CATIA V5逆向工程讲解

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1、说 逆向工程 ( Reverse Engineering)默认字体在计算机技术飞速发展的今天，三维的几何造型技术已被制造业广泛应用于 产品及工模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。我们从 上游厂商接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但是，由于各种原因， 我们所面对的可能并非 CAD 的模型，而是实实在在的实物样件，有时，甚至可 能连一张可以参考的图纸也不存在，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计 手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，我们必须通过各种测量手段及三维几 何建模方法，将原有实物(产品原型或油泥模型)转化为计算机上的三维数字模 型，在CAID与CAD领域，

2、这就是所谓的逆向工程(Reverse Engineering)。逆向工作中一些应该注意的问题做一个逆向工程的工作，可能比做一个正向设计更具有挑战性，因为你如果 想做出一个完美的产品，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还 可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向也是一个重新 设计的过程。在开始进行一个逆向项目前，我们应该仔细考虑以下一些要点：模型的类型：自由曲面，汽车、摩托车的外覆盖件，其它冲压件，玩具等初等解析曲面 平面、圆柱面、圆锥面等组成的零件模型的类型直接关系到我们建模时所选用的 模块或软件，对于自由曲面件必须采用具有方便调整曲线和曲面的模块，而对于 初等解

3、析曲面件，我们没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张显然是平 面或圆柱面的曲面。模型要求的品质：A 级曲面，如汽车、摩托车的外覆盖件B 级曲面，如汽车的内饰件，大部分的塑料件其他要求更低的曲面模型要求的品质也关系到对模块的选用，比如对于A级曲面，就要求选用 软件必须具备方便和直接的曲面调整手段，强大的曲面检测功能，而且检测结果 必须是动态的，即曲面调整的同时检测结果动态更新。当然，工程上没有百分之 百的东西，以汽车外表面的 A 级曲面为例，对二个面片之间的联接误差，主要 大面：相切误差应为0，而曲率误差允许在0.1以内；对于其它曲面相切误差允 许在 10 分以内。测量手段：简单工具的手工测

4、量 机械三坐标测量机测量的有序点数据 激光、数字成像的三坐标测量数据，既大批量、无序的点云数据 如需要比概述在计算机技术飞速发展的今天，三维的几何造型技术已被制造业广泛应用于 产品及工模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。我们从 上游厂商接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但是，由于各种原因， 我们所面对的可能并非 CAD 的模型，而是实实在在的实物样件，有时，甚至可 能连一张可以参考的图纸也不存在，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计 手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，我们必须通过各种测量手段及三维几 何建模方法，将原有实物（产品原型或油泥模型）转化为三维几何

5、数据模型。PTC 公司提供的逆向工具目前，PTC公司的产品中，可以用于处理测量点数据，并进行逆向曲面设计 的模块有：ICEM Surf、Pro/DESIGNER （CDRS）、Pro/SCANTOOLS，各具特点， 适用于不同的应用领域。ICEM Surf是一个A级自由曲面的构造工具，它的最主要特点是直接构造 曲面（无须先构造曲线）和曲面质量的动态评价（曲面调整中的曲面诊断结果动 态更新），汽车、摩托车外覆盖件，内饰件等自由曲面用它来构造是游刃有余。 但最好有比较完整的测量数据，当然ICEM Surf也可以用于构造曲面的设计。ICEM Surf 还能把点云数据自动转换成三角形面片模型，可以用它

6、来求任意 截面线、边界线和特征线，也可以用它来做快速成型或NC加工编程。但这个面 并不是一个传统意义上的曲面模型。Pro/DESIGNER （CDRS） 是一个工业设计的造型模块，主要用于概念设计， 其特点是可以非常方便的调整各条型线，从而得到设计师想要得到的结果。用于 逆向时，可以用在测量数据比较少，仅有主要型线和边界线的情况，这实际上是 一个部分的逆向，操作者逆向的主要是产品的造型思想。Pro/SCANTOOLS 是一个完全集成于 Pro/ENGINEER 实体建模中的逆向曲 面构建包， 2000i 新版中的功能有很大的提高。可以接受有序点（测量线），也 可以接受点云数据，可以用来构建非A

7、级的自由曲面，一般的工业产品如电器 产品、一般的塑料件、汽车内饰件等均能应用该模块得到圆满的解决。对于由初等解析面构成的零件，可直接用Pro/ENGINEER的实体及曲面一 体化方案解决。当然可以直接把测量数据作为造型的依据，但应该强调的是我们 逆向产品的目的是产品的功能而非具体的细小结构。在新世纪已经开始的今天，信息与技术飞速发展，我们选择的不仅仅是一个好的工具，更重要的是一个完整的解决方案，还应该选择好的支持、好的服务， 选择一个具有良好发展前景的合作伙伴。逆向工程软件(Imageware)ImagewareTM 产品提供了独特、综合的自由曲面构造及检测工具，这样的三维 工具应用范围从早期

8、的概念开发直到产品及制造的检测。产品将向模块化发展并 专注四项关键的核心竞争力：三维检测、高级曲面、多边形造型及逆向工程。ImagewareTM 基础模块这是一个基础模块(ImagewareTM Base),包含诸如文件存取、显示控制及数 据结构。ImagewareTM 点处理模块ImagewareTM 点处理模块(ImagewareTM Point Processing )包含操作由扫描 仪获得的点云数据的工具。以下为此项功能的典型操作。1) 由下列类型的设备中读取点云数据。l三坐标测量仪l扫描仪l光学(照相机)扫描仪l有限元分析结果(转换网格几何，例如，在冲压模中)2)点云数据抽样达到要求

9、的密度。3)整齐/有序的点云。4)点云剖面。5)点云的全方位模型(粗糙转换)6)增加点云。7)切割/修剪点云。这是一个非常独特的能力，ImagewareTM优化的处理方法可以非常好地处理大 数据量问题。操作点数据，特别是逆向工程或检验的首项任务中，这些对用户非 常重要。用户可以拥有完全的自由度在大量的工具中进行选择，以完成清理、稀 疏及检查点云的工作。ImagewareTM 评估模块ImagewareTM 评估模块(ImagewareTM Evaluation)包含定性和定量 地评定模型总体质量的工具。定量评估这些工具提供关于实物与模型精确的数据反馈。实例包括对相邻曲线和 曲面位置、相切及曲率

10、连续的检查工具，还有偏差检查工具以检查不同实物之间 的精确差别。定性评估这里强调评价部件模型的美学质量。有效的评估类型包括环境映像工具 将图像包裹到零件表面以获得实际效果。图像通过环境及建筑物的数字化照 片获得。软件中包含了大量的预先输入的环境样本。用这种方法你可以在模拟的 实际环境中观察模型，以取代昂贵的物理模型。除了环境映像外，你也可以使用 工具预先显示跨整个模型的光流线的情况。这种方法同样可以帮助你发现曲面片 构造中细微的误差。定性评估对于工业设计以及汽车设计这样要求很高质量和技 艺的行业而言有着绝对的需求。ImagewareTM 曲面模块ImagewareTM曲面模块(Imagewar

11、eTM Surfacing)提供完整的曲线与 曲面建立和修改的工具。这包括扫掠、放样及局部操作用到的圆角、翻边及偏置 等曲面建立命令。几何的编辑可以用多种方法实现。首先就是通过直接编辑曲线 及曲面的控制点。这对于初始的黑屏设计、输入的遗留数据或有小局部需要修改 的情况非常有用。作为控制点编辑工具的补充，新增了完整的针对曲线网络及相 关结构的新的三维约束解算器。这些工具捕捉引起自动更新物体之间的关系。这 将快速改善设计人员的效率。ImagewareTM 曲面模块也提供功能强大的曲面匹配能力。这将允许将临 近的曲面片在边界线或内部点上进行曲面位置、相切及曲率连续的处理。同时提 供丰富的匹配选项以精

12、确控制结果的几何。一些情况下，设计者需要使用高质量的Bezier模型（汽车的Class A曲面）使用更高的阶次（到21 次）的几何。这在曲面模块中均可实现。ImagewareTM 多边形造型模块ImagewareTM 多边形造型（ImagewareTM Polygonal Modeling）模块完 美地适合棋格及三角形数据的处理。下面的数据源及数据类型是允许的：lSTL 数据（如从许多扫描设备中获得）l有限元数据lVRML 数据功能性方面允许执行下列操作：l由密集的点云建立多边形l修补多边形网格l偏置多边形用于包装l切割多边形数据剖面l通过布尔操作增加或减少多边形数据l快速加工应用l多边形雕刻

13、及编辑l多边形可视化l快速物理样机准备及实验作为单独运行的模块，它提供了处理任何大小的多边形模型的能力。举例来说， 由扫描数据处理快速包装分析与当前过程相比节约大量时间（如从逆向工程 到生成Nurbs曲面)。与点处理和曲面模块结合，这将形成在市场上极具竞争力 的强大的概念造型工具。ImagewareTM 检验模块ImagewareTM 检验模块(ImagewareTM Inspection)针对检测，尤其 是复杂数字形状与物理以及物理样机的三维模型的检验。密集的点云由不同类型 的扫描测量设备获得，用于与数字描述与 CAD 模型的比较。这里提供了大量的工具以输入CAD数据及点云数据并将这些数据进

14、行对 齐。对齐后，主算法可以用于比较零件与扫描数据之间定性及数量上的差别。 GD&T 能力提供对点云注释并存档报告的能力。Copyright 2001, United Force Corp. All rights reserved版权所有 美国通力有限公司数据获取技术 逆向工程具有与传统设计制造过程截然不同的设计流程。在逆向工程中，按照现 有的零件原形进行设计生产，零件所具有几何特征与技术要求都包含在原形中； 在传统的设计制造中，按照零件最终所要承担的功能以及各方面的影响因素，进 行从无到有的设计。此外，从概念设计出发到最终形成 CAD 模型的传统设计是 一个确定的明晰过程，而通过对现有零件原

15、形数字化后在形成 CAD 模型的逆向 工程是一个推理，逼近的过程逆向工程一般可分为四个阶段：零件原形的数字化通常采用三坐标测量机(CMM)或激光扫描等测量装置来获取 零件原形表面点的三维坐标值。从测量数据中提取零件原形的几何特征 按测量数据的几何属性对其进行分割， 采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。 零件原形 CAD 模型的重建 将分割后的三维数据在 CAD 系统中分别做表面模型 的拟合，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。 重建 CAD 模型的检验与修正 采用根据获得的 CAD 模型重新测量和加工出样品 的方法来检验重建的 CAD 模型是否满足精度或其他试验性能指标的要求，对不 满足要求者重复以上过程，直至达到零件的设计要求。逆向工程中常用的测量方法逆向工程中的测量方法大体分为接触式与非接触式两类。接触式测量方法坐标测量机(Coordinate Measuring Machine, CMM)产品模型是现代先进制造技术的基础,而几何模型又是产品模型的基础。因此,产 品的几何模型在先进制造技术中占有重要的地位。生成产品的几何模型一般有两 种途径:一种是由通常意义的CAD造型系统建立产品的几何模型，另一种是由 已有的物理模型直接生成产品的CAD模型,即通过反求工程的途径建立产品的 几何模型。复杂曲面反求工程的首要任务是采集实物