逆向工程在三維制造中的應用

逆向工程在三維制造中的應用

在快速變化的產(chǎn)品市場中，能否以市場為導向，迅速生產(chǎn)符合市場要求的產(chǎn)品是公司成功的關(guān)鍵。然而，我們經(jīng)常面臨這樣一個問題。也就是說，客戶只能提供樣品或模型。如果沒有圖紙或3d數(shù)據(jù)，設計師無法獲得正確的尺寸，而且制造模型變得更加困難。用傳統(tǒng)的雕刻方法,時間長而效果不佳,這時候你就需要一個一體化的解決方案:從樣品到數(shù)據(jù)再到產(chǎn)品,逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個全新、高效的三維制造路線。逆向工程是以專案方式執(zhí)行一模型的仿制工作。往往擬仿制的產(chǎn)品沒有原始設計圖檔,而是委托單位交付一件樣品或模型,如鞋模、高爾夫桿球頭、玩具、電器外殼結(jié)構(gòu)等,請制作單位復制出來。傳統(tǒng)的復制方法是用立體雕刻機或液壓三次元靠模銑床制作出一比一等比例的模具,再進行量產(chǎn),這種方法稱為類比式復制,無法建立工件尺寸圖檔,也無法做任何的外形修改,已漸漸地為新型數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。1基于創(chuàng)造產(chǎn)品或零件的設計模型的再設計逆向工程專門為制造業(yè)提供了一個全新、高效的重構(gòu)手段,實現(xiàn)從實際物體到幾何建模的直接轉(zhuǎn)換。它是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構(gòu)造產(chǎn)品或零件的工程設計模型,在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進行剖析、理解和改進,是對已有設計的再設計。其主要任務是將原始物理模型轉(zhuǎn)化為工程設計概念或產(chǎn)品數(shù)字化模型:一方面為提高工程設計、加工分析的質(zhì)量和效率提供充足的信息,另一方面為充分利用CAD/CAE/CAM技術(shù)對已有的產(chǎn)品進行設計服務。2關(guān)于iges數(shù)據(jù)的生成和加工逆向工程是由高效的測量系統(tǒng)以已有的樣品或模型進行準確、高速的測量,得到其三維輪廓數(shù)據(jù),配合反求軟件進行曲向重構(gòu),并對重構(gòu)的曲面進行在線精度分析、評價構(gòu)造效果,最終生成IGES或STL數(shù)據(jù),據(jù)此就能進行快速成型或CNC數(shù)控加工。IGES數(shù)據(jù)可傳給一般的CAD系統(tǒng)(如:UG、Pro-E等),進行進一步修改和再設計。另外,也可傳給一些CAM系統(tǒng)(如:UG、MASTERCAM、SMARTCAM等)做刀具路徑設定,產(chǎn)生數(shù)控代碼,由CNC機床將實體加工出來。STL數(shù)據(jù)經(jīng)曲面斷層處理后,直接由激光快速成型方式疳實體制作出來。3精密測量設備逆向工程中所采用的測量系統(tǒng)根據(jù)測量探頭是否和零件表面接觸,其測量方式可分兩類:(1)接觸式測量:根據(jù)測頭的不同。可分為觸發(fā)式和連續(xù)式。應用最為廣泛的三座標測量機是20世紀60年代發(fā)展起來的新型高效精密測量儀器,是有很強柔性的大型測量設備。(2)非接觸式測量:根據(jù)原理的不同,可分為三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計算機視覺法、激光干涉法、激光衍射法、CT測量法、MRI測量法、超聲波法和層析法等。4其他逆向工程軟件逆向工程技術(shù)中的常用軟件目前比較著名的有:(1)Geomagic(美國RainDrop公司的)逆向工程軟件,具有豐富的數(shù)據(jù)處理手段,可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)快速構(gòu)造出多張連續(xù)的曲面模型。(2)Imageware作為UGNX中提供的逆向工程造型軟件。具有強大的測量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測功能?？梢蕴幚韼兹f至幾百萬的點云數(shù)據(jù)。根據(jù)這些點云數(shù)據(jù)構(gòu)造的A級曲面(CLASSA)具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。Imageware的模型檢測功能可以方便、直觀地顯示所構(gòu)造曲面模型與實際測量數(shù)據(jù)之間的誤差以及平面度、真圓度等幾何公差。(3)CopyCAD(英國DELCAM公司系列產(chǎn)品),主要處理測量數(shù)據(jù)的曲面造型。DELCAM的產(chǎn)品涵蓋了從設計到制造、檢測的全過程;包括PowerSHAPE、Power-MILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS-TEAM等諸多軟件產(chǎn)品。CopyCADM系列中的其它軟件可以很好地集成。(4)RapidForm(韓國INRS公司開發(fā))逆向工程軟件,主要用于處理測量、掃描數(shù)據(jù)的曲面建模以及基于CT數(shù)據(jù)的醫(yī)療圖像建模,還可完成藝術(shù)品的測景建模以及高級圖形生成。RapidForm提供一整套模型分割、曲面生成、曲面檢測的工具,用戶可以方便地利用以前構(gòu)造的曲線網(wǎng)格經(jīng)過縮放處理后應用到新的模型重構(gòu)過程中。以上介紹的常見逆向工程軟件均是國外的。國內(nèi)在逆向工程軟件方面的研究,主要集中在高等學校(如清華大學、浙江大學、南京航空大學),也有軟件產(chǎn)品出現(xiàn),但是由于系統(tǒng)穩(wěn)定性、可操作性等原因,這些研究性軟件還沒具備與國外商業(yè)化軟件競爭的條件。由國內(nèi)逆向工程領(lǐng)域?qū)I(yè)人士參與開發(fā)的逆向工程軟件QuicckForm是較好的一個:該系統(tǒng)采用先進的幾何引擎,運行穩(wěn)定性好,并有良好的可操作性。由于開發(fā)人員具有豐富的逆向工程實施經(jīng)驗,因此系統(tǒng)的功能設置、操作方式符合用戶的習慣,這是國外軟件所無法具備的。QuickForm還具有價格優(yōu)勢,QuickForm的價格在同類軟件中具有極強的競爭力:采用國產(chǎn)軟件也是對國內(nèi)制造業(yè)和軟件行業(yè)的支持。5cad軟件的應用逆向工程已成為聯(lián)系新產(chǎn)品開發(fā)過程中各種先進技術(shù)的紐帶,并成為消化、吸收先進技術(shù)。實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。其主要應用領(lǐng)域如下:(1)對產(chǎn)品外形美學有特別要求的領(lǐng)域,由于設計師習慣于依賴3D實物模型對產(chǎn)品設計進行評估,因此產(chǎn)品幾何外形通常不是應用CAD軟件直接設計的,而是首先制作全尺寸的木質(zhì)或粘土模型或比例模型,然后利用逆向工程技術(shù)重建產(chǎn)品數(shù)字化模型。(2)當設計需要實驗才能定型的工件模型時,通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽車等領(lǐng)域,為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學等的要求,需進行風洞等實驗建立符合要求的產(chǎn)品模型。此類產(chǎn)品通常是由復雜的自由曲面拼接而成的,最終借助逆向工程,轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的三維CAD模型及其模具。(3)在模具行業(yè),常需通過反復修改原始設計的模具型面。這將實物通過數(shù)據(jù)測量與處理產(chǎn)生與實際相符的產(chǎn)品數(shù)字化模型,對模型修改后再進行加工,