【文章內(nèi)容簡介】 GINEER 誕生了。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模 軟件的領頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER2021i2。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設 計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品 數(shù)據(jù)管理等等。 Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā) 環(huán)境。下面就 Pro/ENGINEER 的特點及主要模塊進行簡單的介紹。 全相關性： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程 中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝 配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的 構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行 修改。 例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使 用。 裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置 參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性） ，然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計 疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效 率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制， 正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作， 由于使用了 Pro/ENGINEER 獨特的全 相關性功能，因而使之成為可能。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使你利用一些直觀的命令， 例如“嚙合”、 “插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持 大型復雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件安徽機電職業(yè)技術學院 12 的數(shù)量不受限制。 易于使用： 菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)， 提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項， 同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。 根據(jù)全面的分析決定使用 3 個軟件， geomagic 主要用于點云的處理， UG 主要用于三維實體的修 改， CAXA 主要用 于 二維圖的生成。選完軟硬件設備后，介紹逆向工程的一般過程。 在進行逆向工程時，三維掃描是最基本的一步。它是獲得原始點云數(shù)據(jù)的最直接的方法，也是最理想的方法。原始點云數(shù)據(jù)是后面進行逆向處理的根本依據(jù)，因此三維掃描得到點云數(shù)據(jù)的好壞直接影響到逆向建模的成功與否。 三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，主要用于對物體空間外 形和結(jié)構(gòu)進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw 信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了 相當方便快捷的手段。 高速三維掃描及數(shù)字化系統(tǒng)在逆向工程中發(fā)揮著巨大作用。 三維掃描技術能實現(xiàn)非 接觸測量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點。而且其測量結(jié)果能直接與多種軟件接口，這 使它在 CAD、 CAM、 CIMS 等技術應用日益普及的今天很受歡迎。在發(fā)達國家的制造業(yè)中， 三維掃描儀作為一種快速的立體測量設備，因其測量速度快、精度高，非接觸，使用方 便等優(yōu)點而得到越來越多的應用。用三維掃描儀對手板，樣品、模型進行掃描，可以得 到其立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與 CAD/CAM 軟件接口，在 CAD 系統(tǒng)中可以對數(shù) 據(jù)進 行調(diào)整、 修補、 再送到加工中心或快速成型設備上制造， 可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。 三維掃描設備是以三次元測量系統(tǒng)為主。 基本上以接觸式 〈探針式〉 和非接觸式 （激 光、照相、 X 光等方式）兩大類。在早期是以探針式為主，雖然價格較便宜，但速度較 慢，而且以探針與物體接觸會有盲點并且使軟件物體容易變形，影響掃描精度。三維光 學掃描速度快、精確度適當，并且可以掃描立體的物品獲得大量點云數(shù)據(jù)，以利曲面重建。 安徽機電職業(yè)技術學院 13 點云處理 通常掃描后得到的測量數(shù)據(jù)是由大量的三維坐標點所組成，根據(jù)掃描儀的性質(zhì)、掃描參數(shù)和被測物體的大小，由幾百點到幾百萬點不等，這些大量的三維數(shù)據(jù)點稱為點云 測量數(shù)據(jù)處理在反求工程 CAD 建模過程中占有重要地位．是關鍵技術之一；由三坐標測量機或激光掃描儀所測得的數(shù)據(jù)點之間，通常沒有相應的顯示拓撲關系。只是一大 群空間散亂點。掃描得到的產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)會不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和 邊界附近的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)中的壞點，可能使該點及其周圍的曲面片偏離原曲面， 所以要對原始點云數(shù)據(jù)應進行預處理， 在進行 CAD 模型重建之前． 需要對其進行預處理。 數(shù)據(jù)預處理包括：多視拼合、噪聲處理、精減數(shù)據(jù)點云、數(shù)據(jù)點云分割與重組、特征抽 取、對點云數(shù)據(jù)的排序矢量化。 多視拼合：用于將多次測量獲得數(shù)據(jù)融合到統(tǒng)一坐標系中，即進行坐標歸一化 處理。 消除噪聲：由于實際測量中受到各種人為和隨機因素的影響，使得測量結(jié)果包 含噪聲，有必要對測量的點云進行平滑濾波，通常采用高斯、平均或中值濾波，提高點 云的光順程度。 精減點云：測量中的高密度點云，由于存在大量的冗余數(shù)據(jù)，會影響后期建模 的光滑度，并影響加工質(zhì)量。不同類型的 點云可用不同的精減方式：對散亂點云可用隨 機采樣法；對掃描線點云和多邊形點云可用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏差 等方法；對網(wǎng)格化點云可用等分布密度和最小區(qū)域法。 點云的排序：將原始測量點云按一定規(guī)則排序，使之在存儲方向上具有方向性； 多邊形的點云經(jīng)過排序后，可按排序方向判斷輪廓的內(nèi)外關系。本文中，同樣要對各個 “新云”進行排序操作，這樣建立出來的曲面才有可能光順。 點云的分割：點云數(shù)據(jù)分割是對測量數(shù)據(jù)按照一定原則劃分為特征單一、互不 重疊的區(qū)域，使每一塊點云都能用一個數(shù)學函數(shù)來描述，是反 求工程 CAD 建模的關鍵。 通?？捎脭?shù)學捕述的曲面類型有：解析曲面 f 平面、圓錐面、圓柱面、球面等 )和自由曲 面兩種。對自由曲面分塊的原則要求是：區(qū)域內(nèi)的點云曲率沒有突變，安徽機電職業(yè)技術學院 14 或是曲率雖有變 化，但是沿某一方向上的變化情況一致。點云數(shù)據(jù)分割的關鍵是找到塊的邊界，分塊時 應注意塊的數(shù)量要盡可能較少，以減少曲面拼接帶來的困難。 特征抽?。簩Ψ謮K后的點云數(shù)據(jù)，構(gòu)造出能表現(xiàn)曲面形狀的空間曲線．根據(jù)曲 率變化，尋找點云中的邊界、尖角、棱邊、孔等突變特征．再投影到點云，求出給定空 間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點，選取一定方式 f 插值或者擬 合 )建立邊界線、特征線、截面線，根據(jù) 這些已建立的大量曲線建立曲面的特征網(wǎng)格模型，形成模型框架。 實體建模 近年來，運用 AutoCAD 軟件進行二維圖形的設繪已經(jīng)得到很大的普及。但是二維平面圖不能完整和準確地體現(xiàn)出設計者的設計思想，而且，二維圖紙無法對設計對象進行 后續(xù)的結(jié)構(gòu)有限元分析、運動分析、公差分析、以及數(shù)控加工代碼的生成，而這些分析 往往是必不可少的，只有三維實體造型才能滿足這些要求。越來越多的三維設計軟件如 MDT, Solid Works、 ProE、 UG 等，都得到了廣泛的應用。 進行實體 造型，兩方面的良好結(jié)合才能構(gòu)造精確的實體模型。 (1)基于曲面的實體 造型：如果曲面重構(gòu)生成的曲面，其間隙在規(guī)定允許的范圍內(nèi)．可將曲面沿著法線方向 產(chǎn)生一定的厚度，從而生成實體。此方法一般用于復雜自由曲面組成的實體，也是在反 求工程中常用的實體造型方法。 (2)基于體素特征的實體造型：通常將實體定義為簡單 的實體素的組合，采用布爾運算 — 交、并、差實現(xiàn)這種組合．此建模方式通常用于規(guī)則 表面構(gòu)成的實體。對于散亂型、網(wǎng)格型、線型等點云，很難用這種方法生成實體模型。 目前，通常采用反求軟件進行點、線處理，得到基本控制 線框。然后通過 IGES文件 導人大型通用 CAD 軟件．進行仿形設計、改型設計、產(chǎn)品的工業(yè)造型設計或結(jié)構(gòu)設計， 獲得三維數(shù)字化模型；再根據(jù)新產(chǎn)品的功能要求進行創(chuàng)新設計．進一步滿足使用要求。 后續(xù)加工處理 安徽機電職業(yè)技術學院 15 實體建模后的處理包括 CAE 分析， CAM 加工，快速成型。 CAE 分析基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是 由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的 (較簡單的）近似 解，然后推導求解這個域總的滿足條件 (如結(jié)構(gòu)的平衡條件） ，從而得到問題的解。這個 解不是 準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問 題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行 之有效的工程分析手段。 例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應用于 航空器的結(jié)構(gòu)強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事力學研究的科學 家的濃厚興趣。 計算機輔助制造（ CAM）主要用來解決產(chǎn)品造型設計和分析、加工問題，可完成模具產(chǎn)品造型、產(chǎn)品可裝配性檢查、動態(tài)流體 分析等工作 。 常 用 軟 件 有 UG 、 Pro/Engineer