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Delcam CopyCAD软件和PC-DMIS软件有机结合的逆向工程
新疆天业集团 兰明
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摘要：本文通过PC-DMIS测量软件的扫描功能为逆向工程提供数据的采集，通过大型的逆向软件Delcam CopyCAD将数据转换成可以直接到Delcam PowerMILL 中进行加工的三角模型。如果需要得到模型的实体造型在CopyCAD直接可以进一步进行曲面化操作，并将曲面输入到Delcam PowerSHAPE进行编辑。也可以将曲面输出到其他CAD系统中，使逆向工程的复杂点云处理变得容易。
关键字：PC-DMIS软件 CopyCAD软件 逆向工程
Decalm CopyCAD Software And PC-DMIS Software
Organic synthesis reverse-engineering
LAN Ming
(Xinjiang Tianye (Group) Ltd. Co. Mould Center 832000)
Abstract：This article surveys the software through PC-DMIS the scanning function to provide the data for the reverse-engineering gathering, May carry on directly through large-scale reversion software Delcam CopyCAD the data conversion to Delcam PowerMILL in the processing the triangle model。If needs to obtain the model entity modelling to be possible further to carry on the curved surface operation directly in COPYCAD，And inputs the curved surface to Delcam PowerSHAPE carries on the edition。Also may output the curved surface in other CAD system，Causes the reverse-engineering complex spot cloud processing to become the easy surface to input Power。
Keyword：PC-DMIS software CopyCAD software Reverse-engineering
前言：
逆向工程技术是当前先进制造技术热点之一,广义的反求工程是一个复杂的系统工程,包括设计反求、材料反求、工艺反求、管理反求等诸多方面。在模具技术日益发展的今天,反求工程能缩短模具的设计和制造周期，是帮助设计者实现并行工程等现代设计技术的强有力工具，因而得到了越来越广泛的应用。可应用在由已知样件反求模具型腔表面，已有模具的复制以及损坏模具的还原等方面。反求工程主要有两方面关键技术：一是实物样件表面数据采集技术；二是曲面重构技术。本文主要采用PC-DMIS测量软件结合CopyCAD逆向工程软件实现快速曲面重构。
一、软件介绍：
1、PC-DMIS软件介绍：
早期的三坐标测量机仅能输出坐标点。而且只能在机器坐标系下工作。所以测量时先需人工找正工件，即把工件的基准线和测量机的坐标轴线找平。电子计电子计算机的发明和应用将数字化技术引入到测量机系统，从此诞生了三坐标测量软件。PC-DMIS 就是基于三坐标测量机的测量软件，具备：几何测量、新特征构造、行为公差评价、多种扫描、脱机或联机生成零件检测程序，模拟测量过程，脱机纠正测量程序错误，减少测量过程中碰撞造成的损失。实现与CAD系统软件的无缝连接，直接读取工件的CAD模型数据，减少转译误差，提高编程精度，缩短编程时间、提供互动式的超级报告。通过VB接口，用户可以在PC-DMIS平台上随意设计自己的程序，完成特殊零件测量和数据分析与评价。
2、Delcam CopyCAD软件介绍：
Delcam CopyCAD是由英国 Delcam 公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它可从已有的零部件或实际模型中产生三维CAD模型， 该软件提供了一种能从数字化数据产生CAD表面的综合工具，接受三座标测量机、探测仪和激光扫描器所测到的数据，简简易的用户界面使用户在最短的时间内掌握其功能和操作。CopyCAD用户可以快速编辑数字化数据，并能做出高质量、复杂的表面。该软件能完全控制表面边界的选择，自动形成符合规定公差的平滑、多面块曲面，还能保证相邻表面之间相切的连续性。下图是与三坐标测量机的数据导入向导，更为真实的反映原始的测量数据。CopyCAD 具有友好的输入输出接口，支持多种格式的点云数据读入。

（图片）

二、逆向应用的事例
反求的测量有2种，第一种就是简单的复制，叫作CAM反求，传统上叫仿型。要求百分之百的拷贝零件。第二种是技术含量较高的是CAD反求，它是通过扫描点云（Poingt Cloud）如图3所示，直接生成CAD曲面数模。通过Delcam公司的CopyCAD专用的逆向工程软件，将数模重建和修改生成全新的产品。
（1）、点云数据的采集：
PC-DMIS 软件对测量的元素可以实现编辑窗口和图形窗口并存，以三维图形显示的方式显示元素，实现“所见即所得”。在进行相关计算和分析过程中选择元素时，可以从图形窗口上直观的选取图形，提高了工作效率，使测量中间结果判断十分容易，可以避免许多显而易见的测量错误，如图2所示：

（图片）

用户可以定制需要的图形报告，直接在测量结果上，绘制图形。同时将测量数据和理论值及误差等信息直接标注在图形上，可以自由选择视图方式，以最合理的投影方向来表达测量结果，免除了测量数据后处理工作，不管是测量员还是部门主管都一目了然。
测量必须与造型结合起来考虑，以便使测得的数据点能最大限度的满足造型需要。根据要扫描的部件，在PC-DMIS 软件中选择片面扫描，选择扫描策略，设置相应的对话框然后创建：扫描时速度放2格，步距0.5mm，应用UV单向扫描。由于扫描的步距小、速度慢，扫描的过程时间相对很长，操作者必须耐心等待，扫描的过程扫描数据如图3所示：

（图片）

（2）、点云数据的输入：
CopyCAD提供了使用点云数据建立三角模型所需要的准确步骤，并且提供向导模式，可以提高处理速度，减少了需要选择的菜单功能，并且每一步骤下面隐藏着许多处理功能。对于这样数量巨大的点云数据具有高效的运算、编辑能力。具体步骤如图4所示：

（图片）

三角模型生成导向对话框的最后一步也可以做数据删除的操作，在保证曲面质量的前提下优化减少点云数目、去除离散点，保证三角形数据的准确性。同时由于待测模型不同的几何构造以及采用不同的设备、达到不同的测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同，CopyCAD逆向软件具备针对这些不同分类处理的能力。
本例中的数据是接触式测头，选择“接触式”CopyCAD询问数字化数据时所使用的测头直径是实际的测头直径，用来对数据进行偏置，以得到更为真实的表面。在三角模型生成向导中，指定扫描的使用方法、扫描策略、最小数据化行距等选项和三坐标测量软件PC-DMIS有机的结合起来，更真实的反映了测量的原始数据。通过三角模型生成向导对点云数据进行三角化，在CopyCAD 浏览器中生成了一个新的模型，名称有个前缀是tri_，表明已经进行了三角化，如图5所示。三角模型可以直接转到PowerMILL 中进行加工而不需要曲面化操作。PowerMILL对生成的三角模型进行加工时，会准确的按照三角模型来生成刀具路径。

（图片）

（3）在CopyCAD软件中的区面的构建：
在CopyCAD中创建曲面有多种方法来实现，用户可以根据模型的实际状况来选择适合的方法。曲面创建的方法大致分为：1、通过四边法来创建曲面（此方法会严格按照三角模型来生成UV曲面）；2、通过三角形提取特征曲线，将特征曲线转入PowerSHAPE中进行正向的直接造型；3、通过PowerSHAPE直接定位一些标准的体素特征，省去由测量、逆向过程中所产生的误差。
CopyCAD与PowerSHAPE都是Delcam公司基于Windows内核所研发的产品，在兼容性的表现上堪称完美。众所周知，逆向工程的工作单纯通过逆向软件来实现是比较困难的，模型的部分区域可以直接通过PowerSHAPE中曲线或者定位标准体素来完成，通过正向、逆向相结合就给逆向工程工作带来了极大的便利，省去频繁的存储与读取，取而代之的只是一个按钮，正向逆向的工作环境只需要一键切换，真正实现正逆向的无缝集成。
传统的四边法创建曲面在CopyCAD中也是非常简便的，只需要依次选择曲面模型的四个端点，曲面模型随即产生。对于边界复杂的区域，可以在选择端点的时候按住ctrl键，可以任意的添加端点中间的控制点，以更好的控制曲面的边界轮廓。如图6所示。

（图片）

对于此模型还有更好创建曲面的方法：就是通过三角形提取特征曲线；对于这个模型分析，发现端部曲面是由一条曲线回转而成，我们只需在逆向工程中提取特征曲线，转到正向环境中去产生回转曲面，这样可以快速的获得端部的曲面模型，减少操作步骤，简化操作过程。如图7、图8所示：

（图片）

曲面创建完成以后，我们需要对所创建的曲面进行误差分析，检验曲面是否合格，CopyCAD提供了直观的误差色带分析功能，可以设定允许的误差值，从而控制误差显示的颜色范围。如图9所示。

（图片）

误差分析的同时，CopyCAD还提供了确切的误差值，这样便于用户准确的把控误差值。
三、结束语：
通过三坐标测量机PC-DMIS测量软件进行模型数据的扫描和采集，和CopyCAD逆向软件完整的三角形面片建模，完成复杂的曲面反求，生成完整的逆向工程模型，结合PowerSHAPE正向设计软件，使整个复杂逆向的过程变得简单而且容易实现。
参考文献：
[1]明兴祖.数控机床与系统[Ｍ].北京:中国人民大学出版社,2000.
[2]曹志宏.CAD/CAM在模具制造中的应用. 机械工人，2005.
[3]黄诚驹.逆向工程项目式实训教程[M] .电子工业出版社，2004. 11/6/2008

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