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1、基于PRO/E复杂曲面模型的逆向工程与制造ee（ee）指导教师：ee摘要本文研究了逆向工程的关键技术，并应用于复杂曲面的模型重建。逆向工程的关键技术包括：数据获取、数据处理和模型重建。通过对数据处理方法进行研究，得到数据处理的一般流程。根据复杂曲面的特点，采用逆向工程方法完成模型重建工作。采用serein激光扫描仪高效率、高精度地完成复杂曲面的数据获取工作。应用imageware和Pro/E软件完成曲面的数据处理工作，获得完整、准确的数据以方便后续模型重建工作的进行。运用Pro/E软件中小平面特征和重新造型的方法，重复利用软件优势，完成曲面模型的重构工作。研究表明，采用逆向工程的方法完成曲面模
2、型，可以获得较高的模型质量，提高效率，是一种行之有效的方法，具有重要的实际意义和较高的应用价值。关键词逆向工程；小平面特征；重新造型；imageware；Pro/E Reverse Engineering and Manufacture of Complex Surface Models Based on Pro/Eee（ee）tutor: eeAbstract: In this thesis, the key techniques of reverse engineering are researched and applied to model reconstruction of scul
3、ptured surface. The key techniques of reverse engineering include：data acquisition, data processing and model reconstruction. By researching flow of data processing is explored. In light of the characteristics of sculptured surface, the model is completed with reverse engineering. The data is collec
4、ted with laser scanner efficiently and accurately. The data processing of sculptured surface is done with imageware and Pro/E, which result in an integrated and accurate data convenient for model reconstruction. Using the method of facet and restyle feature of Pro/E, the model of sculptured surface
5、is conducted.The research indicates that the model of sculptured surface, completed with reverse engineering, is an effective technique, which can bring about high quality model and efficiency and have great actual and practical value.Key words: Reverse Engineering, Facet Feature, Restyle, imageware
6、, Pro/E目 录1. 绪论11.1. 引言11.2. 逆向工程特点和过程11.3. 快速成型的技术原理、早期发展和特点功能31.3.1. 快速成型原理31.3.2. 快速成型工艺方法41.3.3. 快速成型技术的早期发展61.3.4. 快速成型技术的特点功能81.4. 软件介绍91.4.1. Imageware软件简介91.4.2. Pro/Engineer软件逆向工程模块简介102. 逆向工程一般步骤122.1 实体三维数据的获得扫描122.2 点云处理142.3 曲面重构142.4 实体建模163. 建立米老鼠头像曲面具体步骤173.1. 米老鼠头像曲面逆向开发的流程173.2. 数据
7、获取和处理173.2.1. 扫描173.2.2. 点云数据清理183.2.3. 数据转化导出通用格式193.3. 小平面特征193.3.1. 造型前准备203.3.2. 输入点云数据203.3.3. 点云数据处理213.3.4. 包络处理223.3.5. 小平面处理233.4. 重新造型273.5. 曲面实体化283.6. 快速成型制造304. 总结31致 谢32参考文献331. 绪论1.1. 引言逆向工程（Reverse Engineering）也称反求工程，是相对正向设计而定义的一种设计方法，是从实物模型到电子模型或理论概念的一个反向推理、挖掘、优化的系统过程，在国内外各个领域被广泛应用。
8、它的意义不仅仅在于消化吸收并改进国内外的先进技术，更体现在逆向反求的过程中接纳先进的设计思想和制造理念，进而实现理论和思想上的创新，这对于我国科技进步和制造业的发展具有十分重要的意义。Pro/ENGINEER是美国PTC公司于1988年开发出的参数化建模软件系统，它广泛应用于机械、电子航天、模具、工业设计、汽车和玩具等行业。其所提供的独立几何、小平面特征和重新造型等模块都可完成逆向反求工作。1.2. 逆向工程特点和过程在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因往往我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或CAD数据档案，有时，甚至可能连
9、一张可以参考的图纸也不存在，没法得到准确的尺寸，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。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。随着计算机技术的飞速发展，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。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CAD领域，这就是所谓的逆向工程。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成等比例的模具，再进行量产。这种方法属于类比式（Analog type）复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外
10、形修改。这为后续的改进设计造成很大程度上的麻烦。传统的复制方法时间长而效果不佳，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。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。并给出一个一体化的解决方案：样品数据产品。逆向工程通常是以专案方式执行模型的仿制工作。往往制作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，如木鞋模、高尔夫球头、玩具、电气外壳结构等，由制作单位复制（Copy）出来。因为有长期专门从事逆行工作的专业技术人员，所以工作效率很高。逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲向重构，并对重构的曲面进
11、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。逆向工程应用领域相当广泛，有军工、模具制造业、玩具业、游戏业、电子业、鞋业、高尔夫球业、艺术业、医学工程及产品造型设计等方面。逆向工程建模的一般流程图图1. 1 逆向建模一般流程模型曲面分析确定扫描方案进行实体点云扫描进行点云数据处理建立需要的曲线建立曲面实体建模(如图1. 1所示)。1.3. 快速成型的技术原理、早期发展和特点功能1.3.1. 快速成型原理企业的发展战略已经从60年代“如何做的更多”、70年代“如何做的更便宜”、80年代“如何做的更好”发展到90年代的“如何做的更快”。快速成型（
12、也称快速原型）制造技术(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M)就是在这种背景下逐步形成并得以发展的。快速成型将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成一体。依据计算机上构成的工件三维设计模型(图1. 2 (a)，对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓(图1. 2 (b)。按照这些轮廓，成形装置选择性地固化-层层的液态树脂(或切割-层层的纸，烧结-层层的粉末材料，喷涂-层层的热熔材料或粘结剂等)， 形成各个截面轮廓(图1. 2 (c)并逐步顺序叠加成三维工件(图1. 2 (d)
13、。图1. 2 快速成型制作过程快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法-部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件。而采用全新的“增长”加工法，用层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的10-30的工时和20-35的成本，就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形 具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术，实现并行工程(Concurrent Engineering，简称CE)的必不可少的手段。 1.3.2. 快速成型工艺方法目前快速成型主要工艺方法及其分类见图1.
14、3所示图1. 3 快速成型主要工艺方法及其分类1) 立体光固化成型法（SL, Stereo-Lithography）光固化法(SL)是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。SL工艺的优点是精度较高，一般尺寸精度可控制在0.01
15、mm;表面质量好;原材料利用率接近100%;能制造形状特别复杂、精细的零件;设备市场占有率很高。缺点是需要设计支撑;可以选择的材料种类有限;制件容易发生翘曲变形;材料价格较昂贵。该工艺适合比较复杂的中小型零件的制作。2) 选择性激光烧结法(SLS, Selective Laser Sintering)选择性激光烧结法(SLS)是在工作台上均匀铺上一层很薄(100-200)的作金属(或金属)粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层截面轮廓逐点地进行扫描、烧结，使粉末固化成截面形状。完成一个层面后工作台下降一个层厚，滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺上一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末保留在原位置起支撑作用，这个过程重复进行直至完成整个零件的扫描、烧结，去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理后便获得需要的零件。用金属粉或陶瓷粉进行直接烧结的工艺正在实验研究阶段，它可以直接制造工程材料的零件。SLS工艺的优点是原型件机械性能好，强度高，无须设计和构建支撑，可选材料种类多且利用率高(100%)。缺点是制件表面粗糙，疏松多孔，需要进行后处理，制造成本高。采用各种不同成分的金属粉末进行烧结，经渗铜等后处理特别适合制作
