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四大逆 向工程软件简介

文字:[大][中][小] 2013-12-26  浏览次数:1860

    Imageware 由美国 EDS 公司出品,是最著 名的逆向工程软件,正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机 零部件等设计与制造领域。该软件 拥有广大的用户群,国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名国际大公司,国内则有上海大众、上海交大、上海 DELPHI、成都飞 机制造公司等大企业。
    以前该 软件主要被应用于航空航天和汽车工业,因为这 两个领域对空气动力学性能要求很高,在产品 开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的 设计流程首先根据工业造型需要设计出结构,制作出 油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能,然后再 根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止,如此所 得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。如何将 油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型,这就需 要采用逆向工程软件。首先利 用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据,然后利 用逆向工程软件(例如:Imageware surfacer)进行处理即可获得 class 1 曲面。

    随着科 学技术的进步和消费水平的不断提高,其它许 多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。以微软 公司生产的鼠标器为例,就其功能而言,只需要 有三个按键就可以满足使用需要,但是,怎样才 能让鼠标器的手感最好,而且经 过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微 软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估,然后根 据评估意见对模型直接进行修改,直至修 改到大家都满意为止,最后再 将模型数据利用逆向工程软件 Imageware 生成 CAD 数据。当产品推向市场后,由于外观新颖、曲线流畅,再加上手感也很好,符合人体工程学原理,因而迅 速获得用户的广泛认可,产品的 市场占有率大幅度上升。

    Imageware 逆向工 程软件的主要产品有:

    Surfacer――逆向工程工具和 class 1 曲面生成工具
    Verdict――对测量数据和CAD数据进行对比评估
    Build it――提供实时测量能力,验证产品的制造性
    RPM――生成快速成型数据
    View――功能与 Verdict 相似,主要用 于提供三维报告

    Imageware 采用 NURB 技术,软件功能强大,易于应用。Imageware 对硬件要求不高,可运行于各种平台:UNIX 工作站、PC 机均可,操作系统可以是 UNIX、NT、Windows95 及其它平台。

    Imageware 由于在 逆向工程方面具有技术先进性,产品一 经推出就占领了很大市场分额,软件收益正以 47% 的年速率快速增长。

Surfacer 是 Imageware 的主要产品,主要用来做逆向工程,它处理 数据的流程遵循点――曲线――曲面原则,流程简单清晰,软件易于使用。其流程如下:

    一、点过程

    读入点阵数据。

    Surfacer 可以接 收几乎所有的三坐标测量数据,此外还 可以接收其它格式,例如:STL、VDA 等。

    将分离 的点阵对齐在一起(如果需要)。

    有时候 由于零件形状复杂,一次扫 描无法获得全部的数据,或是零 件较大无法一次扫描完成,这就需 要移动或旋转零件,这样会 得到很多单独的点阵。Surfacer可以利用诸如圆柱面、球面、平面等 特殊的点信息将点阵准确对齐。

    对点阵进行判断,去除噪音点(即测量误差点)。

    由于受 到测量工具及测量方式的限制,有时会 出现一些噪音点,Surfacer 有很多 工具来对点阵进行判断并去掉噪音点,以保证结果的准确性。

    通过可 视化点阵观察和判断,规划如何创建曲面。

    一个零件,是由很 多单独的曲面构成,对于每一个曲面,可根据 特性判断用用什么方式来构成。例如,如果曲 面可以直接由点的网格生成,就可以 考虑直接采用这一片点阵;如果曲 面需要采用多段曲线蒙皮,就可以 考虑截取点的分段。提前作 出规划可以避免以后走弯路。

    根据需 要创建点的网格或点的分段。

    Surfacer 能提供 很多种生成点的网格和点的分段工具,这些工 具使用起来灵活方便,还可以 一次生成多个点的分段。

    二、曲线创建过程

    判断和 决定生成哪种类型的曲线。

    曲线可 以是精确通过点阵的、也可以是很光顺的(捕捉点 阵代表的曲线主要形状),或介于两者之间。

    创建曲线。

    根据需要创建曲线,可以改 变控制点的数目来调整曲线。控制点 增多则形状吻合度好,控制点 减少则曲线较为光顺。

    诊断和修改曲线。

    可以通 过曲线的曲率来判断曲线的光顺性,可以检 查曲线与点阵的吻合性,还可以 改变曲线与其它曲线的连续性(连接、相切、曲率连续)。Surfacer 提供很 多工具来调整和修改曲线。

    三、曲面创建过程

    决定生成那种曲面。

    同曲线一样,可以考 虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面(例如 class 1 曲面),或两者兼顾,可根据 产品设计需要来决定。

    创建曲面。

    创建曲面的方法很多,可以用 点阵直接生成曲面(Fit free form),可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边 界线等方法生成曲面,也可以 结合点阵和曲线的信息来创建曲面。还可以 通过其它例如园角、过桥面等生成曲面。

    诊断和修改曲面。

    比较曲 面与点阵的吻合程度,检查曲 面的光顺性及与其它曲面的连续性,同时可以进行修改,例如可 以让曲面与点阵对齐,可以调 整曲面的控制点让曲面更光顺,或对曲 面进行重构等处理。

    英国 Triumph Motorcycles 有限公 司的设计工程师 Chris Chatburn 说:“利用 Surfacer 我们可 以在更短的时间内完成更多的设计循环次数,这样可以让我们减少 50% 的设计时间。”

    最新发布的 Surfacer 10.6 软件将 以下工作流程的高性能工具完整的集成到一起:

    [弹性的曲面创建工具]:可以在 一个弹性的设计环境里非常方便的直接从曲线、曲面、或测量数据创建曲面,支持贝茨尔(Bezier)和非均匀有理 B 样条(NURBS)曲面两种方法。用户可 以选择适合的曲面方法,通过结 合两种方法的优点来获益。

    [动态的曲面修改工具]:允许用 户在交互的方式下试探设计主题,立刻就 可以看到是否美观和思路是否符合工程观念。设计、工程分析、制造的 标准都通过精心的构造过程考虑进去,所以当 每次修改曲面时不需要 再重新校核标准。

    [实时的曲面诊断工具]:可以提 供诸如任意截面的连续性、曲面反射线情况、高亮度线、光谱图、曲率云 图和园柱型光源照射下的反光图等多种方法,在设计 的任何时候都可以查出曲面缺陷。

    [有效的 曲面连续性管理工具]:在复杂 的曲面缝补等情况下,即使曲 面进行了移动修改等操作,也能保 证曲面同与之相连的曲面间的曲率连续,避免了 乏味的手工再调整过程。
    [强大的 处理扫描数据能力]:根据 Rainbow 图法(相当于 假设雨水从上面落下,由于形 状差异导致雨水流速差异)、曲率大小变化云图法(对于一个完全光顺的 class 1 曲面,相当于 曲率大小变化为零,对于两个不同曲面,此值会不同)将扫描数据分开,这样可 以很快地捕捉产品的主要特征,并迅速 建立各个相应曲面,避免了 费事的分析和处理。

    正是由于 Imageware 在计算 机辅助曲面检查、曲面造 型及快速样件等方面具有其它软件无可匹敌的强大功能,使它当 之无愧的成为逆向工程领域的领导者。

  Geomagic Studio

    由美国 Raindrop (雨滴)公司出 品的逆向工程和三维检测软件 Geomagic Studio 可轻易 地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格,并可自动转换为 NURBS 曲面。该软件也是除了 Imageware 以外应 用最为广泛的逆向工程软件。

    Geomagic Studio 主要包括 Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五个模块。主要功能包括:

    自动将 点云数据转换为多边形(Polygons) 
    快速减少多边形数目(Decimate)
    把多边形转换为 NURBS 曲面
    曲面分析(公差分析等)
    输出与 CAD/CAM/CAE 匹配的文件格式(IGS、STL、DXF等)

    1.从CAD数模得到的产品模型 
    2.将CAD模型读入 Geomagic Studio
    3.CAD 设计模 型与从实际模型扫描所得的点云数据(不同坐标系)
    4.扫描数据与CAD模型的自动对合
    5.扫描数据与CAD模型的自动对齐
    6.误差以 彩色图形直观显示
    7.用户可 标出任意点误差
    8. Qualify 的结果可以输出为 HTML 格式

 CopyCAD

    CopyCAD 是由英国 DELCAM 公司出 品的功能强大的逆向工程系统软件,它能允 许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。该软件 为来自数字化数据的 CAD 曲面的 产生提供了复杂的工具。CopyCAD 能够接 受来自坐标测量机床的数据,同时跟 踪机床和激光扫描器。

    CopyCAD 简单的 用户界面允许用户在尽可能短的时间内进行生产,并且能 够快速掌握其功能,既使对 于初次使用者也能做到这点。使用 CopyCAD 的用户 将能够快速编辑数字化数据,产生具 有高质量的复杂曲面。该软件 系统可以完全控制曲面边界的选取,然后根 据设定的公差能够自动产生光滑的多块曲面 ,同时,CopyCAD 还能够 确保在连接曲面之间的正切的连续性。

    该软件 的主要功能如下:

    数字化点数据输入

    DUCT 图形和三角模型文件
    CNC 坐标测量机床 
    分隔的 ASCII 码和 NC 文件
    激光扫描器、三维扫描器和 SCANTRON
    PC ArtCAM
    Renishaw MOD 文件

    点操作

    能够进行相加、相减、删除、移动以 及点的隐藏和标记等点编辑 
    能够为 测量探针大小对模型的三维偏置进行补偿
    能够进行模型的转换、缩放、旋转和 镜像等模型转换 
    能够对平面、多边形 或其它模型进行模型裁剪

    三角测量

    在用户 定义的公差和选项内的数字化模型的三角测量,包括:

    ① 原始的――法线设置
    ② 尖锐――尖锐特征强化
    ③ 特征匹配――来自点 法线数据的特征
    ④ 关闭三角测量――为了快 速绘图可以关闭模型

    特征线的产生

    边界――转换模 型外边缘为特征线 
    间断――为找到简单的特征(如凸出和凹下)而探测 数据里的尖锐边缘
    能够转 换数字化扫描线为特征线
    输入的数据――能够从 点文件中摘录多线条和样条曲线

    曲面构造

    通过在 三角测量模型上跟踪直线产生多样化曲面
    在连接的曲面之间,用已存 在的曲面定义带有选项的正切连续性的边界
    使用特 征线指导和加快曲面定义

    曲面错误检查

    比较曲 面与数字化点数据 
    报告最大限、中间值 和标准值的错误背离
    错误图 形形象地显示变化

    输出

    IGES、CADDS4X 
    STL ASCII 码和二进制
    DUCT 图形、三角模型和曲面
    分隔的 ASCII 码

  RapidForm

    RapidForm 是韩国 INUS 公司出 品的全球四大逆向工程软件之一,RapidForm 提供了 新一代运算模式,可实时 将点云数据运算出无接缝的多边形曲面,使它成为 3D Scan 后处理 之最佳化的接口。RapidForm 也将使 您的工作效率提升,使 3D 扫描设 备的运用范围扩大,改善扫描品质。

    多点云数据管理介面

    高级光学 3D 扫描仪 会产生大量的数据(可达 100,000 ~ 200,000点),由于数据非常庞大,因此需 要昂贵的电脑硬件才可以运算,现在 RapidForm 提供记忆管理技术(使用更少的系统资源)可缩短 您处理数据的时间。

    多点云处理技术

    可以迅 速处理庞大的点云数据,不论是 稀疏的点云还是跳点都可以轻易地转换成非常好的点云, RapidForm 提供过 滤点云工具以及分析表面偏差的技术来消除 3D 扫描仪 所产生的不良点云。

    快速点 云转换成多边形曲面的计算法

    在所有 逆向工程软件中,RapidForm 提供一 个特别的计算技术,针对 3D 及 2D 处理是同类型计算,软件提 供了一个最快最可靠的计算方法,可以将 点云快速计算出多边形曲面。RapidForm 能处理 无顺序排列的点数据以及有顺序排列的点数据。

    彩色点云数据处理

    RapidForm 支持彩色 3D 扫描仪,可以生 成最佳化的多边形,并将颜 色信息映像在多边形模型中。在曲面设计过程中,颜色信息将完整保存,也可以运用 RP 成型机 制作出有颜色信息的模型。RapidForm 也提供上色功能,通过实 时上色编辑工具,使用者 可以直接对模型编辑自己喜欢的颜色。

    点云合并功能

    多个点 扫描数据有可能经手动方式将特殊的点云加以合并,当然,RapidForm 也提供一技术,使用者 可以方便地对点云数据进行各种各样的合并。

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