軟件開發(fā)論文正逆向軟件產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

　　這篇軟件開發(fā)論文發(fā)表了正逆向軟件產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，逆向工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，在逆向工程領(lǐng)域獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，本次創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要解決了原車門拉手組件裝配復(fù)雜、加工工藝繁瑣等缺陷，并在保持組件基本功能不變的前提下，通過改變拉手和底座的局部結(jié)構(gòu)替代其余零件，從而節(jié)約了成本。

　　摘要:以某小轎車門拉手為例，對掃描標(biāo)定過程的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，基于Geomagic逆向軟件分析了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集及處理技術(shù)，建構(gòu)了CAD模型，應(yīng)用GeomagicQualify軟件獲取了精度比對報(bào)告，最終應(yīng)用NX正向軟件進(jìn)行了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，極大地縮短了產(chǎn)品改型與創(chuàng)新設(shè)計(jì)周期，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。

　　關(guān)鍵詞:軟件開發(fā)論文,逆向工程,數(shù)據(jù)處理,建構(gòu)CAD模型,創(chuàng)新設(shè)計(jì)

　　近年來，逆向工程技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量技術(shù)的快速發(fā)展，以及新的反求原理的不斷引入，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于家用電器、汽車、摩托車、飛機(jī)、模具等產(chǎn)品的改型與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段[1-2]。逆向軟件從產(chǎn)品原型入手，除實(shí)現(xiàn)對原型的仿制外，還能通過數(shù)據(jù)處理、曲面重建構(gòu)造產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢和了解原設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)計(jì)創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目的，大大縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，提高企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在國內(nèi)外眾多企業(yè)、大學(xué)中，逆向工程的研究逐漸被重視，目前已發(fā)展到較成熟階段。美國EDS公司Imageware軟件的開發(fā)、我國西安交通大學(xué)在CAD重構(gòu)軟件方面的研究等，都在逆向工程領(lǐng)域獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　1掃描系統(tǒng)標(biāo)定

　　掃描系統(tǒng)的基本原理是采用先進(jìn)的電外差光柵相移測量技術(shù)，首先將光柵條紋投射到被掃描工件表面，光柵條紋的幅度和相位被調(diào)制，被調(diào)制后的條紋經(jīng)三維掃描系統(tǒng)采集到專用計(jì)算機(jī)，得到工件的三維坐標(biāo)[4]。測量設(shè)備為Win3DD-L的三維掃描儀，掃描距離700mm，單幅掃描時(shí)間<3s，掃描點(diǎn)距為0.2～1.5mm，掃描球空間誤差為0.005+L/15000，球面度誤差為0.005+L/40000，平面度誤差為0.005+L/25000，L為單幅掃描對角線長度。啟動(dòng)Win3DD掃描系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，點(diǎn)擊“掃描標(biāo)定切換”按鈕，進(jìn)入軟件標(biāo)定界面。通過“調(diào)整相機(jī)參數(shù)”中的曝光、增益與對比度來調(diào)整相機(jī)采集亮度，以便得到滿意的圖像質(zhì)量。通過調(diào)整硬件系統(tǒng)的高度以及俯仰角，使黑白色兩個(gè)十字叉盡可能重合，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)定過程，如圖1所示。

　　2點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　2.1提高點(diǎn)云質(zhì)量解決方案如果被掃描工件反光強(qiáng)烈或沒有足夠的對比度，相機(jī)將無法有效記錄投射光柵條紋信息，從而導(dǎo)致無法掃描出點(diǎn)云數(shù)據(jù)或降低數(shù)據(jù)的質(zhì)量。該小轎車門拉手屬于反光物體(如圖2所示)，要噴顯像劑進(jìn)行掃描(注:顯像劑要噴得均勻且薄)。另外，應(yīng)給被掃描工件準(zhǔn)備一個(gè)黑色的背景，這樣可以增加有效掃描數(shù)據(jù)的比重。2.2粘貼標(biāo)志點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)要盡量粘貼在工件的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界稍遠(yuǎn)一些;標(biāo)志點(diǎn)不要貼在一條直線上，且盡量不對稱粘貼;標(biāo)志點(diǎn)一般5～7個(gè)為宜，粘貼的標(biāo)志點(diǎn)要保證掃描策略的順利實(shí)施，并使標(biāo)志點(diǎn)在長度、寬度、高度方向均合理分布。該車門拉手標(biāo)志點(diǎn)粘貼在轉(zhuǎn)臺(tái)表面上，這種粘貼方案可以有效減少工件表面的標(biāo)志點(diǎn)數(shù)量，使掃描數(shù)據(jù)盡可能少地產(chǎn)生空洞，如圖3所示。當(dāng)一圈掃描完成之后則需要觀察是否有區(qū)域沒有掃到，是否有分層的現(xiàn)象，若無，則將點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存為“asc”或“txt”格式。2.3制定掃描策略對被掃描工件進(jìn)行掃描時(shí)，需要經(jīng)過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成對被掃描工件的完整掃描。掃描系統(tǒng)采用標(biāo)志點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)多次掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的統(tǒng)一，從而完成點(diǎn)云的自動(dòng)拼接。針對該車門拉手的掃描，應(yīng)先根據(jù)其大小、形狀、復(fù)雜程度判斷需要掃描的次數(shù)，以及掃描的次序，保證本次掃描與之前掃描提取出的標(biāo)志點(diǎn)至少有3個(gè)公共點(diǎn)。

　　3點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)

　　將獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到逆向軟件GeomagicStudio中，首先應(yīng)用“體外孤點(diǎn)”和“減少噪音”的方法，將有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)周圍的雜點(diǎn)選中去除，提高點(diǎn)云質(zhì)量;其次通過“手動(dòng)注冊”多點(diǎn)注冊模式，完成拼接，如圖4所示，接著點(diǎn)擊“全局注冊”，將分散的點(diǎn)云整合在一起，減小誤差。先后點(diǎn)擊“聯(lián)合點(diǎn)對象”、“封裝”，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三角面片。通過“刪除釘狀物”去除多邊形網(wǎng)格上的單點(diǎn)尖峰。因存在掃描誤差，難以避免銳邊變鈍、平滑曲線變粗糙，應(yīng)用“減少噪音”命令可對多邊形網(wǎng)格進(jìn)行平滑處理。同時(shí)，由于該車門拉手背面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，掃描時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)相互遮擋的現(xiàn)象，一些數(shù)據(jù)無法被采集到，導(dǎo)致轉(zhuǎn)成三角面片后出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺陷，因此需建立拓?fù)潢P(guān)系來補(bǔ)全數(shù)據(jù)，以還原出原始真實(shí)表面信息。最終將數(shù)據(jù)保存為“stl”格式。4CAD三維模型重構(gòu)基于DesignX軟件進(jìn)行三維數(shù)字化建模:1)將之前保存好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件。2)通過領(lǐng)域組將點(diǎn)云分成多個(gè)領(lǐng)域。該車門拉手由結(jié)構(gòu)部分和自由曲面部分組成，主要分析其曲面的特點(diǎn)，找出具有代表性的曲線輪廓。3)通過面片草圖功能將輪廓線畫出，然后利用面片掃描功能將草圖轉(zhuǎn)化為面片，實(shí)現(xiàn)正面自由曲面部分的基礎(chǔ)輪廓面片;背面自由曲面曲率不等，通過放樣的方法，將草圖轉(zhuǎn)換為面片，延長其邊界，使面片覆蓋整個(gè)曲面部分，如圖5所示。4)通過面片草圖、拉伸、剪切等曲面編輯操作的應(yīng)用，構(gòu)建了該車門拉手背面的結(jié)構(gòu)特征，最后進(jìn)行求和、倒圓角，得出完整的模型，如圖6所示。

　　5精度分析與驗(yàn)證

　　對于該車門拉手的重構(gòu)，需保證自由曲面的精度要求，以達(dá)到車門拉手的美觀性和實(shí)用性。在本次研究中，主要以三維掃描儀掃描為主，精密儀器的測量為輔，共同完成車門拉手的三維模型重構(gòu)。基于GeomagicQualify精度檢測軟件，將創(chuàng)建的自由曲面與標(biāo)準(zhǔn)三維模型各面數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，建模重構(gòu)精度控制在±0.05mm以內(nèi)，面與面的擬合度高，達(dá)到精度要求，即測量結(jié)果和逆向結(jié)果準(zhǔn)確有效，如圖7所示。

　　6基于正向設(shè)計(jì)的車門拉手創(chuàng)新設(shè)計(jì)

　　該車門拉手由鍍鉻的拉手、底座、扭簧、鍍鉻的金屬扭簧銷、緩沖墊、車門鎖舌拉桿等組件構(gòu)成。使用時(shí)，用手拉動(dòng)拉手，手的力量克服扭簧的彈性力，使拉手圍繞扭簧銷旋轉(zhuǎn)，從而使得鎖舌從鎖孔中拉出，扭簧、扭簧銷、緩沖墊與他們一同形成組件，易于安裝在車門上。創(chuàng)新裝配設(shè)計(jì)效果如圖8所示。

　　7結(jié)束語

　　目前逆向技術(shù)的精度檢測主要是從誤差的來源進(jìn)行定性分析，定量分析還不夠深入。而本文利用GeomagicQualify軟件對重構(gòu)CAD模型與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，結(jié)果表明達(dá)到了定量分析的目的，成功縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高了企業(yè)競爭力。

　　參考文獻(xiàn):

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　　[3]袁峰.逆向工程與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].科技信息，2009(5):588-589.

　　作者：俞張勇 楊海霞 吳斌 于俊杰 陳明 周雯雯 單位：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院

　　推薦期刊：《網(wǎng)絡(luò)與信息》(月刊)創(chuàng)刊于1987年，由遼寧省信息中心主辦。是經(jīng)國家科技部和國家新聞出版總署批準(zhǔn)的國內(nèi)外公開發(fā)行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類專業(yè)媒體，《網(wǎng)絡(luò)與信息》是國內(nèi)公開發(fā)行的互聯(lián)網(wǎng)信息導(dǎo)航和IT技術(shù)應(yīng)用類月刊，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類專業(yè)媒體，國家信息中心核心期刊，中國信息經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)會(huì)刊。