C r e a t e S u r f a c e N e w A d v a n c e d B o u n d a r i e s B l e n d e ds u r f 绘制听筒的下半部分外形曲面 听筒靠耳 部位运用旋转曲面功能C r e a t e S u r f a c e N e w R e v o l v e 绘制完成 合并所绘制的曲面C r e a t e S u r f a c e M e r g e 在已完成的曲面上倒圆角修饰F e a t u r e C r e a t e S o l i d 万方数据 猊拼2 0 0 8 年第1 2 期总第3 5 卷产品开发与设计 6 5 R o u n d 完成如图6 所示曲面 图5 局部曲面创建图6 曲面创建 在P R O E 中对于形状对称的零件的绘制 通常 先完成零件一半特征的绘制 然后再利用镜像 M i r r o r 命令将绘制好的图形特征对称复制 得到 完整的零件 将绘制完成的曲面以基准面D T M l 为 镜像基准面做镜像拷贝F e a t u r e C r e a t e S u r f a c e T r a n s f o r m M i r r o r C o p y 再将镜像前的曲面和镜像后的 曲面做合并处理C r e a t e S u r f a c e M e r g e 这样就得到 个完整的电话听筒外形封闭曲面 如图7 所示 2 6 实体重建 将2 5 中所完成的封闭曲面生成实体 F e a t u r e C r e a t e S o l i d P r o t r u s i o n U s eQ u i l t 选择封闭 曲面 生成如图8 所示电话听筒外形实体图 以分型曲面为基准将实体分为上 下2 个零件 F e a t u r e C r e a t e S o l i d C u t E x t r u d e 分别另存文件名 然后再对分解开的2 个实体零件做薄壳处理 F e a t u r e C r e a t e S o l i d S h e l l 得到如图9 和图1 0 所示 的听筒上下壳体零件 其内部结构不再做介绍 图7 整体曲面创建图8 实体创建 3 结束语 逆向工程是一项具备开拓性 实用性和综合性 的技术 利用P R O E 软件的逆向工程技术进行产品 设计 可以提高产品设计的准确性 缩短产品开发 周期 随着各个行业对产品的快速创新设计要求的 提高 逆向工程技术必将得到更广泛的应用 图9 听筒上壳图l O 听筒下壳 参考文献 l 王宵 等 逆向工程技术及其应用 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 4 2 林清安 P R O E N G I N E E R 零件设计 高级篇 t M 北京 北京大 学出版社 2 0 0 0 上接第4 5 页 2 结语 合理 可靠的模具是产品质优的保证 本文将 先进的M o l d f l o w 软件及A N S Y S 软件和实际需要相 结合 用于解决生产中遇到的问题 在计算机上对 整个注射成型过程进行全过程的模拟分析 以便设 计者能尽早发现问题 及时修改模具设计 而不是 等到试模以后再返修模具 这不仅是对传统模具设 计方法的一次突破 而且对减少甚至避免模具返修 提高制品质量 降低成本都有着重大的经济意义 图8 厚度为4 5m m 的B 板变形 图9 厚度为5 5 衄的口板变形 参考文献 1 肖样芷 王义林 模具C A D C A E C a M M 北京 电子工业出 版社 2 0 0 4 2 范云霄 武迎迎 赵国强 等 基于M P I 的塑件浇t l 优化设计 J 模 具工业 2 0 0 6 1 2 5 3 5 6 3 张小甫 阎峰云 王翠香 等 M o l d F l o w 和P l a s t i cA d v i s o r 在注塑 成型中的应用 J 模具技术 2 0 0 4 2 1 4 1 7 4 t i l l M o l d f l o w 模具分析应用实例 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 5 5 刘来英 注塑成型工艺 Ml 儿I J 机械工业出版社 2 0 0 5 6 单岩 M o l d f l o w 模具分析技术基础 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 4 万方数据 基于PRO E软件的逆向工程产品设计基于PRO E软件的逆向工程产品设计 作者 尹青松 YIN Qing song 作者单位 深圳创维集团研究院 广东 深圳 518106 刊名 机械 英文刊名 MACHINERY 年 卷 期 2008 35 12 被引用次数 0次 参考文献 2条 参考文献 2条 1 王宵 逆向工程技术及其应用 2004 2 林清安 PRO ENGINEER零件设计 高级篇 2000 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 赵福臣 郑袖 张水车 基于CMM及Pro E的集成逆向工程系统技术应用研究 机械工程师2006 4 介绍了集成逆向工程 RE 制造技术的相关概念 系统组成及其在CAD CAM领域中的应用 以鼠标逆向反求为例 采用三坐标测量机 Coordinate measuring machine CMM 对实物原形进行三维数据采集 运用Pro E软件的逆向功能及造型功能进行CAD建模 并利用其CAM功能进行零件制造 实践表明 该 技术在缩短产品制造周期 提高产品质量和改进产品设计中有重要意义 2 学位论文 马军 基于PRO E的逆向工程关键技术研究 2008 随着市场竞争的日益激烈 如何减少产品的研发时间 减少研究经费已成为现代企业研究的一个热点 在工业领域中 逆向工程受到越来越多的重 视 并且得到了广泛应用 逆向工程是一个从已有实物模型中获得该产品CAD模型的过程 适合于几何形状复杂 具有多个自由曲面的产品造型设计 逆 向工程包括以下主要环节 数字化测量 数据预处理 模型重构 其中数字模型重构是逆向工程中最重要的研究课题之一 目前NURBS理论发展较为成熟 并且已成为CAD CAM系统的通用标准 本文以实物的数字化模型重构为主要研究内容 研究和阐述了基于光学和接触式测量数据的数字化建模理论和方法 阐述了逆向工程数据处理的方 法及其原理 主要内容有 多视点云的对齐 点云的滤波和精简 点云数据的分块以及点云数据的修补 研究了曲线曲亟的基本理论 对曲面重构的基 本理论和方法进行了论述 在NURBS理论的基础上分析了型值点和控制点对曲线蓝面的不同作用 介绍了曲线曲面的数学模型 对现有的曲线曲面插值和 拟合算法进行了研究 分析 归纳和总结 重点研究了NURBS曲线曲面的性质和特点 阐述了控制顶点和权因子在形状控制中的重要作用 介绍了软件 PRO E的主要功能及其主要模块 并以PRO ENGINEER WILDFIRE 2 0为平台 对基于PRO E的逆向工程技术进行了深入的研究 提出了利用Geomagic studio和PRO E协同进行曲面重构的方法 这是进行曲面重构的一条捷径 对用Geomagic studio处理后的实物数据点云进行曲面重构研究 并对重新构 造患的曲面的质量进行分析和评价 3 期刊论文 曹萃文 陈建政 张寅静 基于Pro E的逆向设计数据处理 组合机床与自动化加工技术2004 3 文章阐述了逆向工程设计技术的应用背景 组成和原理 并论述了在产品开发中应用逆向工程技术的各关键环节对的原理和方法 提出了基于Pro E技 术的逆向工程实现过程 从而为复杂产品的数字化逆向工程设计提供了一种切实可行的方法 4 期刊论文 沈洪雷 Pro E软件在眼镜注塑模中的应用 工程塑料应用2003 31 9 以眼镜塑料件为例 介绍了该制件的逆向工程 三维造型 模具成型零件设计及其数控加工等过程 并对各过程进行了简要的分析 实现了Pro E软件 在复杂型面模具设计与制造中的应用 5 期刊论文 张华 PRO E基于STL数据的逆向工程的应用 辽宁经济管理干部学院 辽宁经济职业技术学院学报 2009 45 5 随着市场竞争的日趋激烈 逆向工程技术为快速制造提供了很好的技术支持 已经成为消化吸收和二次开发的重要 快捷的途径之一 PRO E在逆向设 计时针对如何构线和构面 如何对产品特征进行规划以及分割产品等提供了很便利实用的方法 是逆向设计中一个不可缺少的工具 大大缩短了产品开发 的周期 提高了产品的市场竞争力 6 期刊论文 李勇 张玉新 上官林建 孔垂雨 LI Yong ZHANG Yu xin SHANGGUAN Lin jian KONG Chui yu 基于RE与 Pro E的米老鼠玩具头像模具设计 模具工业2010 36 7 利用逆向工程技术和Pro E相结合 以米老鼠玩具头像为原型进行逆向工程的实际应用研究 即应用Pro E的小平面特征进行数据处理 模型重构 模 具设计 并对曲面重构这一关键技术进行详细分析 以缩短产品的研发周期 7 期刊论文 刘晓宇 刘德平 王莹莹 余水晶 刘玲玲 LIU xia yu LIU De ping WANG Ying ying YU Shui jing LIU Ling ling 基于Pro E的模型重构技术 煤矿机械2008 29 10 逆向工程是先进制造技术的主力 是消化和吸收先进技术的一种手段 介绍了逆向工程的内容以及基于Pro E软件系统中的Pro Scantools模块来实现 零件逆向设计制造的方法和关键步骤 数据处理 3D模型重构 通过实例证明这种方法的可行性和便易性 8 期刊论文 王春香 Wang Chunxiang 基于逆向工程的注射模CAD CAE的应用研究 模具制造2009 9 8 简述了采用逆向工程技术理论对电吹风外壳的研究和分析 并主要介绍利用Pro E软件进行注射模设计的全过程 用MoldFlow进行流动模拟分析 提高 了设计效率 节约了成本 对同类产品的