逆向工程技术的曲面零件设计

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摘要：本文基于逆向工程技术对卡扣产品设计进行了研究，首先采用LSH800线激光扫描测量仪对卡扣进行了点云数据采集，然后利用Imageware软件对点云进行简化处理并对点云进行多边形网格着色处理，在此基础上，基于曲面造型工具对零件的四个部分分别进行曲面拟合和裁剪得到卡扣曲面造型。误差评估表明最大误差为0.108mm，满足产品设计需求。

关键词：逆向工程；关键技术；实现步骤；Imageware

1前言

逆向工程技术（ReverseEngineering）又称反求工程技术，是一种在没有产品原始设计资料和CAD模型的情况下，只通过对实物模型进行三维数字化处理，获得产品的几何模型，再利用CAD、CAM、PDM及CAE等先进技术，最终进行产品的制造。在逆向工程中，还可以对产品进行深入的分析与研究，实现产品的优化和改进的技术.随着计算机技术的发展，逆向工程以其明显的优势受到越来越多企业的青睐，已被广泛应用于汽车、模具、船舶、医学、航天等领域，实现了实物的CAD模型重构，吸收和消化产品制造过程中的先进思想和技术[1]。逆向工程技术不仅能够制造出更加出色的产品，还能缩短产品制造周期，提高产品生产效率，适应现代产品制造技术的发展趋势。

2逆向工程的实现步骤

（1）逆向工程首先运用先进的测量设备对实物进行测量，得到实物的点云模型。（2）点云的处理：主要进行点云的过滤、光顺、简化、拼合，定位等操作。（3）曲线的处理：通过检查曲线与点的精度，对曲线做修改处理。（4）曲面的处理：通过检测构建曲面与点云的精确度和光顺性，进行曲面的修改处理。（5）质量评估：综合分析重构模型与实物模型之间的误差。

3卡扣曲面模型设计

逆向工程是一个有机整体，各个部分相互配合才能实现产品的再加工制造。本文选用Imageware软件完成产品模型的重构，由于该软件集点云数据处理、曲线曲面造型及模型评估等多功能于一体，不仅能够得到品质优良的曲面，还能评估出所建模型的数据误差。

3.1点云数据采集

采用LSH800线激光扫描测量仪进行卡扣产品的扫描，该激光扫描测量仪是一种高性能的三维数字化处理设备，具有高精度、高效率的特点.

3.2点云处理

点云处理效果将直接影响后期曲面模型的建立。逆向工程得到的点云可能受到零件测量设备、测量方法、光线、零件的表面质量等一些因素的影响，得到一些杂点、误差点，这些噪声点可以达到整个点云的0.1%～5％，甚至使拟合曲面发生严重变形，以致于无法拟合。因此，需要对这些噪声点进行清除、过滤、光滑、取样、简化、遗失点补齐等处理，甚至还要对点云做定位，对称基准重建等工作，以保证重构曲面的精度，这也是点云处理的第一步[2,3]。为了后续处理简单，运行速度快，再利用Imageware软件中的精简工具对点云进行简化。为了便于观察产品的外部特征，进一步对点云进行多边形网格着色处理，

3.3曲面造型

在进行产品曲面构造时，通常先将复杂曲面分为基本曲面和连接曲面，再合理布置各曲面的生成顺序及生成方式。为了方便模型的构建，划分曲面的时候要遵循两个基本原则：（1）划分的曲面尽量简单；（2）划分的曲面数量尽量少。其中，基本平面是直接建立的平面，不需要图形边界的约束。主要起着模型表面特征描述的作用，但是其尺寸、精度和光滑性需要再进一步的修改。连接曲面主要通过倒角法和直接建模法进行构建，倒角法需要借助两连接曲面的交线进行等半径或者变半径倒角，通过改变半径的大小进行曲面形状的调整，通过控制曲面交线的光顺性来保证曲面的质量[4]。在点云和网络模型的基础上利用曲面造型工具对零件的四个部分分别进行曲面拟合.

3.4误差检验

在Imageware软件中，对最终的造型结果与点云进行对比。由图可以看出误差最大为0.108mm，明显小于产品最大允许误差0.5mm，能够满足产品设计需求。

4结论

在没有零件图纸和原始设计资料的情况下，基于逆向工程技术完成了卡扣产品点云数据采集、点云处理、曲面造型以及误差检验，最终的误差评估结果表明所设计的产品造型满足卡扣设计误差要求，实现了曲面模型和原始零件的统一。逆向工程技术不仅仅停留在对原产品的消化、吸收上，还能对原产品进行再设计，提高产品的性能，降低产品在整个生产设计中所需的人力和物力，降低开发周期、提高社会竞争力，这也是今后开展的主要工作方向。

参考文献：

[1]马汉伟.浅析逆向工程技术及其在工业领域的应用[J].现代制造技术与装备,2009,(5):24-25.

[2]金涛.逆向工程技术[M].机械工业出版社,2003.

[3]唐立山.零件设计中的逆向工程研究[J].工具技术,2010,44(5):74-77.

[4]VéronP,LéonJC.Staticpolyhedronsimplificationusingerrormeasurements[J].Computer-AidedDesign,1997,29(4):287-298.

作者:张敏 杨宏兵 单位:苏州大学机电工程学院