基于CATIA的防滑閥插頭逆向工程分析

王南 張海霞 劉月英

摘 要：利用CATIA的自由曲面設計，結合工程實例，從點云數據的采集、曲線和曲面的重建與光順等方面介紹了逆向設計在工件開發中的應用情況，探討基于CATIA的逆向設計的一般流程。

關鍵詞：逆向設計;CATIA;曲面重建

前言

逆向工程（Reverse Engineering）也稱為反求工程，是在只有產品模型或實物模型，而沒有產品定義和圖紙的前提下，通過測量得到的數據，建立起數字模型，然后將這些模型和表征用于產品的分析、制造和加工中的過程 [1]。本文研究的是工件的逆向重構，并對其美化渲染，達到更優的可視效果。結合實際經驗，以防滑閥插頭為例，介紹逆向設計過程及方法。

1.基于CATIA的逆向工程應用

1.1工件數據采集

機械部件對于精度的要求很高，這就對于點云的采集和曲面重建的質量提出了很高要求。所謂點云就是樣品表面離散的點的集合，點云數據是獲取點的三維坐標值。點云的質量取決于設備的精度。數據采集是逆向的第一環節，也是曲面重建的基礎。對于不同的測量對象和測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。在實際三坐標測量時，應該根據對象的特點選擇合適的測量方法和相應的掃描設備 [2]。

1.2軟件的選擇

CATIA是法國達索公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM領域的領導地位，該軟件在曲面設計、實體造型等方面具有獨特的優勢，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子＼電器、消費品行業，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域。

2 ?CATIA逆向流程

在獲取點云數據后，就可以利用CATIA進行后續重建工作，構造出實際所需要的產品模型。一般情況下可分為基于曲線的逆向工程、基于曲面的逆向工程兩類。要想減小誤差，要合理的劃分曲面，建立更多曲線來提高曲面質量，對于曲線的擬合度要求也比較大。

下面結合DSE、QSR、GSD及FS模塊做一個防滑閥插頭組成的逆向實例，以探討基于CATIA逆向流程的一般步驟。

2.1 導入點云文件

進入DSE模塊，點擊import圖標，在這里使用的點云格式為stl。在import對話框可以選擇顯示模式，點選Create facets可以直接顯示擬合曲面模式，對于后面點云的處理會帶來不便，因此一般習慣以點的形式顯示，點選Create scans會顯示點云邊緣線，為了點云的清晰可視性，通常是不選擇的。如圖1：

2.2 點云過濾及三角形網格化

在DSE模塊中點擊Filter進行點云過濾，通過三維掃描儀獲得的數據龐大，并非所有的數據的都是有用的，由于各種原因產生很多噪點。由于初期導入的點云數據很多，也會使軟件運行緩慢，會使操作帶來不便，因此過濾點云是必不可少的一步。點云過濾原理是曲面變化緩慢的地方，取點密度可以比較稀疏，在曲面變化較大的部分，要密集取點。如圖2。

2.3 曲面的創建與光順

根據所創建的曲線，利用QSR模塊中的曲面擬合工具，以及GSD模塊中的掃掠、多截面曲面、橋接、填充等工具來實現曲面的重建。

曲面完成后通常還需要修改編輯，使得相鄰曲面的銜接光滑，通過曲面延伸、曲面修剪、曲面參數重新定義等。注意：曲面銜接處大多數情況會有倒圓角，在使用倒圓角之前一定要使兩個曲面接合為一體，接合工具中可以選擇是否檢查曲面連接性，也可以調節精度的大小來接合曲面，然后才能進行圓角處理，獲得合理的曲面模型。如圖3：

2.4 誤差分析與實體化

誤差分析是逆向中很重要的一步，一般情況下需要一邊構建曲面一邊分析誤差大小，來確定曲面是否合理，誤差的大小關鍵取決于構建曲線的質量。利用Deviation Analysis工具進行分析操作，在選項Reference中選擇點云數據，To measure中選擇曲面，然后進行誤差分析，達到要求的誤差范圍。如圖4。

3 ?渲染美化

實際工件不可能是暗淡無光的，這種也無法做工業展示，渲染出來的效果比通過直接三維建模形成的效果顯得更加的真實、自然，因此渲染是完成工作的最后一步。CATIA的渲染功能沒有其他專業的渲染軟件美化的逼真，但是滿足工業上的需求是可以的。

4 ?結束語

本文根據防滑閥插頭組成的逆向實例介紹了逆向的重建流程。通過工件數據的采集，模型的重建，實現了工件的數字化。通過點云的處理，曲線創建，曲面的重構完成了零件的三維模型，獲得了所需的加工數據。

通過這種三維數字化的方式大大縮減了開發周期，保證了產品質量，更快更好的優化產品。隨著計算機的不短發展，逆向工程在工業展示、產品復制中廣泛應用，能夠更好的服務于實際需求。

參考文獻：

[1] 平雪良、周儒榮，逆向工程技術，2009.

[2] 王慶、梁剛，基于CATIA的逆向工程在汽車車身設計中的應用，機械設計，2005.

[3] 胡杰、陳靖睿，基于CATIA的逆向設計在汽車內飾件中的應用，2009.

作者簡介：

王南（1988.05—），女，河北省保定市人，保定市華北電力大學

機械工程專業 研究生