逆向工程在三维制造中的应用

逆向工程在三维制造中的应用

在快速变化的产品市场中，能否以市场为导向，迅速生产符合市场要求的产品是公司成功的关键。然而，我们经常面临这样一个问题。也就是说，客户只能提供样品或模型。如果没有图纸或3d数据，设计师无法获得正确的尺寸，而且制造模型变得更加困难。用传统的雕刻方法,时间长而效果不佳,这时候你就需要一个一体化的解决方案:从样品到数据再到产品,逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。逆向工程是以专案方式执行一模型的仿制工作。往往拟仿制的产品没有原始设计图档,而是委托单位交付一件样品或模型,如鞋模、高尔夫杆球头、玩具、电器外壳结构等,请制作单位复制出来。传统的复制方法是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出一比一等比例的模具,再进行量产,这种方法称为类比式复制,无法建立工件尺寸图档,也无法做任何的外形修改,已渐渐地为新型数字化的逆向工程系统所取代。1基于创造产品或零件的设计模型的再设计逆向工程专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段,实现从实际物体到几何建模的直接转换。它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型,在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进,是对已有设计的再设计。其主要任务是将原始物理模型转化为工程设计概念或产品数字化模型:一方面为提高工程设计、加工分析的质量和效率提供充足的信息,另一方面为充分利用CAD/CAE/CAM技术对已有的产品进行设计服务。2关于iges数据的生成和加工逆向工程是由高效的测量系统以已有的样品或模型进行准确、高速的测量,得到其三维轮廓数据,配合反求软件进行曲向重构,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、Pro-E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、SMARTCAM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,直接由激光快速成型方式疳实体制作出来。3精密测量设备逆向工程中所采用的测量系统根据测量探头是否和零件表面接触,其测量方式可分两类:(1)接触式测量:根据测头的不同。可分为触发式和连续式。应用最为广泛的三座标测量机是20世纪60年代发展起来的新型高效精密测量仪器,是有很强柔性的大型测量设备。(2)非接触式测量:根据原理的不同,可分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。4其他逆向工程软件逆向工程技术中的常用软件目前比较著名的有:(1)Geomagic(美国RainDrop公司的)逆向工程软件,具有丰富的数据处理手段,可以根据测量数据快速构造出多张连续的曲面模型。(2)Imageware作为UGNX中提供的逆向工程造型软件。具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面(CLASSA)具有良好的品质和曲面连续性。Imageware的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。(3)CopyCAD(英国DELCAM公司系列产品),主要处理测量数据的曲面造型。DELCAM的产品涵盖了从设计到制造、检测的全过程;包括PowerSHAPE、Power-MILL、PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS-TEAM等诸多软件产品。CopyCADM系列中的其它软件可以很好地集成。(4)RapidForm(韩国INRS公司开发)逆向工程软件,主要用于处理测量、扫描数据的曲面建模以及基于CT数据的医疗图像建模,还可完成艺术品的测景建模以及高级图形生成。RapidForm提供一整套模型分割、曲面生成、曲面检测的工具,用户可以方便地利用以前构造的曲线网格经过缩放处理后应用到新的模型重构过程中。以上介绍的常见逆向工程软件均是国外的。国内在逆向工程软件方面的研究,主要集中在高等学校(如清华大学、浙江大学、南京航空大学),也有软件产品出现,但是由于系统稳定性、可操作性等原因,这些研究性软件还没具备与国外商业化软件竞争的条件。由国内逆向工程领域专业人士参与开发的逆向工程软件QuicckForm是较好的一个:该系统采用先进的几何引擎,运行稳定性好,并有良好的可操作性。由于开发人员具有丰富的逆向工程实施经验,因此系统的功能设置、操作方式符合用户的习惯,这是国外软件所无法具备的。QuickForm还具有价格优势,QuickForm的价格在同类软件中具有极强的竞争力:采用国产软件也是对国内制造业和软件行业的支持。5cad软件的应用逆向工程已成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带,并成为消化、吸收先进技术。实现新产品快速开发的重要技术手段。其主要应用领域如下:(1)对产品外形美学有特别要求的领域,由于设计师习惯于依赖3D实物模型对产品设计进行评估,因此产品几何外形通常不是应用CAD软件直接设计的,而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型或比例模型,然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型。(2)当设计需要实验才能定型的工件模型时,通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽车等领域,为了满足产品对空气动力学等的要求,需进行风洞等实验建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的,最终借助逆向工程,转换为产品的三维CAD模型及其模具。(3)在模具行业,常需通过反复修改原始设计的模具型面。这将实物通过数据测量与处理产生与实际相符的产品数字化模型,对模型修改后再进行加工,