基于PROE复杂曲面模型的逆向工程与制造

陕西理工学院毕业设计第图4.21所示，小平面数量大约变为原来的3倍。图3.SEQ图4.\*ARABIC21“精整”对话框最后一步，单击工具栏“集束”按钮，对整个小平面进行集束处理。单击“确定”按钮，完成所有小平面操作。必须先做一下集管处理,使其成为一个整体点云。让软件知道你这个小平面表示的点云是一体的集管处理的结果会清理掉初始点云里的杂点(也叫燥声),游历于整体之外的小块分体点云使点云清洁,干净,一体化,那样就能进到重新造型模块里进行后续操作了。小平面特征完成后得到如图4.22所示：图3.22经过小平面特征处理后的乌龟模型3.3重新造型单击“插入”/“重新造型”命令,进入重新造型工作区域。单击工具栏中的“自动曲面工具”按钮，选择“参照”按钮，在弹出的菜单中选中“整个小平面特征”单选按钮，即在整个模型上进行曲面划分，如下图所示：图3.23自动曲面菜单图3.24选择“整个小平面特征”单击“定义曲面片结构”按钮，设置添加曲面片数为300，如下图所示。即在整个三角平面构成的乌龟模型的表面分布300块曲面块，来完全分割该模型。此处选择面片数为300，是因为数目太少不能满足该曲面的复杂程度，会导致部分曲面特征无法体现；数目太多则造成所分割的曲面块过于琐碎。单击“参数”，设置粒度为“-1”，字符级为“1”。单击“约束”，设置边界连接方式为“相切”。单击确定按钮，系统会根据模型的曲率以及构成特性在该模型上进行规划，使300个小平面合理的分布在模型表面，在单击“创建曲面”按钮设置解析度为8，单击命令单击按钮，系统会根据上一步骤的规划创建曲面，创建后的各个曲面块相互相切连接，单击“完成”按钮。如下图所示：图3.25重新造型处理中的模型单击工具栏中的“完成”按钮，完成重新造型。右键单击模型树中“小平面特征”，在弹出的菜单中选中“隐藏”选项，以此减轻显示负担。曲面调整处理是复杂曲面逆向工程的重中之重，在“重新造型”模块一般采用以下几种方法进行调整修正：3.3.1修改数学属性右击模型树中“重新造型”，在弹出的对话框中选中“编辑定义”选项，重新进入重新造型阶段，对曲面进行修改调整操作，选中造型不好的曲面块，长按右键在弹出的菜单中选中“数学属性”选项，在弹出的对话框中调整设置参数。调整后进行预览，满意后单击“完成”按钮。用相同的方法对其他需要调整的曲面进行微调。（注：样条曲面是由U、V两个方向的曲线架构而成的，称之为骨架线，其数量和形状直接影响影曲面的几何特征，可通过其数量的改变对曲面进行微调。）图3.26修改曲面块的数学属性图3.27修改数学属性前后对比3.3.2修改曲面如果经过上述处理后，仍有曲面有皱褶，或者不符合设计要求，则使用修改曲面方式进行处理。选中要修改的曲面，长按右键，在弹开的对话框内选择“修改形状”选项，在对话框内选择“法向”单选按钮，鼠标选中曲面的一个控制点并拖动到合适的位置使之满足要求。（样条曲面的形状由控制点和节点不同，节点是骨架曲线的组成点，曲面必经过节点，而控制点控制曲线的形状，曲面不一定经过控制点。控制点大动，骨架线曲线小变，曲面形状微变）。图3.28修改曲面前后对比3.3.3曲面重新构造此处的重新构造指的是小曲面块的重新构造。即将不满的或者造型有误的曲面块删除后重新构造，以满足要求。选中要删除的问题曲面，单击右键在弹出的菜单栏选择“删除”选项即可。单击工具栏中的“插入投影到小平面特征的曲线”按钮，对删除的曲面块进行重新构造边界线。然后，单击工具栏中的“插入由四条曲线形成边界的矩形曲面”按钮，创建由四条曲线构成的曲面。注意：创建时应该先选择一条边，再按住Ctrl键选择其对边曲线，在依次选中其他两边，即可创建曲面。为了使新创建的曲面与相邻曲面光滑过渡，需对其约束进行设置。选中曲面，长按鼠标右键，在弹出的菜单栏选择“显示约束”选项，设置边界约束为“相切对称”，使该曲面与相邻曲面在该边界上互为相切。用同样的方法处理所有需要重新构造的曲面之后，单击工具栏中完成“按钮”。3.4实体化过程在模型树中右击“小平面特征”，在弹出的菜单中选择“隐藏”选项。单击菜单栏中的“视图”/“显示设置”/“模型显示”命令，弹出的对话框如下图所示：在“着色”选项组中，取消选中“带基准曲线选项”前面的勾选项。单击模型树顶部选项，选中模型后，单击菜单栏中的“编辑”/“实体化”选中模型表面作为参照，单击单击工具栏中完成“按钮”。即可完成实体化过程。完成后单击模型树顶部以选中实体化后的模型，单击打开外观库，选择红色为外表色得到最后的模型如图所示：图3.29实体化后的乌龟模型单击“视图”/“视图管理器”单击视图管理器“剖面”选项组，单击新建，输入“新建剖面名称”，单击鼠标中键，选中菜单管理器“平面”和“单一”选项后，单击完成。选取过模型中间的平面DTM1为参照面。单击“视图管理器”/“剖面”/“选项”/“设置为活动”即可得到模型的剖视图如下，确定模型实体化成功。图3.30剖切后的乌龟模型3.5快速成型制造在新产品零件的三维CAD模型生成后，常常通过快速成形技术制造其原型。快速成形技术是8O年代迅速发展起来的新型综合制造技术。RP技术可以依据计算机上构成的产品三维CAD设计模型，对其进行分层切片，处理成一系列薄截面的轮廓。根据各截面层形状的二维数据，由快速成型机将材料逐层添加堆积，最终生成三维实体模型或零件。由于RP技术具有的技术优势，使它特别适合于新产品的原型制造，有利于新产品的快速开发和制造。叠层结束后得到的零件原型在力学和机械物理性能上往往不能直接满足需要，仍然需要进一步处理，包括余料去除，以及防水、防潮、加固和使其表面光滑等后置处理，以满足快速原型表面质量、尺寸稳定性、精度和强度等方面的要求。利用Pro/E软件将乌龟模型三维CAD模型曲面生成后实体化，转换为快速成型机的标准文件STL格式，然后导入快速成型机后即可。成型件制成之后，还要按照一定步骤进行后处理，才能得到最终完美的样品，包括固化、表面清洁、打磨抛光、喷漆上色等。逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工。IGES数据可传给一般的CAD系统（如：UG、MDT等），进行进一步修改和再设计。另外，也可传给一些CAM系统（如：UG、MASTERCAM、SMART-CAM等），做刀具路径设定，产生数控代码，由CNC机床将实体加工出来。STL数据经曲面断层处理后，可以直接由激光快速成型方式将实体制作出来.3.6质量评估检测逆向工程处理的是实物原型．它本身具有固定的形状、拓扑关系及相应的参数。这种体现在实物原型上的参数称为实物原型参数。实物原型在被制造时，要依据图纸上所标注的参数。这种体现在制造实物原型的设计图纸上的参数称为原始设计参数，其是制造实物原型的原始参数。相对原始设计参数，实物原型本身存在误差：一是制造实物原型所产生的制造误差AI制，二是原型在使用中的磨损和破损误差AI损。在对实物原型测量时，会产生测量误差AI测。在再设计阶段，逆向工程要完成从测量规划制订至CAD三维模型重构(在此，再设计环节暂不考虑)。这种CAD模型自然是具有各种几何参数。这些参数是逆向工程依据测量点数据经拟合运算得到并体现在重构的CAD模型上，故称其为重构参数。在重构的计算中，不可避免地会产生误差，记为计算误差AI计。在制造阶段，逆向工程依据重构参数制造产品，产生制造误差AO造。综上所述，逆向工程误差A可表示为：A逆＝f(AI制，AI损，AI计，AI测，AO造)。实物原型是依据原始设计参数制造的，还原产品是依据重构参数制造的。从上面分析可知，原始设计参数与重构参数存在误差。因此、将依据重构参数还原制造的产品置于实物原型的工作环境下，有可能会达不到工作性能要求。通常逆向工程不去直接测量实物原型参数。故实物原型参数是未知的，自然原始设计数也是未知的。重构参数是逆向工程对实物原型复现的参数。为了提高逆向工程还原精度，提高测量精度及拟合计算精度，可以减小测量误差AI测和计算误差AI计，但仍无法减少制造误差AI制，AO造和磨损误差AI损，其结果只是使重构参数，尽可能接近实物原型参数，仍无法还原原始设计参数。在某些情况下，单从复制原型这一角度出发，为满足逆向工程还原产品的工作性能要求，需用原始设计参数进行还原制造。这就要求逆向工程在前述的再设计阶段能还原实物原型的原始设计参数。为此需综合运用人工智能技术、数理统计理论、精度设计等多学科技术知识对实物原型的磨损及制造误差等进行评估分析，在此基础上对重构参数进行修正再设计，得到接近原始设计参数的再设计参数。上述思想，给出了以精度还原为目标对逆向工程的质量进行全面的误差分析。由于此次条件的限制，对本次逆向工程误差的分析只能做到AI测，AI计，AO造，的分析。数据点的获得——三维激光扫描过程中的测量误差AI测为：0.051mm。在进行逆向建模时的误差AI计为：0.5mm。在制造阶段，逆向工程依据重构参数制造产品，产生制造误差AO造：0.2mm扫描时不可能没有误差，在进行点数据处理时进行点数据的过滤，也会对精度产生影响。进行曲面重构时使用的是放样的方法，虽然可以获得很好的曲面质量，但是增大了曲面和点云之间的误差。在曲面重构后进行曲面缝合，误差也是不可避免的。获得了实体模型后，在进行快速制造过程中，还有一定的制造误差。3.7本章小结本章是本次毕业设计的核心，此次选择了乌龟做为典型模型，具有一定的代表性，在日常生活中最常见的也就是这类用品。在点云处理阶段应该耐心的做好降噪、去除界外值等工作，小平面特征阶段应该努力将产品的表面处理的尽量光滑平顺，在重新造型阶段应该注意面与面的衔接处理，否则将会给后续的实体化过程带来不必要的工作。最后，简要介绍了本次的快速制造。由于现有条件限制，本次毕业设计无法进行快速原型制造。4.总结本次对乌龟曲面的外形重新建模设计，采用了逆向工程和快速制造技术。系统的阐述了如何进行逆向设计。在小平面特征模块中，主要涉及逆向工程关键技术中的数据预处理，包括去噪、精简等操作。小平面特征不是曲面模型，要进行曲面重构，需以小平面特征为基础，创建曲线并完成曲面造型。在重新造型模块中，常用命令和工具的灵活应用具有一定难度，需要反复练习才能掌握。由于初次接触，经验不足，而且本次设计不是以精度还原为目标，因此设计得到的模型和原来模型有比较大的误差。但是实际上还是可以达到更高的精度。经过一学期的毕业设计，我觉得自己学到了不少东西。大学四年的时间大多都是在学习机械设计制造的基础知识，并未真正地去应用和实践。由于平时的学习教学安排与课外学习，我已经进行过一些设计工作。但是经过这次全面的，完整的毕业设计，我接触到了更多平时没有接触到的理论和操作知识，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利。在毕设过程中，学会了怎样查阅资料和利用工具书。平时课堂上所学习的知识大多比较理论化，作为工科的学生，由于专业特点自己更要积极查阅前辈的经验资料与数据。一个人不可能什么都会过，什么都懂。因此，当在设计过程中需要用一些不曾涉及过的东西时，就要去有针对性地查找资料，把前人探索出了的知识要点加以吸收利用，以提高自己的实际应用能力，而且还能增长自己见识，补充更有现实性的专业知识。总之，采用逆向工程技术完成复杂曲面的模型重建能够提高设计精度，获得较高的模型质量，缩短设计和制造周期，使产品能够快速进入市场提高企业的竞争力。致谢在论文完成之际，我衷心地感谢我的导师王燕燕对我的指导，毕业设计中的许多思想和方法得益于指导老师的指导和启发，从设计选题到论文写作都倾注了指导老师的巨大心血。本设计能顺利的完成也归功于四年来各科老师的认真负责，使我们能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。在此我对他们表示最崇高的敬意和最诚挚的谢意!最后，向四年来关心和培养我的全院老师表示由衷的感谢！向四年来朝夕相处的同学表示最美好的祝愿！参考文献[1]刘晓宇，.逆向工程设计完全解析[M].北京：中国铁道出版社，2010.[2]姜元庆，刘佩军.UG/Imageware逆向工程培训教材.北京：清华大学出版社，2003.[3]陈雪芳等主编.逆向工程与快速成型技术应用[M]北京：机械工业出版社.2009.[4]张彦青编著.Pro/ENGINEER进阶提高[M].北京：清华大学出版社.2010.[5]柯映林等.反求工程CAD建模理论、方法和系统[M].北京：机械工业出版社，2005.[6]刘德平，陈建军.逆向工程关键技术研究[M].机械制造，2005，（6）.[7]刘志军.基于三坐标测量机的点云数据测量规划研究[J].黑龙江科技信息，2008，（20）.[8]袁平.逆向工程技术研究与工程应用[J].昆明理工大学，2002.[9]刘伟军，孙玉文.逆向工程（原理方法及应用）[M].北京：机械工业出版社，2009.[10]赵萍，李景阳.逆向工程中数字化测量方法及其应用[J].机械设计与制造，2009，（02）.[11]邹建军，赖朝安，王卫平.基于逆向工程与快速成型的简体设计和制造[J].制造业自动化，2008（11）：76-78.[12]李志国，祁文君，孙文磊等.逆向工程与快速成型一体化在现代产品设计中的应用[J].机床与液压，2007（12):52-55.[13]李江熊，柯映林，程耀东.基于实物的发展曲面产品反求工程中的CAD建模技术[J].中国机械工程，1999,10（4）：390-393.[14]田晓东，史桂蓉，阮雪榆.复杂曲面实物的逆向工程及其关键技术[J].机械设计与制造工程，2000,2