基于CATIA的防滑阀插头逆向工程分析

王南 张海霞 刘月英

摘 要：利用CATIA的自由曲面设计，结合工程实例，从点云数据的采集、曲线和曲面的重建与光顺等方面介绍了逆向设计在工件开发中的应用情况，探讨基于CATIA的逆向设计的一般流程。

关键词：逆向设计;CATIA;曲面重建

前言

逆向工程（Reverse Engineering）也称为反求工程，是在只有产品模型或实物模型，而没有产品定义和图纸的前提下，通过测量得到的数据，建立起数字模型，然后将这些模型和表征用于产品的分析、制造和加工中的过程 [1]。本文研究的是工件的逆向重构，并对其美化渲染，达到更优的可视效果。结合实际经验，以防滑阀插头为例，介绍逆向设计过程及方法。

1.基于CATIA的逆向工程应用

1.1工件数据采集

机械部件对于精度的要求很高，这就对于点云的采集和曲面重建的质量提出了很高要求。所谓点云就是样品表面离散的点的集合，点云数据是获取点的三维坐标值。点云的质量取决于设备的精度。数据采集是逆向的第一环节，也是曲面重建的基础。对于不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据对象的特点选择合适的测量方法和相应的扫描设备 [2]。

1.2软件的选择

CATIA是法国达索公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，该软件在曲面设计、实体造型等方面具有独特的优势，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子＼电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。

2  CATIA逆向流程

在获取点云数据后，就可以利用CATIA进行后续重建工作，构造出实际所需要的产品模型。一般情况下可分为基于曲线的逆向工程、基于曲面的逆向工程两类。要想减小误差，要合理的划分曲面，建立更多曲线来提高曲面质量，对于曲线的擬合度要求也比较大。

下面结合DSE、QSR、GSD及FS模块做一个防滑阀插头组成的逆向实例，以探讨基于CATIA逆向流程的一般步骤。

2.1 导入点云文件

进入DSE模块，点击import图标，在这里使用的点云格式为stl。在import对话框可以选择显示模式，点选Create facets可以直接显示拟合曲面模式，对于后面点云的处理会带来不便，因此一般习惯以点的形式显示，点选Create scans会显示点云边缘线，为了点云的清晰可视性，通常是不选择的。如图1：

2.2 点云过滤及三角形网格化

在DSE模块中点击Filter进行点云过滤，通过三维扫描仪获得的数据庞大，并非所有的数据的都是有用的，由于各种原因产生很多噪点。由于初期导入的点云数据很多，也会使软件运行缓慢，会使操作带来不便，因此过滤点云是必不可少的一步。点云过滤原理是曲面变化缓慢的地方，取点密度可以比较稀疏，在曲面变化较大的部分，要密集取点。如图2。

2.3 曲面的创建与光顺

根据所创建的曲线，利用QSR模块中的曲面拟合工具，以及GSD模块中的扫掠、多截面曲面、桥接、填充等工具来实现曲面的重建。

曲面完成后通常还需要修改编辑，使得相邻曲面的衔接光滑，通过曲面延伸、曲面修剪、曲面参数重新定义等。注意：曲面衔接处大多数情况会有倒圆角，在使用倒圆角之前一定要使两个曲面接合为一体，接合工具中可以选择是否检查曲面连接性，也可以调节精度的大小来接合曲面，然后才能进行圆角处理，获得合理的曲面模型。如图3：

2.4 误差分析与实体化

误差分析是逆向中很重要的一步，一般情况下需要一边构建曲面一边分析误差大小，来确定曲面是否合理，误差的大小关键取决于构建曲线的质量。利用Deviation Analysis工具进行分析操作，在选项Reference中选择点云数据，To measure中选择曲面，然后进行误差分析，达到要求的误差范围。如图4。

3  渲染美化

实际工件不可能是暗淡无光的，这种也无法做工业展示，渲染出来的效果比通过直接三维建模形成的效果显得更加的真实、自然，因此渲染是完成工作的最后一步。CATIA的渲染功能没有其他专业的渲染软件美化的逼真，但是满足工业上的需求是可以的。

4  结束语

本文根据防滑阀插头组成的逆向实例介绍了逆向的重建流程。通过工件数据的采集，模型的重建，实现了工件的数字化。通过点云的处理，曲线创建，曲面的重构完成了零件的三维模型，获得了所需的加工数据。

通过这种三维数字化的方式大大缩减了开发周期，保证了产品质量，更快更好的优化产品。随着计算机的不短发展，逆向工程在工业展示、产品复制中广泛应用，能够更好的服务于实际需求。

参考文献：

[1] 平雪良、周儒荣，逆向工程技术，2009.

[2] 王庆、梁刚，基于CATIA的逆向工程在汽车车身设计中的应用，机械设计，2005.

[3] 胡杰、陈靖睿，基于CATIA的逆向设计在汽车内饰件中的应用，2009.

作者简介：

王南（1988.05—），女，河北省保定市人，保定市华北电力大学

机械工程专业 研究生