安檢設(shè)備中探測器箱的Pro/E設(shè)計方法研究

賈寧寧

（公安部第一研究所，北京 100048）

0 引言

隨著社會不斷發(fā)展，全球一體化趨勢越來越強(qiáng)，恐怖主義、走私、毒品交易等非法活動也在不斷蔓延。為此，各國政府提高了對機(jī)場、車站、碼頭等公共場所的安檢措施，重點(diǎn)加強(qiáng)對爆炸物、刀槍、毒品等違禁品的檢查力度。X 射線安全檢查設(shè)備因其具有探測物質(zhì)特性的能力以及良好的性價比，現(xiàn)已成為機(jī)場、車站、碼頭、大使館、會議場所、大型活動、物流行業(yè)等場所的安全檢查必備設(shè)備[1]。

X 射線安全檢查設(shè)備工作原理是通過輸送帶將被檢行李送入檢查通道后，X 射線源發(fā)射X 射線，射線穿過輸送帶上的被檢物品，經(jīng)被檢物品吸收后，最后轟擊探測器。探測器把X 射線轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?，并送到處理機(jī)箱做進(jìn)一步處理。

由工作原理可知，探測器要接受X 射線轟擊，但并不能全部吸收所有的X 射線，部分X 射線還要經(jīng)漫反射后打向四面八方。這時安裝有探測器的箱體就需要做一定的防護(hù)措施，對未吸收和漫反射的X 射線進(jìn)行衰減，從而達(dá)到對設(shè)備外部人員保護(hù)的目的，特別是當(dāng)X射線安全檢查設(shè)備的射線源發(fā)射較強(qiáng)射線時，這點(diǎn)變的尤其重要。

Pro/Engineer（以下簡稱Pro/E）是新一代CAD/CAE軟件，它具有強(qiáng)大的零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配等功能。工程設(shè)計人員可以利用它對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計（包括零件和裝配設(shè)計）、工程分析（有限元和運(yùn)動分析）等，這些都極大的提高了企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和對市場的快速反應(yīng)能力[2,4]。

在X 射線安全檢查設(shè)備設(shè)計時，工程設(shè)計人員先用Pro/E 對零件進(jìn)行三維建模，再把做好的零件模型進(jìn)行裝配，最后完成整體設(shè)計。

本文根據(jù)上述要求，對探測箱的設(shè)計進(jìn)行了兩種方法的對比和測試，一種為傳統(tǒng)設(shè)計，一種為參照設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計即先利用尺寸完成探測箱外殼體設(shè)計，再利用外殼體尺寸，對鉛板進(jìn)行相應(yīng)尺寸設(shè)計，最后進(jìn)行裝配；參照設(shè)計即先利用尺寸完成探測箱外殼體設(shè)計，再在草繪中利用已完成的外殼體作為基準(zhǔn)零件，對各個線段尺寸進(jìn)行約束、鎖定，動態(tài)的仿真設(shè)計鉛板的過程。

1 探測器箱設(shè)計方法

工程設(shè)計人員根據(jù)X 射線安全檢查設(shè)備的通道尺寸、X 射線出射方向等有關(guān)參數(shù)完成探測箱外殼體的三維建模，如圖1 所示。創(chuàng)建完成后，工程設(shè)計人員下邊就要根據(jù)創(chuàng)建的探測箱外殼體尺寸，進(jìn)行防護(hù)鉛板的設(shè)計。

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計

（1）單擊“文件（F）—新建（N）—零件”，創(chuàng)建一個全新的零件圖，如圖2 所示。

圖1 探測箱外殼體Fig.1 The detector box shell

圖2 創(chuàng)建零件Fig.2 Create part

（2）進(jìn)入草繪后，根據(jù)已完成的探測箱外殼體尺寸，重新構(gòu)建防護(hù)鉛板的三維造型，如圖3 所示。

（3）防護(hù)鉛板創(chuàng)建完成后，按照“文件（F）—新建（N）—組件”的步驟，完成探測器箱外殼體和鉛板的裝配，如圖4 所示。

圖3 鉛板造型圖Fig.3 The lead model

圖4 探測箱造型Fig.4 The detector box model

該方法較為簡單，適于初學(xué)者使用，可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、尺寸變化量不大的零件裝配[2,4,5]。但當(dāng)復(fù)雜曲面及尺寸頻繁變化的零件裝配時，該方法就會出現(xiàn)曲面尺寸難確定、尺寸變化需反復(fù)在切換零件窗口和裝配窗口等問題，針對上述問題，為提高設(shè)計水平和速度，本文又提出了新的設(shè)計方法。

1.2 參照設(shè)計

（1）不同于傳統(tǒng)設(shè)計，參照設(shè)計需先按照“文件（F）—新建（N）—組件”的方式創(chuàng)建探測箱裝配，如圖5 所示。

（2）按照“插入（I）—元件（C）—裝配（A）”的步驟，將探測箱外殼體插入創(chuàng)建的組件中。然后再按照“插入（I）—元件（C）—裝配（C）”的步驟，選擇“零件—鈑金件”，如圖6 所示。

（3）在選擇“定位缺省基準(zhǔn)—對齊坐標(biāo)系與坐標(biāo)系”后，選取組件的坐標(biāo)系為零件坐標(biāo)系，這樣可以保證新建零件中有坐標(biāo)系，否則容易出現(xiàn)無坐標(biāo)系的情況。

圖5 創(chuàng)建探測箱裝配Fig.5 Create assembly of the detector box

圖6 創(chuàng)建鉛板名稱及類型Fig.6 Create name and type of lead

圖7 創(chuàng)建鉛板坐標(biāo)系Fig.7 Create coordinate of lead

（5）進(jìn)入草繪后，選取草繪平面四周為參照，注意此時選取的應(yīng)為探測箱外殼體的內(nèi)表面，這樣創(chuàng)建的鉛板才是和內(nèi)表面貼合的，如圖9 所示。

（6）選擇鉛板厚度后即可完成部分平面的設(shè)計。

（7）按照同上步驟，依次完成鉛板其余平面設(shè)計。

該方法動態(tài)性好，主要能對一些復(fù)雜曲面進(jìn)行仿真設(shè)計。對于尺寸頻繁變化的裝配設(shè)計，只要沒有刪除參照即可實(shí)現(xiàn)裝配零件之間的動態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)裝配的高效性和準(zhǔn)確性，大大降低設(shè)計時間。經(jīng)實(shí)踐檢驗，該方法設(shè)計出的鉛板與探測箱外殼貼合度更高，防X 射線泄露能力也有了進(jìn)一步加強(qiáng)[3,4]。

圖8 選取內(nèi)表面Fig.8 Select inner surface

圖9 創(chuàng)建草繪Fig.9 Create sketch

圖10 平面創(chuàng)建Fig.10 Create plane

圖11 建模完成Fig.11 Complete modeling

2 結(jié)論

本文討論對比了探測箱傳統(tǒng)設(shè)計和參照設(shè)計之間的優(yōu)缺點(diǎn)。而在實(shí)際操作中還可以采用兩種方式相結(jié)合的做法，主要是由于有時探測箱外殼體的一些操作可能使用于創(chuàng)建鉛板特征的參照丟失，這樣創(chuàng)建后的鉛板就會提示出現(xiàn)錯誤，如果是后續(xù)操作者不是零件原創(chuàng)作者時，由于不清楚原創(chuàng)作者的意圖或操作，可能會出現(xiàn)越操作越亂的情況。對此筆者建議在一些定型的機(jī)型中，由參照設(shè)計完成的零件建模，可將參照約束改為尺寸約束，這樣當(dāng)對探測箱外殼體進(jìn)行局部改動而需要去掉可能是鉛板特征參照時，也不會發(fā)生錯誤。

Pro/E 軟件作為一款適用的功能強(qiáng)大的CAD/CAM 軟件，功能豐富，掌握起來相對有一定難度。一些其他簡捷方便的設(shè)計方法尚未被人發(fā)掘，這就需要工程設(shè)計人員在實(shí)際應(yīng)用中不斷的去探索，去實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)更好、更快的設(shè)計，不斷提升產(chǎn)品的競爭力。

[1]顏巧燕，等．新型X 射線安全檢查設(shè)備——小型移動背散射X 射線安全檢查設(shè)備簡介[J]．北京：機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，6．

[2]秦長海，等．Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版范例教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2007．

[3]陳猛，等．Pro/E 草繪在零件設(shè)計中應(yīng)用的研究[J]．佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，11．

[4]詹友剛．Pro/ENGINEER 中文野火版3.0 鈑金實(shí)例精解[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

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