基于PRO/E软件的逆向工程产品设计

　　【编者按】 本文简要介绍了逆向工程技术的概念、系统构成及应用范围，以一款电话听筒的逆向设计为实例，详细介绍了在PRO/E 软件中利用实物模型测量数据文件进行逆向设计的方法和步骤。

　　1 逆向工程的应用范围及结构体系

　　在工业领域，往往会碰到根据模型或实物来构建其三维数字模型的需求。这就用到了逆向工程技术，逆向工程(Reverse Engineering)也称反求工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量即数字化采样，然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD 数字模型，从而实现产品设计与制造的过程。

　　逆向工程在工业制造领域的实际应用主要包括以下几个方面：

　　(1)对产品外形美学有特别要求的领域，由于设计师习惯于依赖3D 实物模型对产品设计进行评估，因此产品几何外形通常不是应用CAD 软件直接设计的，而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型，然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型;

　　(2)当设计需经实验才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法;

　　(3)损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制;

　　(4)产品的检测，例如检测分析产品的变形，检测焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析。在制造业中，逆向工程已成为消化吸收新技术和二次开发的重要途径之一。作为改进设计的一种重要手段，它有效地加快了新产品响应市场的速度。同时，逆向工程也为快速原型提供了很好的技术支持，成为制造业信息传递重要而简洁的途径之一。

　　逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。

　　(1)数据采集

　　数据采集是逆向工程的第一步，其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据，影响到重构的CAD 实体模型的质量，并最终影响产品的质量。

　　(2)数据处理

　　对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前，必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。

　　(3)模型重建

　　将处理过的测量数据导入CAD 系统，依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。

　　2 在PRO/E 软件中的模型重建

　　2.1 导入测量数据文件

　　在PRO/E 软件(下文中的操作步骤适用于PR0/E2001 版本)中新建一个Part 文件，在主界面点击菜单Insert-Date from File…，选择电话听筒的数据文件导入PRO/E 中，如图1 所示。

　　2.2 根据数据文件建立轮廓曲线

　　因为电话听筒从结构上应为上下壳组装而成，而通常外观模型做成一个整体，测绘出的数据文件也为完整的电话听筒外形。分析导入的数据文件，找出电话听筒上下壳的分型面，利用PRO/E 中的拉伸曲面功能Feature-Create-Surface-New-Exturde 绘制分型面，利用曲线绘制的Sketch、Projected 命令绘制出电话听筒的外形轮廓曲线。在此步先绘制上壳部分轮廓曲线，如图2 所示，图中曲面为分型面，暗黄色曲线为轮廓曲线。

　　2.3 绘制基准点

　　在PRO/E 中常用的绘图步骤为建立点-线-曲面-实体。利用已经建立的轮廓曲线和导入的数据曲线，绘制电话听筒的外形曲线。首先在轮廓曲线上绘制基准点，常用的方法为绘制多个基准平面将导入的数据曲线分隔成若干段，以保证能截取主要的外形曲线。为减少绘图特征，一般绘制转折拉伸曲面来代替基准平面的作用。利用PRO/E 中的点绘制命令Curve X Srf(曲线和曲面的交点)，获得转折拉伸曲面与轮廓曲线的交点，作为后续绘制外形曲线的基准点。如图3 所示。

　　2.4 曲线重建

　　以绘制的拉伸平面作为绘图基准面，以轮廓曲线上的点为基准点，参考导入的数据曲线外形，利用PRO/E 的曲线绘制命令Sketch 绘制听筒的外形曲线。如图4 所示。

　　在曲线绘制时需要注意的是并非要完成忠实于导入的数据曲线，数据曲线只是提供参考作用，设计者更多需要留意的是曲线的质量，以及曲线对后续构建的曲面质量的影响。

　　2.5 曲面重建

　　利用已经绘制好的轮廓曲线和外形曲线，应用PRO/E 中最常用的Boundaries 边界曲面绘制功能Feature-Create-Surface-New-Advanced-Boundaries-Blended surf 绘制听筒的外形曲面。在利用Boundaries曲面绘制上部的曲面时，需要对上部中心的轮廓线边界定义(Bndry conds)为法向(Normal)于绘图平面(Sketching plane)，以保证曲面镜像(Mirror)后的顺滑。绘制得如图5 所示曲面。

　　按2.2、2.3 和2.4 所介绍的方法绘制听筒下半部分轮廓曲线、基准点和基准曲线，然后应用PRO/E中的Boundaries 边界曲面绘制功能Feature-Create-Surface-New-Advanced-Boundaries-Blended surf 绘制听筒的下半部分外形曲面，听筒靠耳部位运用旋转曲面功能Create-Surface-New-Revolve绘制完成。合并所绘制的曲面Create-Surface-Merge。在已完成的曲面上倒圆角修饰Feature-Create-SolidRound。完成如图6 所示曲面。

　　图5 局部曲面创建                           图6 曲面创建

　　在PRO/E 中对于形状对称的零件的绘制，通常先完成零件一半特征的绘制，然后再利用镜像(Mirror)命令将绘制好的图形特征对称复制，得到完整的零件。将绘制完成的曲面以基准面DTM1 为镜像基准面做镜像拷贝Feature-Create-Surface-Transform-Mirror-Copy。再将镜像前的曲面和镜像后的曲面做合并处理Create-Surface-Merge，这样就得到一个完整的电话听筒外形封闭曲面。如图7 所示。

　　2.6 实体重建

　　将2.5 中所完成的封闭曲面生成实体，Feature-Create-Solid-Protrusion-Use Quilt，选择封闭曲面，生成如图8 所示电话听筒外形实体图。以分型曲面为基准将实体分为上、下2 个零件，Feature-Create-Solid-Cut-Extrude，分别另存文件名。然后再对分解开的2 个实体零件做薄壳处理Feature-Create-Solid-Shell，得到如图9 和图10 所示的听筒上下壳体零件，其内部结构不再做介绍。

　　图7 整体曲面创建                     图8 实体创建

　　3 结束语

　　逆向工程是一项具备开拓性、实用性和综合性的技术，利用PRO/E 软件的逆向工程技术进行产品设计，可以提高产品设计的准确性，缩短产品开发周期。随着各个行业对产品的快速创新设计要求的提高，逆向工程技术必将得到更广泛的应用。

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