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游艇逆向设计



  应用德国博尔科曼的三维扫描设备,对工件进行全面扫描,取得工件的三维数据。工程师应用专业软件将扫描得到的工件三维数据进行分析和分解,重新建构工件结构,并根据客户需求重新进行设计。

  1.逆向工程(反求工程)概述

  反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。

  反求工程是综合性很强的术语,它是以设计方法学为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础,运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和再创造,是已有设计的设计,这就是反求工程的含义,特别强调再创造是反求的灵魂。逆向工程主要由三部分组成,即产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具的制造。

  2. 逆向工程(反求工程)制作过程

  逆向工程中的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。

  第一步: 零件原形的数字化

  通常采用三坐标测量机(CMM)或光学扫描仪等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。 例如以下测量:

  实物模型放置于现场,将三维扫描仪代入现场做准备工作。表面做前置处理,粘贴标记点,构架摄影定位测量框架。

  摄影定位系统,将被测物体表面黏贴的未知标记点,通过三角计算法,在AICON Software中用已知点的坐标值,计算未知点的坐标值。再将计算获取的未知点的坐标值以3DS或者TXT文件格式输出。

  打开三维扫描仪专用扫描软件OPTOCAT,将3ds或者Txt格式标记点坐标值输入。用OPTOCAT软件中Reference Indexs Matching模式扫描,整个模型的坐标值基于同一个坐标下,所以提高获取点云的准确度、提高获取点云数据的效率。

  第二部: 从测量数据中提取零件原形的几何特征

  按测量数据的几何属性对其进行分割,采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。

  几何特征提取难度较大,对于工程师的经验要求很高。尤其是软件的熟练程度、相关技术行业经验值。如果没有相关行业经验,同样做几何特征提取,耗时、耗力,降低工作效率,特征提取质量较差等。如下操作步骤:

  三维扫描仪获取的点云数据,导入专业逆向工程软件中,进行点云数据前期处理。主要过滤多余的噪音点,降低数据量保证特征的前期下。基本的建构方式,通过提取特征点云,再构建特征曲线。因为三维扫描仪获取充足的点云数据,为了获取被测物件特征,在此过程中会获取一些过于的点云数据。为了提取特征快速准备,提取特征点是必须的工作。

  一般提取特征点云,有些经验所致。提取相交十字叉式的特征点云数据。因为,逆向工程设计的基本原则是:

       点 线 面 体

  依照如此设计规律,所以在提取特征点云是,需要多加注意,分析如何才能将特征点云连接制成特征曲线。

  十字相交叉特征曲线构建完成,通过扫掠指令,选择两条相交叉曲线,完成曲面特征提取。此时,第一块特征曲面提取成功。该特征曲面有UV方向控制线构成。可以通过指令设置UV控制曲线的阶数(控制阶数越高,调整的曲面越趋近与理论数值,此时特征曲面的调节工作也越加负责),一般设置调节阶数UV各为4阶。如此调节速度快、调整面区域平滑。且可以通过后续增加阶数,改变特征曲面的高阶质量,及曲面连续性更佳。

  在调整特征曲面同时,需要将整个点云数据跳入。如图所示,提取的高阶曲面是红色区域,原始点云数据是淡蓝色区域。通过调整UV方向控制点,将曲面与实际点云数据匹配。在调整UV方向控制点的同时,需要参考实际点云数据。只有提取的高阶曲面与实际点云数据足够贴近,且保证提取高阶曲面与实际点云的距离误差值在0.02mm以内。

  如上图所示,只有在红色曲面与淡蓝色原始点云数据交叉重叠时,提取的高阶曲面方为佳。此时的高阶曲面,与实际点云的偏差距离在0.02mm以内,完成了高阶曲面提取工作。逐次类推逐个提取高阶曲面,将原始点云数据完全替代为有效的高阶曲面。

  第三部: 零件原形CAD模型的重建

  将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合,并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。

  经过专业逆向工程软件提取的高阶曲面,输出至三维建模软件中。如UGS、Proe、Catal、Solidworks等软件中,对高阶曲面进行实体编辑。

  因为,只有实体格式数据,才可以应用于实际的生产、加工中。所以,这个步骤是不需实现。在建模软件中有高阶曲面缝合功能,可以将高阶曲面进行精度控制缝合,实现实体模型构建。

  对于对称模型,一般采用镜像制作方式。

      第四部: 重建CAD模型的检验与修正

采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要,对不满足要求者重复以上过程,直至达到零件的逆向工程设计要求。


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