基于CATIA軟件的導管逆向設計

匡志華

摘 要：文章首先描述了目前導管類零件在生產制造上存在的不足，介紹了利用逆向工程解決此類問題的思路。通過掃描導管，將實體信息轉化為網格或點云數據，并借助CATIA軟件設計成三維模型，其次分析了逆向過程中掃描操作、點云過濾、母線設計、截面線設計以及分離面設計等方面的基本要求，最后提出了應根據導管的結構特征、技術要求等信息完善模型。

關鍵詞：導管；CATIA；逆向工程

中圖分類號：TH126 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0001-02

近年來，隨著數字制造技術的迅速發展，國內導管的制造水平得到了很大的提高，非焊接導管已基本可以通過數控彎管機進行加工，但對于焊接類導管，在實際裝配中需要隨時進行調整，其形狀與原導管的差異也會較大，這就給更改理論模型帶來了很大困難。

根據模型與零件出現的先后關系，我們可以將生產過程分為正向工程與逆向工程。逆向工程的思路是通過已有的產品來進行三維模型設計，由于其獨特性，既能滿足數字化制造的需要，又可以在原產品的基礎上進行升級。目前在汽車、醫療、航空、航天、虛擬環境等多個領域得到應用。同樣，通過逆向工程將敲修后的導管零件轉化為三維模型，是導管制造的有效方法。

1 導管制造

導管零件結構形式為雙端口或多端口；端口一般為圓形，過渡段帶擴口或者縮口。由于飛機空間有限，為了盡可能節省導管所占空間，必須將導管彎曲成各種形狀，同時避免互相干涉。在實際生產裝配中，導管零件通常需要重新制造。通常需要先敲修導管形成實樣，并以實樣為依據，制造出零件模胎。這種方法不易控制導管的各部位尺寸，工作較為費力，工作量大。即使由有經驗的工人進行操作，并且工裝制造也麻煩。

2 逆向工程

2.1 定 義

逆向工程，是指用某種手段對實物或工裝進行測量，根據測量數據通過CAD方法重構實物CAD模型的方法。

2.2 CATIA逆向功能

對于CATIA的逆向工程，主要是利用點云或者網格設計出模型建立的的基本元素：點、線和面。經過優化處理，建立模型，使之達到符合要求的狀態。CATIA逆向工程主要的模塊為數字化曲面編輯Digtized Shape Editor（簡稱DSE）以及快速曲面創建Quick Surface Reconstruction（簡稱QSR），兩者分別針對逆向設計中的兩個階段。部分逆向掃描設備采集形成的為點云。由于點云包含數量極其龐大的點，不利于設計時分辨零件特征。針對這個問題，需要通過DSE模塊，將點云形成網格。網格無法直接用于零件生產，還需要在QSR模塊下，將網格處理為表面質量更好的曲面。

3 導管逆向建模方法

3.1 掃描要求

采用逆向技術解決導管制造的優點在于可以完全保留敲修后的輪廓。為更好的進行掃描操作以及后期的逆向設計，導管表面應具備較好的光滑度，不應出現變化過于劇烈的部位。

3.2 點云篩選

一般情況下，掃描的點云數據量較大，需要依據零件表面的曲度變化，如圖1所示，篩選合適的數據量，使得既可以保留表面的重要特征，又能提高運算效率，并且更好的利用系統空間。從設計角度考慮，曲度大的部位，需要多一些的點表示零件特征；曲度小的部位，選擇少量的點即可表示零件形狀。由于導管類零件大部分表面的曲度比較類似，因此通常采用平均取點的過濾方式，如圖2所示。

[圖2 過濾]