基于Pro/E的卫生洁具测量造型

【摘　要】测量造型是逆向工程技术中的关键环节。本文以卫生洁具为例，用激光扫描技术对产品的各个部位实行扫描测量，在Imageware、Surfacer和Pro/E软件平台基础上，对产品的点云数据进行各种处理，并提出了一种基于线框模型的方法，直接在Pro/E软件中完成了曲面和实体造型。该结果对卫生洁具的数字化设计及制造具有实际意义。

【关键词】虹吸式坐便器；逆向设计；Imageware；Surface；Pro/E

The sanitary measuring model based on the Pro/E

【Abstract】The measuring model is the key in reverse engineering. This paper sanitary ware for example, the product was measured by using laser scanning technology to any part of the product. In Imageware, Surfacer and Pro/E software platform, based on the product point cloud data for all kinds of processing, and put forward a method of model based on line box, directly in the Pro/E finished surface and solid modeling. The results have practical significance for digital design and manufacturing sanitary.

【Key words】Siphon toilet；Reverse design；Lmageware；Surface；Pro/E

0.引言

目前陶瓷卫生洁具新产品生产工艺流程是从新产品图样—石膏小样—石膏原型—石膏原胎模—石膏试验工作模（试浆合格）—注浆—上釉—烧成等一系列工序不断重复，其产品原型的制作和翻制试验石膏模都是通过人工来完成的。因此开发周期长，成本高。

逆向工程（Reverse Engineering RE）就是从模型、样品到设计、造型的过程。CAD模型重建是根据产品的测量数据完成实物的数学模型。根据实物的数字化信息，可以将测量得到的数据点分成两类：有序点和无序点（散乱点）。由不同的数据类型，形成了不同的模型重建技术[1]。

卫生洁具产品结构复杂,研究这类产品的逆向工程技术，可以吸收、消化新技术并达到优化产品的目的，也对坐便器的数字化制造及进一步的研究提供了模型基础。

本文以新型喷射虹吸式坐便器为研究对象,探讨了逆向工程在陶瓷洁具产品设计中的应用思路及一般步骤[2]。

1.坐便器模型数据采集与处理

1.1数据的采集方法

在逆向工程技术中，获得重构CAD模型的离散数据，即数字化技术是关键的第一步。只有获得正确的测量数据，才能进行误差分析和曲面比较，实现CAD建模。常用的测量数字化设备有：三维坐标测量机、激光测量仪、工业CT和逐层切削装置等。其中三维激光扫描技术，采用空间对应测量原则，用激光束对物体表面进行扫描，采集被测表面的光轨迹曲线，通过计算机处理，最终得到物体表面的三维集合数据，根据这些数据可以进行快速成型和NC加工[3]。

由于本设计中的坐便器模型结构复杂，曲面形状极不规则，水盆、内腔以及虹吸系统部分在外部曲面的遮挡下无法直接观察和测量，所以对坐便器的数据测量采用分块多次测量的方法，把各分块数据再利用软件进行自动拼接。数据采集分为二部分，一是外表面数据采集二是内喷射孔外表面数据采集。鉴于整个坐便器模型大致呈中心对称，所以应把坐便器沿中心线剖开，以便数据采集。

用剖开的一半坐便器模型进行三维激光扫描，获得点云数据。外表面的点云数据图如图1所示。

图1　扫描所得点云数据

1.2数据的预处理

Imageware作为反求工程的专业软件，可接收几乎所有的三坐标测量数据，还可接收stl、Vda等格式数据，具有强大数据处理能力，非常适合处理大量扫描的点云数据。鉴于此坐便器扫描得到的点云数据之具大，用它来处理是非常合适的[4]。

Surfacer软件可用来建构各种曲线，拟合连由测量设备得到的点云数据，并允许根据公差与光顺程度，来拟合 3D曲线。它还可以使用动态的调整直至曲线符合所需要求。

本文通过Imageware对测量的各部分点群数据进行拼接对齐，然后再采用噪音点的去除，平滑处理，数据修补和精简等手段，对点云进行有效的处理，处理过后调入到Surfacer对其进行编辑，主要是转换为线框模型，然后在Pro/E中进行实体造型。

1.2.1数据预处理

首先对输入的点云数据进行取样、析出点云等预处理。这里的点云是一个统一的整体，很多时候需要将其分块处理，或者删除某些不需要的部分，这时就需要用到析出功能，析出功能菜单在extract命令里。对于点云数据中明显的噪音点可以应用modify菜单下的extract—circle-select points命令手动删除。对于质量较差的点云可以应用smooth命令进行平滑处理，还可以应用modify菜单下data reduction命令进行点云的取样处理。

经过上述预处理的坐便器外表面模型如图2所示。同理，对内喷射孔外表面做同样的处理，如图3所示。

图2　坐便器外表面处理后点云

图3　内喷射孔外表面处理后点云

1.2.2 Surfacer软件的线框模型

通过Imageware软件的预处理后，再将其导入到Surfacer软件中进行线框模型的建立。在Surfacer中的Curves一般都是NURBS Curve，NURBS是Non-Uniform Rational B-spine的缩写。NURBS可以表现出3D的几何物件，可以很精确的描绘出大部分的几何模型，如：线、圆、椭圆、球体、环形和像车体或人体的复杂自由曲面模型[5]。