散热器面罩边框零件的逆向设计和曲面展开

　　为了缩短新产品的开发周期,提高产品的设计和制造质量,增强企业对市场的快速响应能力,一系列新产品的快速发技术应运而生,如CAD/CAM/CAE技术、逆向工程技术、快速成型技术、快速模具技术、虚拟设计技术以及并行工程等;其中逆向工程技术历经几十年的研究与发展已经成为新产品快速开发过程中的核心技术,它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析设计方法等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体.[1]逆向工程(reverse engineering, RE)是对产品设计过程的一种描述,在产品设计开发过程中占有重要地位.[2]在复杂曲面零件的冲压成型加工中,首先须对零件进行展料分析,以选择合适的毛坯形状和尺寸.在本文中,笔者拟应用CATIA和Dynaform软件对散热器面罩边框零件的逆向设计和曲面展开的关键技术进行研究.

　　1 零件表面的数据采集方法

　　在逆向工程中,数据采集是关键的一步,只有获得测量数据,才能进行下一步的逆向设计.根据数字化设备的数据采集方式,数据采集技术可分为接触式数据采集和非接触式数据采集两大类.

　　接触式方法主要有基于力-变形的触发式和连续扫描式数据采集以及基于磁场、超声波的数据采集等.非接触式方法主要有激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像分析法、断层扫描法等.[3-4]本研究的散热器面罩的点云是通过三维激光扫描仪采集的,文中着重介绍的是后期数据处理,因此在数据采集方面恕不赘述.

　　2 基于CATIA软件的水箱固定支架的曲面重构

　　2.1 点云的导入

　　打开CATIA软件,进入数字化曲面编辑模块(DSE).选择合适的文件格式,选择点云文件,点击/应用0,完成文件的导入,如图1所示.

　　2.2 点云的数据处理

　　当点云密度较大时,会影响到后期点云处理的速度和曲面重构精度,所以在保留点云特征的前提下,可以对点云进行过滤处理.常用的过滤方法有弦高差过滤法(adaptative)和球过滤法(homogene-ous).弦高差过滤法定义的值为区域性的弦高差,以在此范围的最大的弦作为过滤半径;球过滤法定的值为滤球半径,固定这个球的半径,在此范围的点则被滤除.[5-6]

　　本文选择弦高差过滤方式,弦高定为011,在statistics信息栏中显示剩余7142%的点云数据,如图2所示.剩下的这些点已经足够进行下一步的网格划分,其他的点即被过滤,不再参与后续的计算.

　　2.3 点云的网格划分

　　网格划分即利用点云过滤后留下的点数据,根据给定的相邻参数,在点云上的相邻点之间镶嵌(tessellate)生成网格状的三角形小面片.在本文的实例中,因为平坦部分过滤时比其他部分滤去了更多的点,故点云数据相对较稀疏.网格划分时,将相邻参数设为30 mm,这样可以避免因点间距过大而无法镶嵌出现的孔洞,最后网格划分后的点云如图3所示.在网格化之后,可以采用Mesh Smoot-hing工具对网格进行平滑处理.调整拉杆选择合适的平滑度,使平滑效果达到最佳,注意不能使平滑值过大,否则会使曲面上一些细微特征丢失.[7]