逆向工程在三維制造中的應(yīng)用

逆向工程在三維制造中的應(yīng)用

在快速變化的產(chǎn)品市場(chǎng)中，能否以市場(chǎng)為導(dǎo)向，迅速生產(chǎn)符合市場(chǎng)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(gè)問(wèn)題。也就是說(shuō)，客戶(hù)只能提供樣品或模型。如果沒(méi)有圖紙或3d數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)師無(wú)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(shí)間長(zhǎng)而效果不佳,這時(shí)候你就需要一個(gè)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(zhuān)門(mén)為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的三維制造路線。逆向工程是以專(zhuān)案方式執(zhí)行一模型的仿制工作。往往擬仿制的產(chǎn)品沒(méi)有原始設(shè)計(jì)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(qǐng)制作單位復(fù)制出來(lái)。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或液壓三次元靠模銑床制作出一比一等比例的模具,再進(jìn)行量產(chǎn),這種方法稱(chēng)為類(lèi)比式復(fù)制,無(wú)法建立工件尺寸圖檔,也無(wú)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(shè)計(jì)模型的再設(shè)計(jì)逆向工程專(zhuān)門(mén)為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的重構(gòu)手段,實(shí)現(xiàn)從實(shí)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(shè)計(jì)模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行剖析、理解和改進(jìn),是對(duì)已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。其主要任務(wù)是將原始物理模型轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)概念或產(chǎn)品數(shù)字化模型:一方面為提高工程設(shè)計(jì)、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(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)服務(wù)。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(cè)量系統(tǒng)以已有的樣品或模型進(jìn)行準(zhǔn)確、高速的測(cè)量,得到其三維輪廓數(shù)據(jù),配合反求軟件進(jìn)行曲向重構(gòu),并對(duì)重構(gòu)的曲面進(jìn)行在線精度分析、評(píng)價(jià)構(gòu)造效果,最終生成IGES或STL數(shù)據(jù),據(jù)此就能進(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步修改和再設(shè)計(jì)。另外,也可傳給一些CAM系統(tǒng)(如:UG、MASTERCAM、SMARTCAM等)做刀具路徑設(shè)定,產(chǎn)生數(shù)控代碼,由CNC機(jī)床將實(shí)體加工出來(lái)。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(shí)體制作出來(lái)。3精密測(cè)量設(shè)備逆向工程中所采用的測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量探頭是否和零件表面接觸,其測(cè)量方式可分兩類(lèi):(1)接觸式測(cè)量:根據(jù)測(cè)頭的不同?？煞譃橛|發(fā)式和連續(xù)式。應(yīng)用最為廣泛的三座標(biāo)測(cè)量機(jī)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的新型高效精密測(cè)量?jī)x器,是有很強(qiáng)柔性的大型測(cè)量設(shè)備。(2)非接觸式測(cè)量:根據(jù)原理的不同,可分為三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計(jì)算機(jī)視覺(jué)法、激光干涉法、激光衍射法、CT測(cè)量法、MRI測(cè)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(guó)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(cè)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(qiáng)大的測(cè)量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測(cè)功能?？梢蕴幚韼兹f(wàn)至幾百萬(wàn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造的A級(jí)曲面(CLASSA)具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。Imageware的模型檢測(cè)功能可以方便、直觀地顯示所構(gòu)造曲面模型與實(shí)際測(cè)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(guó)DELCAM公司系列產(chǎn)品),主要處理測(cè)量數(shù)據(jù)的曲面造型。DELCAM的產(chǎn)品涵蓋了從設(shè)計(jì)到制造、檢測(cè)的全過(guò)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(guó)INRS公司開(kāi)發(fā))逆向工程軟件,主要用于處理測(cè)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(cè)景建模以及高級(jí)圖形生成。RapidForm提供一整套模型分割、曲面生成、曲面檢測(cè)的工具,用戶(hù)可以方便地利用以前構(gòu)造的曲線網(wǎng)格經(jīng)過(guò)縮放處理后應(yīng)用到新的模型重構(gòu)過(guò)程中。以上介紹的常見(jiàn)逆向工程軟件均是國(guó)外的。國(guó)內(nèi)在逆向工程軟件方面的研究,主要集中在高等學(xué)校(如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空大學(xué)),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(méi)具備與國(guó)外商業(yè)化軟件競(jìng)爭(zhēng)的條件。由國(guó)內(nèi)逆向工程領(lǐng)域?qū)I(yè)人士參與開(kāi)發(fā)的逆向工程軟件QuicckForm是較好的一個(gè):該系統(tǒng)采用先進(jìn)的幾何引擎,運(yùn)行穩(wěn)定性好,并有良好的可操作性。由于開(kāi)發(fā)人員具有豐富的逆向工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn),因此系統(tǒng)的功能設(shè)置、操作方式符合用戶(hù)的習(xí)慣,這是國(guó)外軟件所無(wú)法具備的。QuickForm還具有價(jià)格優(yōu)勢(shì),QuickForm的價(jià)格在同類(lèi)軟件中具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力:采用國(guó)產(chǎn)軟件也是對(duì)國(guó)內(nèi)制造業(yè)和軟件行業(yè)的支持。5cad軟件的應(yīng)用逆向工程已成為聯(lián)系新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中各種先進(jìn)技術(shù)的紐帶,并成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段。其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下:(1)對(duì)產(chǎn)品外形美學(xué)有特別要求的領(lǐng)域,由于設(shè)計(jì)師習(xí)慣于依賴(lài)3D實(shí)物模型對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估,因此產(chǎn)品幾何外形通常不是應(yīng)用CAD軟件直接設(shè)計(jì)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(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)驗(yàn)才能定型的工件模型時(shí),通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽車(chē)等領(lǐng)域,為了滿(mǎn)足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等的要求,需進(jìn)行風(fēng)洞等實(shí)驗(yàn)建立符合要求的產(chǎn)品模型。此類(lèi)產(chǎn)品通常是由復(fù)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(guò)反復(fù)修改原始設(shè)計(jì)的模具型面。這將實(shí)物通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量與處理產(chǎn)生與實(shí)際相符的產(chǎn)品數(shù)字化模型,對(duì)模型修改后再進(jìn)行加工,