proe 逆向工程学 模流分析塑胶模具

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1、Pro e 逆向工程的流程在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键，而往往我们都会遇到这样的难题，就是客户给你的只有一个实物样品或手板模型，没有图纸或CAD数据档案，工程人员没法得到 准确的尺寸，制造模具就更为烦杂。用传统的雕刻方法，时间长而效果不佳，这时候你就需要一个一体化的解决方案：从样品一数据一产品， 逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。逆向工程通常是以专案方式执行一模型的仿制工作。往往拟制作的产品没有原始设计图档，而是委托单位交付一 件样品或模型，如木鞋模、高尔夫球头、玩具、电气外壳结构等，请制作单位复制(Copy)出来。

2、传统的复制方法是用立体雕刻机或液压三次元靠模铣床制作出一比一成等比例的模具，再进行量产。这种方法属 称类比式(Analog type)复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改，已渐渐为新型数位化的逆向工 程系统所取代。逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合反求软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行 快速成型或 CNC 数控加工。IGES数据可传给一般的CAD系统(如：UG、PR0-E等)，进行进一步修改和再设计。另外，也可传给一些CAM系统(如：UG、MASTE

3、RCAM、SMART-CAM等)，做刀具路径设定，产生数控代码，由CNC 机床将实体加工出来。STL数据经曲面断层处理后，直接由激光快速成型方式将实体制作出来。以上过程就是逆向工程的流程。Pro e 逆向工程的流程ImagewareImageware 由美国 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、 模具、计算机零部件等设计与制造领域。该软件拥有广大的用户群，国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、 raytheon、Toyota等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。 Cad

4、 设计师 http:/www.CadD以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始 阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风 洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最 终油泥模型才是符合需要的模型。如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软 件。首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件（例如：Imageware surfacer）进行处理即 可获得 class 1

5、曲面。 Cad 设计师 http:/www.CadD随着科学技术的进步和消费水平的不断提高，其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。以微软 公司生产的鼠标器为例，就其功能而言，只需要有三个按键就可以满足使用需要，但是，怎样才能让鼠标器的手感最 好，而且经过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微软公司首先根据人体工程学制 作了几个模型并交给使用者评估，然后根据评估意见对模型直接进行修改，直至修改到大家都满意为止，最后再将模 型数据利用逆向工程软件 Imageware 生成 CAD 数据。当产品推向市场后，由于外观新颖、曲线流畅，再加上手感 也很好，符合人体工

6、程学原理，因而迅速获得用户的广泛认可，产品的市场占有率大幅度上升。Cad 设计师http:/www.CadDImageware 逆向工程软件的主要产品有：Surfacer逆向工程工具和class 1曲面生成工具Verdict对测量数据和CAD数据进行对比评估Build it提供实时测量能力，验证产品的制造性RPM生成快速成型数据 Cad设计师http:/www.CadDView功能与VErdict相似，主要用于提供三维报告Imageware 采用 NURB 技术，软件功能强大，易于应用。 Imageware 对硬件要求不高，可运行于各种平台： UNIX 工作站、 PC 机均可，操作系统可以是

7、UNIX、 NT、 Windows95 及其它平台。 Cad 设计师 http:/www.CadDImageware 由于在逆向工程方面具有技术先进性，产品一经推出就占领了很大市场分额，软件收益正以 47% 的 年速率快速增长。Surfacer 是 Imageware 的主要产品，主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点曲线曲面原则， 流程简单清晰，软件易于使用。其流程如下：、点过程 Cad 设计师 http:/www.CadD读入点阵数据。Surfacer可以接收几乎所有的三坐标测量数据，此外还可以接收其它格式，例如：STL、VDA等。 将分离的点阵对齐在一起（如果需要）。有时候由于零件形

8、状复杂，一次扫描无法获得全部的数据，或是零件较大无法一次扫描完成，这就需要移动或旋转零件，这样会得到很多单独的点阵。 Surfacer 可以利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点阵准确对齐。 对点阵进行判断，去除噪音点（即测量误差点）。由于受到测量工具及测量方式的限制，有时会出现一些噪音点， Surfacer 有很多工具来对点阵进行判断并去掉噪 音点，以保证结果的准确性。通过可视化点阵观察和判断，规划如何创建曲面。 一个零件，是由很多单独的曲面构成，对于每一个曲面，可根据特性判断用用什么方式来构成。例如，如果曲面 可以直接由点的网格生成，就可以考虑直接采用这一片点阵；如果曲面需要采用多段

9、曲线蒙皮，就可以考虑截取点的分段。提前作出规划可以避免以后走弯路。Cad设计师http:/www.CadD根据需要创建点的网格或点的分段。Surfacer 能提供很多种生成点的网格和点的分段工具，这些工具使用起来灵活方便，还可以一次生成多个点的分 段。二、曲线创建过程 Cad 设计师 http:/www.CadD判断和决定生成哪种类型的曲线。 曲线可以是精确通过点阵的、也可以是很光顺的（捕捉点阵代表的曲线主要形状），或介于两者之间。 创建曲线。根据需要创建曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。控制点增多则形状吻合度好，控制点减少则曲线较为光 顺。诊断和修改曲线。 Cad 设计师 http:/w

10、ww.CadD 可以通过曲线的曲率来判断曲线的光顺性，可以检查曲线与点阵的吻合性，还可以改变曲线与其它曲线的连续性（连接、相切、曲率连续）。 Surfacer 提供很多工具来调整和修改曲线。 Cad 设计师 http:/www.CadD三、曲面创建过程决定生成那种曲面。同曲线一样，可以考虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面（例如 class 1 曲面），或两者兼顾，可根据产品设计需 要来决定。创建曲面。 Cad 设计师 http:/www.CadD创建曲面的方法很多，可以用点阵直接生成曲面（Fit free form），可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界线等方法 生成曲面，也可以结合点阵和曲线的信

11、息来创建曲面。还可以通过其它例如园角、过桥面等生成曲面。诊断和修改曲面。 Cad 设计师 http:/www.CadD 比较曲面与点阵的吻合程度，检查曲面的光顺性及与其它曲面的连续性，同时可以进行修改，例如可以让曲面与 点阵对齐，可以调整曲面的控制点让曲面更光顺，或对曲面进行重构等处理。英国 Triumph Motorcycles 有限公司的设计工程师 Chris Chatburn 说：“利用 Surfacer 我们可以在更短的时间内 完成更多的设计循环次数，这样可以让我们减少 50% 的设计时间。”最 新发布的 Surfacer 10.6 软件将以 下工作流程的高性能 工具完整的集成到 一起

12、： Cad 设计师 http:/www.CadD弹性的曲面创建工具：可以在一个弹性的设计环境里非常方便的直接从曲线、曲面、或测量数据创建曲面，支持贝茨尔(Bezier)和非均匀有理B样条(NURBS)曲面两种方法。用户可以选择适合的曲面方法，通过结合两种方法的 优点来获益。 Cad 设计师 http:/www.CadD动态的曲面修改工具：允许用户在交互的方式下试探设计主题，立刻就可以看到是否美观和思路是否符合工程 观念。设计、工程分析、制造的标准都通过精心的构造过程考虑进去，所以当每次修改曲面时不需要再重新校核标准。实时的曲面诊断工具：可以提供诸如任意截面的连续性、曲面反射线情况、高亮度线、光

13、谱图、曲率云图和园 柱型光源照射下的反光图等多种方法，在设计的任何时候都可以查出曲面缺陷。有效的曲面连续性管理工具：在复杂的曲面缝补等情况下，即使曲面进行了移动修改等操作，也能保证曲面同与之相连的曲面间的曲率连续，避免了乏味的手工再调整过程。Cad设计师http:/www.CadD强大的处理扫描数据能力：根据 Rainbow 图法(相当于假设雨水从上面落下，由于形状差异导致雨水流速差异)、 曲率大小变化云图法(对于一个完全光顺的 class 1 曲面，相当于曲率大小变化为零，对于两个不同曲面，此值会不同) 将扫描数据分开，这样可以很快地捕捉产品的主要特征，并迅速建立各个相应曲面，避免了费事的分

14、析和处理。正是由于 Imageware 在计算机辅助曲面检查、曲面造型及快速样件等方面具有其它软件无可匹敌的强大功能， 使它当之无愧的成为逆向工程领域的领导者。Geomagic Studio Cad 设计师 http:/www.CadD由美国 Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件 Geomagic Studio 可轻易地从扫描所得的点云数据 创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为 NURBS 曲面。该软件也是除了 Imageware 以外应用最为广泛的 逆向工程软件。Geomagic Studio 主要包括 Qualify、Shape、Wrap、Dec imate、

15、Capture 五个模块。主要功能包括： Cad 设计师 http:/www.CadD自动将点云数据转换为多边形(Polygons)快速减少多边形数目(Decimate)把多边形转换为 NURBS 曲面曲面分析（公差分析等）输出与CAD/CAM/CAE匹配的文件格式（IGS、STL、DXF等）1从CAD数模得到的产品模型2. 将 CAD 模型读入 Geomagic Studio3. CAD设计模型与从实际模型扫描所得的点云数据（不同坐标系）4扫描数据与CAD模型的自动对合5扫描数据与CAD模型的自动对齐6. 误差以彩色图形直观显示7. 用户可标出任意点误差Cad设计师http:/www.Cad

16、D8. Qualify的结果可以输出为HTML格式CopyCADCopyCAD 是由英国 DELCAM 公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型 中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的CAD曲面的产生提供了复杂的工具。CopyCAD能够接受来自 坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。Cad设计师http:/www.CadDCopyCAD 简单的用户界面允许用户在尽可能短的时间内进行生产，并且能够快速掌握其功能，既使对于初次使 用者也能做到这点。使用 CopyCAD 的用户将能够快速编辑数字化数据，产生具有高质量的复杂曲面。该软件系统 可以完全控制曲

17、面边界的选取，然后根据设定的公差能够自动产生光滑的多块曲面，同时， CopyCAD 还能够确保在 连接曲面之间的正切的连续性。该软件的主要功能如下：数字化点数据输入DUCT 图形和三角模型文件CNC 坐标测量机床 Cad 设计师 http:/www.CadD分隔的 ASCII 码和 NC 文件激光扫描器、三维扫描器和 SCANTRONPC ArtCAMRenishaw MOD 文件点操作 能够进行相加、相减、删除、移动以及点的隐藏和标记等点编辑 能够为测量探针大小对模型的三维偏置进行补偿 能够进行模型的转换、缩放、旋转和镜像等模型转换 能够对平面、多边形或其它模型进行模型裁剪三角测量 Cad

18、设计师 http:/www.CadD 在用户定义的公差和选项内的数字化模型的三角测量，包括： 原始的法线设置 尖锐尖锐特征强化 特征匹配来自点法线数据的特征 关闭三角测量为了快速绘图可以关闭模型 特征线的产生边界转换模型外边缘为特征线间断为找到简单的特征（如凸出和凹下）而探测数据里的尖锐边缘 能够转换数字化扫描线为特征线 输入的数据能够从点文件中摘录多线条和样条曲线曲面构造 Cad 设计师 http:/www.CadD 通过在三角测量模型上跟踪直线产生多样化曲面 在连接的曲面之间，用已存在的曲面定义带有选项的正切连续性的边界 使用特征线指导和加快曲面定义曲面错误检查比较曲面与数字化点数据 报告

19、最大限、中间值和标准值的错误背离错误图形形象地显示变化输出 Cad 设计师 http:/www.CadDIGES、CADDS4XSTL ASCII 码和二进制DUCT 图形、三角模型和曲面分隔的 ASCII 码RapidFormRapidForm是韩国INUS公司出品的全球四大逆向工程软件之一，RapidForm提供了新一代运算模式，可实时 将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为3D Scan后处理之最佳化的接口。RapidForm也将使您的工作效 率提升，使 3D 扫描设备的运用范围扩大，改善扫描品质。Cad 设计师 http:/www.CadD多点云数据管理介面高级光学3D扫描仪会产

20、生大量的数据（可达100,000200,000点），由于数据非常庞大，因此需要昂贵的电脑硬 件才可以运算，现在 RapidForm 提供记忆管理技术（使用更少的系统资源）可缩短您处理数据的时间。多点云处理技术可以迅速处理庞大的点云数据，不论是稀疏的点云还是跳点都可以轻易地转换成非常好的点云， RapidForm 提供过 滤点云工具以及分析表面偏差的技术来消除 3D 扫描仪所产生的不良点云。快速点云转换成多边形曲面的计算法在所有逆向工程软件中， RapidForm 提供一个特别的计算技术，针对 3D 及 2D 处理是同类型计算，软件提供了一 个最快最可靠的计算方法，可以将点云快速计算出多边形曲面

21、。 RapidForm 能处理无顺序排列的点数据以及有顺序排 列的点数据。彩色点云数据处理RapidForm 支持彩色 3D 扫描仪，可以生成最佳化的多边形，并将颜色信息映像在多边形模型中。在曲面设计过程 中，颜色信息将完整保存，也可以运用RP成型机制作出有颜色信息的模型。RapidForm也提供上色功能，通过实 时上色编辑工具，使用者可以直接对模型编辑自己喜欢的颜色。点云合并功能 Cad 设计师 http:/www.CadD多个点扫描数据有可能经手动方式将特殊的点云加以合并，当然， RapidForm 也提供一技术，使用者可以方便地对点 云数据进行各种各样的合并。注： Roland 模具加工

22、机随机所附的 PixForm 软件为 RapidForm 的 OEM 软件。 Cad 设计师 http:/www.CadD。该文章转自【CAD设计师网站-urlhttp:/www.CadD/url】转载请保留版权 原文链接： Pro e逆向工程的流程逆向工程是相对于现在的正向工程而言，正向工程就是我们先设计有图纸，然后按图纸加工出产品实物，而逆向工程是以目前已有的实物通过三维激光超数及逆向软件处理，还原为电脑模型，并且可以修改和改进。逆向工程的概念逆向工程（Reverse Engineering,RE ）是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员的一般概念中， 产品设计过程是一个从无到有的过程

23、，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通 过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的 产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程 产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。从这个意义上 说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随 着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工 程技

24、术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要 利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是将产 品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。 从图1中我们可以看出，逆向工程的整个实施过程包括了从测量数据采集、处理到常规CAD/CAM系统，最终与产 品数据管理系统（PDM系统）融合的过程。工程的实施需要人员和技术的高度协同、融合。逆向工程实施原理：逆向工程在 CAD/CAM 系统中的作用逆向工程技术不是一个孤立的技术，它和测量技术

25、及现有 CAD/CAM系统有着千丝万缕的联系。但是在实际应用过程中，由于大多数工程技术人员对逆向工程技术不够了解， 将逆向工程技术与现有 CAD/CAM 技术等同起来，用现有 CAD/CAM 系统的技术水平要求逆向工程技术，往往造成 人们对逆向工程技术的不信任和误解。从理论角度分析，逆向工程技术能够按照产品的测量数据重建出与现有 CAD/CAM系统完全兼容的三维模型，这是逆向工程技术的最终实现目标。但是我们应该看到，目前人们所掌握的技 术，包括工程上的和纯理论上的（如曲面建模理论），都还无法满足这种要求。特别是针对目前比较流行的大规模“点 云”数据建模，更是远未达到可以直接在 CAD 系统中应

26、用的程度。因此我们认为，目前逆向工程 CAD 技术与现有 CAD/CAM 系统的关系只能是一种相辅相成的关系。现有 CAD/CAM 系统经过几十年的发展，无论从理论还是实际 应用上都已经十分成熟，在这种状况下，现有 CAD/CAM 系统不会也不可能为了满足逆向工程建模的特殊要求变更 系统底层。另一方面，逆向工程技术中用到的大量建模方法完全可以借鉴现有 CAD/CAM 系统，不需要另外搭建新 平台。基于这种分析，我们认为逆向工程技术在整个制造体系链中处于从属、辅助建模的地位，逆向工程技术可以利 用现有CAD/CAM系统，帮助其实现自身无法完成的工作。有了这种认识，我们就可以明白为什么逆向工程技术

27、（包 括相应的软件）始终不是市场上的主流，而大多数 CAD/CAM 系统又均包含逆向工程模块或第三方软件包这样一种 情况。逆向工程技术在模具行业中的应用从逆向工程的概念和技术特点可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、 玩具和家电等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领 域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终 符合要求的模具并反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提 高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是以

28、生产各种汽车、玩具配套件的地区、企业有着 十分广阔的应用前景。这些地区、企业经常需要根据客户提供的样件制造出模具或直接加工出产品。在这些企业，测 量设备和 CAD/CAM 系统是必不可少的，但是由于逆向工程技术应用不够完善，严重影响了产品的精度以及生产周 期。因此，逆向工程技术与 CAD/CAM 系统的结合对这些企业的应用有重要意义。这一点我们在多年的技术服务过 程中深有体会。一方面各个模具企业非常欢迎在企业推广逆向工程技术，但另一方面又苦于缺乏必要的指导和合适的 软件产品。这种情况严重制约了逆向工程技术在模具行业的推广。与CAD/CAM系统在我国几十年的应用时间相比， 逆向工程技术为工程技术

29、人员所了解只有十几年甚至几年的时间。时间虽短，但逆向工程技术广泛的应用前景已经为 大多数工程技术人员所关注，这对提高我国模具制造行业的整体技术含量，进而提高产品的市场竞争力具有重要的推 动作用。逆向工程软件逆向工程的实施需要逆向工程软件的支撑。逆向工程软件的主要作用是接收来自测量设备的产品数据， 通过一系列的编辑操作，得到品质优良的曲线或曲面模型，并通过标准数据格式将这些曲线曲面数据输送到现有 CAD/CAM 系统中，在这些系统中完成最终的产品造型。由于无法完全满足用户对产品造型的需求，因此逆向工程 CAD 软件很难与现有主流 CAD/CAM 系统，如 CATIA、UG、Pro/ENGINEE

30、R 和 SolidWorks 等抗衡。很多逆向工程 软件成为这些CAD/CAM系统的第三方软件。如UG采用ImageWare作为UG系列产品中完成逆向工程造型的软件， Pro/ENGINEER采用ICEM Surf作为逆向工程模块的支撑软件。此外还有一些独立的逆向工程软件，如GeoMagic等, 这些软件一般具有多元化的功能。例如， GeoMagic 除了处理几何曲面造型以外，还可以处理以 CT、MRI 数据为代 表的断层界面数据造型，从而使软件在医疗成像领域具有相当的竞争力。另外一些逆向工程软件作为整体系列软件产 品中的一部分，无论数据模型还是几何引擎均与系列产品中的其他组件保持一致，这样做

31、的好处是逆向工程软件产生 的模型可以直接进入CAD或CAM模块中，实现了数据的无缝集成，这类软件的代表是DELCAM公司的CopyCAD。 下面介绍几个比较著名的逆向工程软件。GeoMagic美国RainDrop公司的逆向工程软件，具有丰富的数据处理手段， 可以根据测量数据快速构造出多张连续的曲面模型。软件的应用领域包括了从工业设计到医疗仿真等诸多方面，用户 包括通用汽车、BMW等大制造商。ImageWare作为UG NX中提供的逆向工程造型软件，ImageWare具有强大的测量 数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面（CLASS A）

32、具有良好的品质和曲面连续性。ImageWare的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量 数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差。CopyCAD是英国DELCAM公司系列CAD产品中的一个，主要处 理测量数据的曲面造型。DELCAM的产品涵盖了从设计到制造、检测的全过程。包括PowerSHAPE、PowerMILL、 PowerINSPECT、ArtCAM、CopyCAD、PS -TEAM等诸多软件产品。作为系列产品的一部分，CopyCAD与系列中 的其他软件可以很好地集成。RapidForm是由韩国INUS公司开发的逆向工程软件。主要用于处理测量、扫描数据的 曲面建模以

33、及基于CT数据的医疗图像建模，还可以完成艺术品的测量建模以及高级图形生成。RapidForm提供一整 套模型分割、曲面生成、曲面检测的工具，用户可以方便的利用以前构造的曲线网格经过缩放处理后应用到新的模型 重构过程中。以上介绍的是目前较常见的逆向工程软件，在国内能够见到的商品化的逆向工程软件均是国外的。国内在逆向工程软 件方面虽然也有研究，但是主要集中在几所高校。其中以清华大学、浙江大学、南京航空航天大学在这方面的研究比 较深入，这些研究成果也有一些以软件产品形式出现，由于系统稳定性、可操作性等方面的原因，这些研究性软件还 没有完全具备与国外商业化软件竞争的条件。由国内逆向工程领域专业人士参与开发的逆向工程软件 QuickForm 是 国内逆向工程软件中较好的一个。该系统采用先进的几何引擎，运行稳定性好，具有良好的可操作性。由于开发人员 具有丰富的逆向工程实施经验，因此系统中的功能设置、操作方式符合国内用户的习惯，这是国外软件所无法具备的。 QuickForm的另一个优势是价格优势，QuickForm的价格在同类软件中具有极强的竞争力。同时，使用国产软件也是 对国内制造业和软件行业的支持。