CopyCAD 在逆向工程中的應(yīng)用作為一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計手段朽色，目前逆向工程在我國受到越來越多的企業(yè)的重視，逆向技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛被關(guān)注起來星著。逆向工程技術(shù) (Reverse Engineering) 的工程概念是：通過對已有產(chǎn)品模型進(jìn)行三維數(shù)字化掃描惯慎，來獲取產(chǎn)品模型的表面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件進(jìn)行處理铡碧，最終形成三維數(shù)學(xué)模型嗦休，用于產(chǎn)品的重新設(shè)計及數(shù)控加工以及結(jié)構(gòu)分析。它不同于我們通常的由二維草圖設(shè)計到三維立體模型設(shè)計再到加工或快速成型的設(shè)計思路愧蔬，所以它是一種基于實(shí)體而沒有數(shù)學(xué)模型的設(shè)計方法霹糜。

　　逆向工程廣泛的應(yīng)用于航空航天掺变、汽車、機(jī)械淳篡、電子電器及模具、玩具糯湃、醫(yī)學(xué)些援、制鞋等各行各業(yè)，其應(yīng)用主要在以下幾個方面：

　1.新零件的設(shè)計捧擂，主要用于產(chǎn)品的改型或仿型設(shè)計准徘。

　2.已有零件的復(fù)制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計意圖艾遗，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和存檔洛退。

　3. 從已有產(chǎn)品零件直接快速生成 STL 模型， 用于快速成型（ RPM ）或模具設(shè)計杰标。

　4. 數(shù)字化模型的檢測兵怯，變形分析、有限元分析等腔剂，以及進(jìn)行與原設(shè)計模型的比較媒区。

　5. 損壞或磨損零件的還原和修復(fù)。

　　然而作為種新興的技術(shù)掸犬，許多企業(yè)對逆向工程并不了解袜漩，認(rèn)為只要有三維測量或掃描設(shè)備，有通用的 CAD 軟件就可以進(jìn)行逆向工作了湾碎。其實(shí)這是不夠的宙攻，在 逆向工程的應(yīng)用過程有許多是其他普通逆向軟件和 CAD 軟件無法實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)， 逆向工作必須有專業(yè)的逆向軟件和工藝知識才能很好的完成這一項(xiàng)復(fù)雜的工作介褥。

　　專業(yè)逆向軟件相對于普通軟件的優(yōu)勢在于：

　　1. 對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和編輯的能力 ：因?yàn)橛性S多測量設(shè)備可以提供掃描工作座掘，所以要求逆向軟件具備能夠讀入絕大多數(shù)設(shè)備所生成的不同的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式能力。同時由于點(diǎn)云的數(shù)量是非常巨大的呻顽，往往有幾十萬到上千萬去谈、甚至上億的點(diǎn)需要處理，這就需要逆向軟件對于這樣數(shù)量巨大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有高效的運(yùn)算喇纬、編輯能力费罚。具備在保證曲面質(zhì)量的前提下優(yōu)化減少點(diǎn)云數(shù)目、剔出壞點(diǎn)的功能凯书。同時由于待測模型不同的幾何構(gòu)造以及采用不同的設(shè)備滋池、達(dá)到不同的 測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同咬恨。 這就需要逆向軟件能夠具備針對這些不同能分類處理的能力茸暖。

　　2. 對三角模型進(jìn)行優(yōu)化和編輯的能力： 由于測量設(shè)備精度不高文鸽、測量數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、測量模型有缺陷或損傷等種種原因畦瞒，往往會造成生成的 STL 模型會有許多破洞和缺陷纹词，這就需要逆向軟件具備強(qiáng)大的 STL 模型的編輯和優(yōu)化的處理能力，能在設(shè)計公差允許的范圍內(nèi)修補(bǔ)冠秉、光順三角面片残匈。同時還應(yīng)具備對 STL 模型進(jìn)行布爾運(yùn)算和設(shè)計造型，生成符合設(shè)計的 STL 模型视事，從而不必要轉(zhuǎn)換成曲面模型才能進(jìn)行模具設(shè)計或被其他 CAM 軟件讀入才能進(jìn)行加工的問題胆萧，因?yàn)檫@將極大地增加工作量，降低工作效率俐东。

　　3. 曲面生成光順使用困難跌穗、技巧性強(qiáng)： 由于逆向的產(chǎn)品往往是比較復(fù)雜的產(chǎn)品，曲面構(gòu)造復(fù)雜虏辫，往往需要生成 以 B-Spline 或 NURBS 曲面為基礎(chǔ)的曲面蚌吸，同時需要進(jìn)行多個曲面的剪裁、縫合乒裆、圓角過渡套利、光順等編輯操作， 所以對于曲面生成和光順的能力要求嚴(yán)格鹤耍，而多數(shù)逆向軟件只能將點(diǎn)云處理成曲線肉迫，然后轉(zhuǎn)換到其他 CAD 軟件中用曲線構(gòu)面的方式生成曲面，這樣生成方式單一稿黄，工作量大喊衫，遇到形體復(fù)雜的產(chǎn)品工作極為繁瑣，還容易造成較大變形睡谒，這使得曲面的生成很大程度上依賴于工程師的經(jīng)驗(yàn)湘搀。

　　4. 與其它軟件系統(tǒng)集成困難： 由于許多 CAD/CAM 軟件沒有逆向的功能，而常見的逆向軟件不具有強(qiáng)大的曲面編輯能力以及裝配榆墅、出工程圖的功能渐仓，所以必須要將逆向軟件和 cad 軟件結(jié)合使用才能完成逆向工作，但這就需要在逆向過程中頻繁將用不同的數(shù)據(jù)格式在不同的軟件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換榨未，這樣必然會造成數(shù)據(jù)文件中特征的丟失悄慨，甚至可能會數(shù)據(jù)文件的損壞，同時還使得工作更加繁瑣收谭，降低工作效率车管。

　　針對上述問題， DELCAM 公司提供了一個完整專業(yè)逆向工程解決方案旧败。

　　DELCAM 是世界著名的 CAD/CAM 軟件供應(yīng)商还桶，旗下五大軟件： PowerSHAPE 公杰、 PowerMILL 、 CopyCAD 苛瞬、 PowerINSPECT 许起、 ArtCAM 涵蓋了從產(chǎn)品的三維設(shè)計、數(shù)控加工肛冶、質(zhì)量檢測和逆向設(shè)計完整的過程街氢。對于逆向工程， Delcam 軟件的解決方案參見下圖：

　　首先是通過測量設(shè)備或掃描設(shè)備對現(xiàn)有的三維模型進(jìn)行掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)睦袖，讀入到 Copycad 中。在 Copycad 中一方面可以生成三角面片的 STL 模型荣刑，通過輸出 STL 模型到快速成型設(shè)備中進(jìn)行快速成型馅笙，或輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行模具設(shè)計，還可以輸出到 PowerMILL 進(jìn)行數(shù)控加工厉亏。另一方面可以在 Copycad 生成曲面董习，輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行三維設(shè)計，進(jìn)行裝配爱只、模具設(shè)計和出二維工程圖皿淋。同時在 Copycad 還可以與原型三維 CAD 模型進(jìn)行比較分析，輸出誤差分析報告恬试。比較設(shè)計生產(chǎn)過程中存在的缺陷和變形情況窝趣。

　　作為世界上著名的逆向軟件， CopyCAD 進(jìn)行逆向的工作過程中具備下面幾個方面的特點(diǎn)：

　　1. 處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)：

　　CopyCAD 具有友好的輸入輸出接口牧稳，支持多種格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)讀入茫绅。除了通用的 ASCII 、 IGES 和 NC 等標(biāo)準(zhǔn)格式闰袒，還針對不同的掃描設(shè)備提供專用數(shù)據(jù)格式咳综。

　　對于輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)， CopyCAD 針對不同的測量設(shè)備和測量方式提供多種點(diǎn)云的編輯優(yōu)化方式悴觅，可以對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序和移動霍执、旋轉(zhuǎn)、縮放轰蜗、鏡像等編輯操作删摸，可以根據(jù)不同要求采用平面、多邊形或輪廓曲線等多種方式裁減點(diǎn)云模型澳银。使用偏置點(diǎn)云模型的功能用來補(bǔ)正測頭帶來的偏差棒冠，使用加權(quán)平均光順、毛刺光順及公差慨即、稀疏型肥、過濾等功能對點(diǎn)云模型進(jìn)行過濾泛鸟，光順，剔出壞點(diǎn)踊东，提高了點(diǎn)云質(zhì)量北滥，以保證了三角面片的生成質(zhì)量，提高運(yùn)算處理速度闸翅。

　　對于復(fù)雜的點(diǎn)云模型需要分幾次測量的再芋， CopyCAD 也提供了手動對齊、參考點(diǎn)（球）對齊和最佳擬和對齊等多種方法進(jìn)行對齊合并坚冀，同時輸出對齊精度數(shù)據(jù)以供參考济赎。

　　2. 處理三角模型：

　　由于三角模型是生成曲面的基礎(chǔ)，所以三角模型的質(zhì)量對于逆向成功有著關(guān)鍵的作用记某。

　　對于三角模型的建立司训， CopyCAD 提供自動和手動兩種方式生成三角模型。

　　由于模型自身缺陷或測量方法不正確液南、或測量數(shù)據(jù)存在的問題壳猜，往往三角模型生成存在許多缺陷和破洞。對此 CopyCAD 提供了多種編輯和優(yōu)化的手段：可手動增加或刪除部分三角面片數(shù)據(jù)滑凉。

　　CopyCAD 提供 Trifix 功能對三角模型中破洞可以進(jìn)行自動和手動縫合填充忿震；對于存在的小、窄二娄、重疊肚浴、相交等有問題的三角模型可以自動檢測修復(fù)，還可對三角面片實(shí)體模型進(jìn)行光順操作：

　　CopyCAD 的交互編輯功能不但可以光順三角模型辙求，消除三角模型生成過程中由于數(shù)據(jù)問題或測量方法上存在的問題盲并，還有堆積、鏤刻功能弟诲，可以光順和修復(fù)零件上的缺陷吻悍，避免導(dǎo)致的測量模型問題，特別適用于破損零件的修復(fù)徘伯，提高 STL 模型的表面質(zhì)量囚上。

　　同時 CopyCAD 還提供了三角模型的造型編輯功能，可以生成如圓柱就考、圓錐痰拢、長方體、球體等標(biāo)準(zhǔn)體素三角模型贯卦，能對三角模型進(jìn)行布爾運(yùn)算和剪裁资柔，及對三角模型進(jìn)行摹仿變形，還具備添加文字，裝飾圖案贿堰、商標(biāo)到三角模型的包裹功能等辙芍，這樣可以不需要轉(zhuǎn)入 CAD 軟件構(gòu)建曲面的方式，直接進(jìn)行模型的造型和編輯羹与，然后就可以輸出二進(jìn)制或 ASCII 格式的 STL 文件故硅，進(jìn)行快速成型或數(shù)控加工。

　　在 CopyCAD 中 , 可以根據(jù)三角模型表面形狀的不同用不同的顏色進(jìn)行分割纵搁，劃分區(qū)域吃衅，將模型分成若干區(qū)域，并且可以提取輪廓曲線腾誉，便于曲面的生成徘层。

　　3.  構(gòu)造曲線的生成方式

　　作為逆向工程中構(gòu)建曲面的一種方式，建立構(gòu)造曲線利职，可以用于逆向曲面的生成惑灵，也可以直接輸出到 CAD 系統(tǒng)進(jìn)行正向造型設(shè)計，因此產(chǎn)生光順的曲線對于構(gòu)建曲面也很重要伟蕾。 CopyCAD 提供了多種構(gòu)造曲線的生成方式。構(gòu)造曲線可直接由三角模型的邊界畦肉、水平線或截面線自動產(chǎn)生構(gòu)造曲線配昼。也可以直接在點(diǎn)云上和三角模型上點(diǎn)取生成，或由掃描線生成礁姿。

　　在逆向設(shè)計中如癌，曲線的光順性調(diào)節(jié)是非常重要的，它將直接影響到生成曲面的質(zhì)量菱区。 CopyCAD 提供了強(qiáng)大的曲線擬合顿墨、光順功能，可以根據(jù)模型和設(shè)計需求進(jìn)行光順擬合或精確擬合绎瓣、圓弧擬合等稼孤。也可根據(jù)三角模型的形狀自動生成，同時控制其與已有的曲線堵忌、曲面是否相切等扇述，從而靈活的構(gòu)造曲面。

　　3.  CopyCAD 中逆向曲面的建立：

　　在逆向工程中杯道，曲面的構(gòu)造是相當(dāng)重要的工作匪煌，也是工作量最大的工作，構(gòu)造曲面并不是由一個簡單的曲面構(gòu)成的党巾，而是需要由多張曲面經(jīng)過延伸萎庭、過渡、裁減等混合而成曲面，因此構(gòu)造的好壞驳规，決定著逆向工作的成敗肴敛。

　　在 CopyCAD 中曲面的建立有以下幾種方式：

　　1. )直接在三角面片實(shí)體模型上建立逆向曲面。在構(gòu)造曲面時需要根據(jù)三角模型的形狀變化趨勢來分區(qū)域進(jìn)行構(gòu)造达舒。同時根據(jù)需求可以調(diào)整曲面與模型值朋、相鄰曲面的相切關(guān)系，通過調(diào)整曲面內(nèi)部曲線數(shù)量來控制曲面的精度和光順巩搏。

　　2.)CopyCAD 可通過自動向?qū)Ы?NURBS 剪裁曲面昨登。 采用裁剪曲面擬合可使用較少的面片一步完成復(fù)雜形面的擬合，這樣使得曲面更加的光順贯底，還減少了工作量丰辣。

　　3.)  CopyCAD 可通過在 STL 模型上選點(diǎn)直接生成平面曲面。

　　4.)  CopyCAD 還提供了一種直接用點(diǎn)云生成未剪裁的曲面的方法挽后。在點(diǎn)云中選取一部分或全部直接生成未剪裁的 NURBS 曲面滥港，通過控制公差、面片數(shù)和曲面度控制曲面與 STL 模型的擬合程度與光順度镇盛。這種方法可以快速生成高質(zhì)量的 NURBS 曲面换蛔。

　　CopyCAD 提供了曲面的誤差分析功能，生成的曲面可以與原始點(diǎn)云或設(shè)計模型進(jìn)行比較卜锡，通過生成的顏色圖譜和誤差報表判別誤差的位置和大小孽强，便于對曲面進(jìn)行調(diào)整和編輯。

　　對于逆向軟件而言歉赴，曲面功能相對專業(yè)的 CAD 軟件都比較弱氮妆，對于復(fù)雜曲面的處理能力有限。同時對于模型中的如 園角過渡柄午、平面匹溪、凸臺、過渡形面等幾何特征 使用掃描點(diǎn)云逆向生成的方法不僅工作量大爽咒，生產(chǎn)效率低玩冷，更重要的是很難保證正確的外形特征，往往會造成嚴(yán)重失真进肯。因此使用專業(yè)的 CAD 軟件正向構(gòu)建這些 幾何特征更能準(zhǔn)確地定義零件的特征激蹲。因此可以 充分利用測量機(jī)對實(shí)物模型進(jìn)行測量，直接得到實(shí)物模型上標(biāo)準(zhǔn)幾何特征的曲面數(shù)據(jù)江掩，如平面学辱、立方體、圓柱环形、圓錐策泣、球或圓環(huán)等標(biāo)準(zhǔn)形體，而其他自由形面部分則使用三維掃描的方法獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這樣可以有效得節(jié)省掃描時間萨咕，更重要保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性统抬，提高生產(chǎn)效率。

　　而現(xiàn)在大部分逆向軟件都不能很好的與專業(yè)的 CAD 軟件無縫集成危队，不能做到數(shù)據(jù)文件隨意相互轉(zhuǎn)換聪建，不丟失特征信息的情況。而 CopyCAD 最大的優(yōu)勢在于可以和 DELCAM 的正向設(shè)計軟件 PowerSHARE 聯(lián)合使用茫陆，將正向構(gòu)造的形面與逆向擬合的形面混合建模槽悼，相互之間可以根據(jù)需要隨意轉(zhuǎn)換。在 CopyCAD 中可以完成部分曲面的縫合和光順工作毛围，但是對于更復(fù)雜的工作页梁，可以轉(zhuǎn)化到曲面功能更為強(qiáng)大的 PowerSHARE 中進(jìn)行剪裁、光順沸恤、倒圓角等編輯工作队淳，也可在 PowerSHAPE 中正向建立局部特征曲面或建立點(diǎn)云數(shù)據(jù)沒有包括的曲面內(nèi)容；完成后可轉(zhuǎn)回 CopyCAD 繼續(xù)進(jìn)行三角模型的逆向真稚，轉(zhuǎn)換的過程通過一個按鍵進(jìn)行無縫連接千雏，保證了特征信息的完整，無特征丟失农帝，這是其他逆向軟件所不能辦到的李荚。同時 CopyCAD 中生成的構(gòu)造曲線也可直接輸出到 PowerSHAPE 進(jìn)行正向造型并可返回至 CopyCAD 繼續(xù)進(jìn)行逆向工作。 CopyCAD 生成的三角模型也可以直接在 PowerSHARE 進(jìn)行模具設(shè)計属诀。

　　有上述介紹可見， DELCAM 公司的 CopyCAD 軟件具備強(qiáng)大的逆向造型功能锐拟，使用其與 NC 加工技術(shù)和快速成型技術(shù)相結(jié)合秉扑，必將能使企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、研制周期大大縮短调限，提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率舟陆、質(zhì)量和縮短了開發(fā)周期。為新產(chǎn)品進(jìn)入市場創(chuàng)造了先機(jī)耻矮，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益秦躯。

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