基于CATIA软件的导管逆向设计

匡志华

摘 要：文章首先描述了目前导管类零件在生产制造上存在的不足，介绍了利用逆向工程解决此类问题的思路。通过扫描导管，将实体信息转化为网格或点云数据，并借助CATIA软件设计成三维模型，其次分析了逆向过程中扫描操作、点云过滤、母线设计、截面线设计以及分离面设计等方面的基本要求，最后提出了应根据导管的结构特征、技术要求等信息完善模型。

关键词：导管；CATIA；逆向工程

中图分类号：TH126 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0001-02

近年来，随着数字制造技术的迅速发展，国内导管的制造水平得到了很大的提高，非焊接导管已基本可以通过数控弯管机进行加工，但对于焊接类导管，在实际装配中需要随时进行调整，其形状与原导管的差异也会较大，这就给更改理论模型带来了很大困难。

根据模型与零件出现的先后关系，我们可以将生产过程分为正向工程与逆向工程。逆向工程的思路是通过已有的产品来进行三维模型设计，由于其独特性，既能满足数字化制造的需要，又可以在原产品的基础上进行升级。目前在汽车、医疗、航空、航天、虚拟环境等多个领域得到应用。同样，通过逆向工程将敲修后的导管零件转化为三维模型，是导管制造的有效方法。

1 导管制造

导管零件结构形式为双端口或多端口；端口一般为圆形，过渡段带扩口或者缩口。由于飞机空间有限，为了尽可能节省导管所占空间，必须将导管弯曲成各种形状，同时避免互相干涉。在实际生产装配中，导管零件通常需要重新制造。通常需要先敲修导管形成实样，并以实样为依据，制造出零件模胎。这种方法不易控制导管的各部位尺寸，工作较为费力，工作量大。即使由有经验的工人进行操作，并且工装制造也麻烦。

2 逆向工程

2.1 定 义

逆向工程，是指用某种手段对实物或工装进行测量，根据测量数据通过CAD方法重构实物CAD模型的方法。

2.2 CATIA逆向功能

对于CATIA的逆向工程，主要是利用点云或者网格设计出模型建立的的基本元素：点、线和面。经过优化处理，建立模型，使之达到符合要求的状态。CATIA逆向工程主要的模块为数字化曲面编辑Digtized Shape Editor（简称DSE）以及快速曲面创建Quick Surface Reconstruction（简称QSR），两者分别针对逆向设计中的两个阶段。部分逆向扫描设备采集形成的为点云。由于点云包含数量极其庞大的点，不利于设计时分辨零件特征。针对这个问题，需要通过DSE模块，将点云形成网格。网格无法直接用于零件生产，还需要在QSR模块下，将网格处理为表面质量更好的曲面。

3 导管逆向建模方法

3.1 扫描要求

采用逆向技术解决导管制造的优点在于可以完全保留敲修后的轮廓。为更好的进行扫描操作以及后期的逆向设计，导管表面应具备较好的光滑度，不应出现变化过于剧烈的部位。

3.2 点云筛选

一般情况下，扫描的点云数据量较大，需要依据零件表面的曲度变化，如图1所示，筛选合适的数据量，使得既可以保留表面的重要特征，又能提高运算效率，并且更好的利用系统空间。从设计角度考虑，曲度大的部位，需要多一些的点表示零件特征；曲度小的部位，选择少量的点即可表示零件形状。由于导管类零件大部分表面的曲度比较类似，因此通常采用平均取点的过滤方式，如图2所示。

[图2 过滤]