安检设备中探测器箱的Pro/E设计方法研究

贾宁宁

（公安部第一研究所，北京 100048）

0 引言

随着社会不断发展，全球一体化趋势越来越强，恐怖主义、走私、毒品交易等非法活动也在不断蔓延。为此，各国政府提高了对机场、车站、码头等公共场所的安检措施，重点加强对爆炸物、刀枪、毒品等违禁品的检查力度。X 射线安全检查设备因其具有探测物质特性的能力以及良好的性价比，现已成为机场、车站、码头、大使馆、会议场所、大型活动、物流行业等场所的安全检查必备设备[1]。

X 射线安全检查设备工作原理是通过输送带将被检行李送入检查通道后，X 射线源发射X 射线，射线穿过输送带上的被检物品，经被检物品吸收后，最后轰击探测器。探测器把X 射线转变为信号，并送到处理机箱做进一步处理。

由工作原理可知，探测器要接受X 射线轰击，但并不能全部吸收所有的X 射线，部分X 射线还要经漫反射后打向四面八方。这时安装有探测器的箱体就需要做一定的防护措施，对未吸收和漫反射的X 射线进行衰减，从而达到对设备外部人员保护的目的，特别是当X射线安全检查设备的射线源发射较强射线时，这点变的尤其重要。

Pro/Engineer（以下简称Pro/E）是新一代CAD/CAE软件，它具有强大的零件设计、产品装配等功能。工程设计人员可以利用它对产品进行设计（包括零件和装配设计）、工程分析（有限元和运动分析）等，这些都极大的提高了企业的技术创新能力和对市场的快速反应能力[2,4]。

在X 射线安全检查设备设计时，工程设计人员先用Pro/E 对零件进行三维建模，再把做好的零件模型进行装配，最后完成整体设计。

本文根据上述要求，对探测箱的设计进行了两种方法的对比和测试，一种为传统设计，一种为参照设计。传统设计即先利用尺寸完成探测箱外壳体设计，再利用外壳体尺寸，对铅板进行相应尺寸设计，最后进行装配；参照设计即先利用尺寸完成探测箱外壳体设计，再在草绘中利用已完成的外壳体作为基准零件，对各个线段尺寸进行约束、锁定，动态的仿真设计铅板的过程。

1 探测器箱设计方法

工程设计人员根据X 射线安全检查设备的通道尺寸、X 射线出射方向等有关参数完成探测箱外壳体的三维建模，如图1 所示。创建完成后，工程设计人员下边就要根据创建的探测箱外壳体尺寸，进行防护铅板的设计。

1.1 传统设计

（1）单击“文件（F）—新建（N）—零件”，创建一个全新的零件图，如图2 所示。

图1 探测箱外壳体Fig.1 The detector box shell

图2 创建零件Fig.2 Create part

（2）进入草绘后，根据已完成的探测箱外壳体尺寸，重新构建防护铅板的三维造型，如图3 所示。

（3）防护铅板创建完成后，按照“文件（F）—新建（N）—组件”的步骤，完成探测器箱外壳体和铅板的装配，如图4 所示。

图3 铅板造型图Fig.3 The lead model

图4 探测箱造型Fig.4 The detector box model

该方法较为简单，适于初学者使用，可应用于结构不复杂、尺寸变化量不大的零件装配[2,4,5]。但当复杂曲面及尺寸频繁变化的零件装配时，该方法就会出现曲面尺寸难确定、尺寸变化需反复在切换零件窗口和装配窗口等问题，针对上述问题，为提高设计水平和速度，本文又提出了新的设计方法。

1.2 参照设计

（1）不同于传统设计，参照设计需先按照“文件（F）—新建（N）—组件”的方式创建探测箱装配，如图5 所示。

（2）按照“插入（I）—元件（C）—装配（A）”的步骤，将探测箱外壳体插入创建的组件中。然后再按照“插入（I）—元件（C）—装配（C）”的步骤，选择“零件—钣金件”，如图6 所示。

（3）在选择“定位缺省基准—对齐坐标系与坐标系”后，选取组件的坐标系为零件坐标系，这样可以保证新建零件中有坐标系，否则容易出现无坐标系的情况。

图5 创建探测箱装配Fig.5 Create assembly of the detector box

图6 创建铅板名称及类型Fig.6 Create name and type of lead

图7 创建铅板坐标系Fig.7 Create coordinate of lead

（5）进入草绘后，选取草绘平面四周为参照，注意此时选取的应为探测箱外壳体的内表面，这样创建的铅板才是和内表面贴合的，如图9 所示。

（6）选择铅板厚度后即可完成部分平面的设计。

（7）按照同上步骤，依次完成铅板其余平面设计。

该方法动态性好，主要能对一些复杂曲面进行仿真设计。对于尺寸频繁变化的装配设计，只要没有删除参照即可实现装配零件之间的动态变化，实现装配的高效性和准确性，大大降低设计时间。经实践检验，该方法设计出的铅板与探测箱外壳贴合度更高，防X 射线泄露能力也有了进一步加强[3,4]。

图8 选取内表面Fig.8 Select inner surface

图9 创建草绘Fig.9 Create sketch

图10 平面创建Fig.10 Create plane

图11 建模完成Fig.11 Complete modeling

2 结论

本文讨论对比了探测箱传统设计和参照设计之间的优缺点。而在实际操作中还可以采用两种方式相结合的做法，主要是由于有时探测箱外壳体的一些操作可能使用于创建铅板特征的参照丢失，这样创建后的铅板就会提示出现错误，如果是后续操作者不是零件原创作者时，由于不清楚原创作者的意图或操作，可能会出现越操作越乱的情况。对此笔者建议在一些定型的机型中，由参照设计完成的零件建模，可将参照约束改为尺寸约束，这样当对探测箱外壳体进行局部改动而需要去掉可能是铅板特征参照时，也不会发生错误。

Pro/E 软件作为一款适用的功能强大的CAD/CAM 软件，功能丰富，掌握起来相对有一定难度。一些其他简捷方便的设计方法尚未被人发掘，这就需要工程设计人员在实际应用中不断的去探索，去实践，从而实现更好、更快的设计，不断提升产品的竞争力。

[1]颜巧燕，等．新型X 射线安全检查设备——小型移动背散射X 射线安全检查设备简介[J]．北京：机电产品开发与创新，2014，6．

[2]秦长海，等．Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版范例教程[M]．北京：清华大学出版社，2007．

[3]陈猛，等．Pro/E 草绘在零件设计中应用的研究[J]．佳木斯大学学报（自然科学版），2009，11．

[4]詹友刚．Pro/ENGINEER 中文野火版3.0 钣金实例精解[M]．北京：机械工业出版社，2008．

[5]从Pro/ENGINEER2001 更新到Pro/ENGINEER Wildfire 3.0．T2101-350-01-CN．