逆向工程的实例

1、数字化设计基于CAT I A逆向工程的牙周膜建模与分析一、基于CATIA获得牙齿CAD三维模型逆rS工程(日e v e r s eEngineering)是指将实物转变为CAD模型的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的统称。逆向工程主要通过数据采样及本文通过cATIA处理、CAD三维模型建立、产品或软件提供的逆向工程模具制造三部分实现。专用模块来处理点云1数据采样数据，以获得牙齿物体表面数字化称为数据测的实体模型：再由量，是指通过特定的测量设备和测ABAQus软件的前处量方法，将物体表面形状转换成离理生成磨齿、牙周膜散的几何点坐标数据。在此基础和牙槽骨的有限元模上，就可以进行复杂曲面的

2、建模、型，最后通过有限元评价和改进了。因而，高效、高精分析计算得到牙周膜度地实犬现物体仪表面的姒数据采/下、集禾，是正 住自逆向工程实现的基础和关键技术。.数据测量是逆向工程的基础，测得数据的质量与最终模型的质量密切相关。目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。根据测量探头是否与物体表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本可分为两大类，即接触式与非接触式。在非接触式中按其原理不同，又可分为光学式和非光学式。光学式中比较常见的是激光干涉法和激光衍射法。本例中选用了三维激光扫描64 CAD / CAM与制造业信息化WWW icad corn on口东南大学韦

3、亮汤文成法，采用的设备是智泰科技的三雷射扫描控制系EASSON 3D，采用半导体激光带扫描，双CCD图像处理器，由软件控制能量，波长650nm，扫描宽度50mm，测量景深150mIll,每秒可扫描500点，误差 0. 05mIll内。利用第四轴旋转，能 够360。旋转，一次定位就可以量 取全部的点资料。再经由量测系统 的运算，自动将所有的点资料结合 在同一坐标系统，从而得到任意复 杂结构的成型。所得的点云如下 图1所示。图i磨牙点云图2. CAD2-维模型的建立目前的逆向工程软件系统有两 大类：一类是专业逆向工程商业化 软件；另外在一些流行的CAD / CAM系 统中集成了逆向工程模块。本例选

4、用达索公司开发的大型CA D/CA E/CA M应用软 件，CATIA。CATIA V5中提供了逆向 工程的专用模块一一数字曲面编辑 模块(Digitized Shape Editor)和 快速曲面重构模块(Quick Surface Rec0nstruct10n)。模型重建的一 般流程如图2所示。图2模型重建流程通过点云文件调入和过滤、点云网格划分、创建扫描线、创建 样条曲线及曲线的光顺处理、曲面 填充、曲面拼合等步骤，最后可得 牙齿的曲面模型。如图3所示，精 度满足要求。二、有限元建模及计算牙齿、牙周膜及牙槽骨的有 限元建模将在CATIA中建立的牙齿三维模型导入ABAQUS / CAE。可

5、得到如图 4所示的有限元模型。图3磨牙曲面模型在ABAQUS / CAE前处理模块中通 过装配和布尔运算可以得到牙周膜 和牙槽骨的有限元模型。44磨牙、牙周膜、牙槽骨有限元模型 如图5所示，将牙齿、牙槽骨、 牙周膜转配到一起，并划分网格。图5装配后的模型实验中引用的材料力学性质如表1所示。表1实验引用的材料力学性质 堡竖：些量堕天然牙20290 0. 3茅霜攀000。假定模型中的各组织均为连 续、均质、各向同性的线弹性材 料。其中，前磨牙选用4-node 3-D bilinear rigid quadrilateral 单兀， 节点数966，单元数1037:牙周膜选 用 4-node line

6、ar tetrahedron 单元， 节点数652，单元数1965；牙槽骨选 用 4 一 node linear tetrahedron 单元， 节点数3925，单元数18928。添加与正畸过程相符的边界约 束条件，并在磨牙牙冠上施加沿远 中方向水平20N拉力。计算结果计算结果如图6所示。计算可得，牙周膜和牙槽 骨接触面上的最大应力分别为396e+O2MPa和 3. 066e+O2MPa， 位于牙根1/3处。应力主要集中在 牙根上部，唇侧和舌侧的应力非常接近。三、结论自从 1973 年 ThresherDFarah将有限元分析法应用于口腔领域以 来，该方法被广泛应用于口腔医学 的各个领域，显示

7、出极大的优越 性。在本例中，（1）CATIA V5的 逆向工程模块提供了多种格式的点 云输入和输出功能、点云数据处理 功能以及强大的曲面、曲线直接拟 合功能。通过CATIA进行曲面重构 可以满足正畸研究的精度准确性要 求。（2）ABAQUS作为有限元分析 软件，其自身也具备强大的建模功 能，本例中的牙槽骨就是在PART 模块中直接建模，在ASSEMBLY中与 牙齿装配，最后进行布尔运算所得 到。在磨牙、牙周膜、牙槽骨的装 配过程中，在各部分上定义辅助平Printed on： Thu JuI 12 10： 53： 33 2007面和辅助轴线，通过约束关系使得最后装配结果与实际相符合。该研究的意义在于：（1）提供了一种新的正畸过程有限元计算的 方法，与CT重构相比，激光扫描 在数据的准确性上程度更高；（2） 分别发挥了口腔正畸医生和工程设 计人员专长，正畸医生的优势在于 对于正畸基础理论的掌握和实际正 畸操作的经验，而工程设计人员可 以吸取正畸医生的基础理论和实际 经验，在计算的过程中与实际情况 达到一致；（3）计算结果对于正畸 过程具有一定的参考价值，主要是 对正畸力的大小和施加方向更具有 指导意义。栏目主持：黎艳本文索引号：119投稿信箱