关键词：逆向工程；曲面重构；CAXA；快速制造

1 引言

    美国等发达国家把敏捷制造技术列为21 世纪制造业发展的策略，也逐渐得到世界上其他国家的普遍重视. 作为敏捷制造技术重要分支的逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁的途径之一. 逆向工程技术在加快产品开发速度、降低成本以及借鉴和吸收现代高新技术成果方面越来越显示出强大的威力，已经成为人们实现产品概念设计与复杂设计的有力武 器.

    逆向工程技术主要包括采集数据、数据处理、造型以及加工制造等几个步骤. 其中造型是逆向工程的关键技术. 由于逆向工程技术源于美国等发达国家，其造型软件习惯上都是用美国Imageware 公司的Surfacer、PTC 公司的Pro / E、EDS 公司的UG/PointCloud，法国Matra 公司的Strim 100，英国Del-CAM 公司的CopyCAD、Renishaw 公司的Trace 等.

    这些国外原版的CAD/ CAM 应用软件价格昂贵、语言交流存在障碍、后续服务不到位、人员培训不足、技术问题沟通不便，且与我国工程设计的标准、作图方法和工程习惯有所不同，给我国企业的工程技术人员开发和应用带来极大的不便.

    本人经过长期的调研和实践，采用中国北航-海尔的CAXA 制造工程师软件（ 以下简称CAXA）重构曲面，并生成NC 程序，能较好地完成零件的造型，且易掌握.

    CAXA 是北航海尔软件有限公司和青岛海尔集团研制推出的，它的造型方法分为三大类，即线架、曲面和实体. 这三类造型方法各有特色，可以独立造型，也可以混合造型，并提供了十二种数控加工刀具轨迹生成方法，形成强大、实用的加工编程能力，足以对付平面和各种复 杂曲面的加工，只要由三轴铣加工出来的曲面，CAXA 都能进行刀具轨迹生成并自动生成数控加工的NC 代码，从而在数控机床上直接进行切削加工.

    本文以一塑料壳体外表面的逆向工程设计、制造为例，采用意大利COORD3 公司AERS 三坐标测量机采集数据，利用英国DELCAM 公司的CopyCAD软件系统处理数据，导入中国北航- 海尔的CAXA重构曲面，并生成NC 程序，从而实现零件的快速制造.

2 逆向工程及其流程

    逆向工程的流程通常是首先利用3D 数字化测量仪器准确、快速地测量出现有工件（样品或模型）的轮廓坐标，再通过各种软件对曲面进行建构、编辑、修改，传至CAM 系统，生成NC 程序，最后送至CNC 加工机床制作所需模具，或送到快速成型机（Rapid Prototyping）将样品模型制作出来. 其工艺流程如图1 所示.

    其中，三维数据测量、数据处理、曲面重构是逆向工程的三大关键技术. 本文也主要围绕这三个方面来分析.

3 三维数据的采集

    在逆向工程中，准确、快速、全面地获取实物的三维几何数据是实现逆向工程的基础. 随着传感技术、控制技术、制造技术的发展，出现了各种各样的数据采集方法，主要有接触式、非接触式和破坏式三大类，其中代表性的数据采集设备有三坐标测量 机（CMM）、光学扫描仪和断层扫描仪.

    本次测量采用了意大利COORD3 公司AERS的三坐标测量机，通过对长49 mm、宽120. 8 mm、高74. 7 mm 的塑料壳体外表面进行多向有序扫描，扫描点达10 339 个，得到数据点云. 该点云以文本文件格式（. txt）存盘，可供CopyCAD（图2）、Pro / E、UG等应用软件使用.

4 数据处理

    数据处理是逆向工程的关键一步，其处理效果将直接影响后期模型重构的质量. 本设计采用最简洁的方法，即通过人机交互判别明显坏点，然后将坏点、噪声点去除. 接着对曲面的特征点、特征线进行判定，获得满意的曲线，并光顺处理，为下一步曲面重构作好准备.

    考虑到CAXA 不能直接读取文本格式的点云文件，而Pro / E、UG 等软件读取点云数据时，也会因为数据庞大，造成一定的困难. CopyCAD 读取点云等数据时，系统工作速度较快，点线拟合容易，因此数据处理选择在CopyCAD 中进行.