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三坐标测量机 |
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结合CAD和PC-DMIS的逆向工程 |
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作者：新疆天业集团公司模具中心 兰明 来源：国际金属加工商情 |
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逆向工程技术是当前先进制造技术热点之一,广义的反求工程是一个复杂的系统工程,包括设计反求、材料反求、工艺反求、管理反求等诸多方面。在模具技术日益发展的今天,反求工程能缩短模具的设计和制造周期，是帮助设计者实现并行工程等现代设计技术的强有力工具，因而得到了越来越广泛的应用。可应用在由已知样件反求模具型腔表面，已有模具的复制以及损坏模具的还原等方面。反求工程主要有两方面关键技术 ：一是实物样件表面数据采集技术 ；二是曲面重构技术。本文主要采用PC-DMIS测量软件结合CopyCAD逆向工程软件实现快速曲面重构。
软件介绍：
PC-DMIS软件介绍：
早期的三坐标测量机仅能输出坐标点。而且只能在机器坐标系下工作。所以测量时先需人工找正工件，即把工件的基准线和测量机的坐标轴线找平。电子计算机的发明和应用将数字化技术引入到测量机系统，从此诞生了三坐标测量软件。PC-DMIS 就是基于三坐标测量机的测量软件，具备：几何测量、新特征构造、行为公差评价、多种扫描、脱机或联机生成零件检测程序，模拟测量过程，脱机纠正测量程序错误，减少测量过程中碰撞造成的损失。实现与CAD系统软件的无缝连接，直接读取工件的CAD模型数据，减少转译误差，提高编程精度，缩短编程时间、提供互动式的超级报告。通过VB接口，用户可以在PC-DMIS平台上随意设计自己的程序，完成特殊零件测量和数据分析与评价。
Delcam CopyCAD软件介绍：
Delcam CopyCAD是由英国 Delcam 公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它可从已有的零部件或实际模型中产生三维CAD模型， 该软件提供了一种能从数字化数据产生CAD表面的综合工具，接受三座标测量机、探测仪和激光扫描器所测到的数据，简易的用户界面使用户在最短的时间内掌握其功能和操作。CopyCAD用户可以快速编辑数字化数据，并能做出高质量、复杂的表面。该软件能完全控制表面边界的选择，自动形成符合规定公差的平滑、多面块曲面，还能保证相邻表面之间相切的连续性。图1是与三坐标测量机的数据导入向导，更为真实的反映原始的测量数据。
图1 与三坐标测量机一致的数据导入向导
CopyCAD 具有友好的输入输出接口，支持多种格式的点云数据读入。
图2 编辑窗口和视图窗口共面
逆向应用的事例
CAD反求是通过扫描点云（Point Cloud）如图3所示，直接生成CAD曲面数模。通过Delcam公司的CopyCAD专用的逆向工程软件，将数模重建和修改生成全新的产品。
图3 点云数据
点云数据的采集：
PC-DMIS 软件对测量的元素可以实现编辑窗口和图形窗口并存，以三维图形显示的方式显示元素。在进行相关计算和分析过程中选择元素时，可以从图形窗口上直观的选取图形，提高了工作效率，如图2所示：用户可以定制需要的图形报告，直接在测量结果上，绘制图形。同时将测量数据和理论值及误差等信息直接标注在图形上，可以自由选择视图方式，以最合理的投影方向来表达测量结果，免除了测量数据后处理工作。
测量必须与造型结合起来考虑，以便使测得的数据点能最大限度的满足造型需要。根据要扫描的部件，在PC-DMIS 软件中选择片面扫描，选择扫描策略，设置相应的对话框然后创建：扫描时速度放2格，步距0.5mm，应用UV单向扫描。如图3所示：点云数据的输入。
CopyCAD提供了使用点云数据建立三角模型所需要的准确步骤，并且提供向导模式，可以提高处理速度，减少了需要选择的菜单功能，并且每一步骤下面隐藏着许多处理功能。对于这样数量巨大的点云数据具有高效的运算、编辑能力。具体步骤如图4所示：三角模型生成导向对话框的最后一步也可以做数据删除的操作，在保证曲面质量的前提下优化减少点云数目、去除离散点，保证三角形数据的准确性。同时由于待测模型不同的几何构造以及采用不同的设备、达到不同的测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同，CopyCAD逆向软件具备针对这些不同分类处理的能力。
图4 CopyCAD三角模型生成向导
本例中的数据是接触式测头，选择“接触式” CopyCAD询问数字化数据时所使用的测头直径是实际的测头直径，用来对数据进行偏置，以得到更为真实的表面。在三角模型生成向导中，指定扫描的使用方法、扫描策略、最小数据化行距等选项和三坐标测量软件PC-DMIS有机的结合起来，更真实的反映了测量的原始数据。通过三角模型生成向导对点云数据进行三角化，在 CopyCAD 浏览器中生成了一个新的模型，名称有个前缀是tri_，表明已经进行了三角化，如图5所示。三角模型可以直接转到PowerMILL 中进行加工而不需要曲面化操作。PowerMILL对生成的三角模型进行加工时，会准确的按照三角模型来生成刀具路径。
图5 三角化后的模型
在CopyCAD软件中的曲面的构建：
在CopyCAD中创建曲面有多种方法来实现，用户可以根据模型的实际状况来选择适合的方法。曲面创建的方法大致分为：1、通过四边法来创建曲面（此方法会严格按照三角模型来生成UV曲面）；2、通过三角形提取特征曲线，将特征曲线转入PowerSHAPE中进行正向的直接造型；3、通过PowerSHAPE直接定位一些标准的体素特征，省去由测量、逆向过程中所产生的误差。
CopyCAD与PowerSHAPE都是Delcam公司基于Windows内核所研发的产品，在兼容性的表现上堪称完美。众所周知，逆向工程的工作单纯通过逆向软件来实现是比较困难的，模型的部分区域可以直接通过PowerSHAPE中曲线或者定位标准体素来完成，通过正向、逆向相结合就给逆向工程工作带来了极大的便利，省去频繁的存储与读取，取而代之的只是一个按钮，正向逆向的工作环境只需要一键切换，真正实现正逆向的无缝集成。
传统的四边法创建曲面在CopyCAD中也是非常简便的，只需要依次选择曲面模型的四个端点，曲面模型随即产生。对于边界复杂的区域，可以在选择端点的时候按住ctrl键，可以任意的添加端点中间的控制点，以更好的控制曲面的边界轮廓。如图6所示。
图6 四边曲面法创建曲面
对于此模型还有更好创建曲面的方法：就是通过三角形提取特征曲线 ；对于这个模型分析，发现端部曲面是由一条曲线回转而成，我们只需在逆向工程中提取特征曲线，转到正向环境中去产生回转曲面，这样可以快速的获得端部的曲面模型，减少操作步骤，简化操作过程。如图7、图8所示：
图7 逆向环境提取特征曲线
图8 正向环境利用特征曲线构建曲面
曲面创建完成以后，我们需要对所创建的曲面进行误差分析，检验曲面是否合格，CopyCAD提供了直观的误差色带分析功能，可以设定允许的误差值，从而控制误差显示的颜色范围。如图9所示。误差分析的同时，CopyCAD还提供了确切的误差值，这样便于用户准确的把控误差值。
图9 误差分析
(end)
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(7/13/2008) |
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