安檢設備中探測器箱的Pro/E設計方法研究

賈寧寧

（公安部第一研究所，北京 100048）

0 引言

隨著社會不斷發展，全球一體化趨勢越來越強，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場、車站、碼頭等公共場所的安檢措施，重點加強對爆炸物、刀槍、毒品等違禁品的檢查力度。X 射線安全檢查設備因其具有探測物質特性的能力以及良好的性價比，現已成為機場、車站、碼頭、大使館、會議場所、大型活動、物流行業等場所的安全檢查必備設備[1]。

X 射線安全檢查設備工作原理是通過輸送帶將被檢行李送入檢查通道后，X 射線源發射X 射線，射線穿過輸送帶上的被檢物品，經被檢物品吸收后，最后轟擊探測器。探測器把X 射線轉變為信號，并送到處理機箱做進一步處理。

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措施，對未吸收和漫反射的X 射線進行衰減，從而達到對設備外部人員保護的目的，特別是當X射線安全檢查設備的射線源發射較強射線時，這點變的尤其重要。

Pro/Engineer（以下簡稱Pro/E）是新一代CAD/CAE軟件，它具有強大的零件設計、產品裝配等功能。工程設計人員可以利用它對產品進行設計（包括零件和裝配設計）、工程分析（有限元和運動分析）等，這些都極大的提高了企業的技術創新能力和對市場的快速反應能力[2,4]。

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

本文根據上述要求，對探測箱的設計進行了兩種方法的對比和測試，一種為傳統設計，一種為參照設計。傳統設計即先利用尺寸完成探測箱外殼體設計，再利用外殼體尺寸，對鉛板進行相應尺寸設計，最后進行裝配；參照設計即先利用尺寸完成探測箱外殼體設計，再在草繪中利用已完成的外殼體作為基準零件，對各個線段尺寸進行約束、鎖定，動態的仿真設計鉛板的過程。

1 探測器箱設計方法

工程設計人員根據X 射線安全檢查設備的通道尺寸、X 射線出射方向等有關參數完成探測箱外殼體的三維建模，如圖1 所示。創建完成后，工程設計人員下邊就要根據創建的探測箱外殼體尺寸，進行防護鉛板的設計。

1.1 傳統設計

（1）單擊“文件（F）—新建（N）—零件”，創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 創建零件Fig.2 Create part

（2）進入草繪后，根據已完成的探測箱外殼體尺寸，重新構建防護鉛板的三維造型，如圖3 所示。

（3）防護鉛板創建完成后，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，適于初學者使用，可應用于結構不復雜、尺寸變化量不大的零件裝配[2,4,5]。但當復雜曲面及尺寸頻繁變化的零件裝配時，該方法就會出現曲面尺寸難確定、尺寸變化需反復在切換零件窗口和裝配窗口等問題，針對上述問題，為提高設計水平和速度，本文又提出了新的設計方法。

1.2 參照設計

（1）不同于傳統設計，參照設計需先按照“文件（F）—新建（N）—組件”的方式創建探測箱裝配，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—對齊坐標系與坐標系”后，選取組件的坐標系為零件坐標系，這樣可以保證新建零件中有坐標系，否則容易出現無坐標系的情況。

圖5 創建探測箱裝配Fig.5 Create assembly of the detector box

圖6 創建鉛板名稱及類型Fig.6 Create name and type of lead

圖7 創建鉛板坐標系Fig.7 Create coordinate of lead

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

（6）選擇鉛板厚度后即可完成部分平面的設計。

（7）按照同上步驟，依次完成鉛板其余平面設計。

該方法動態性好，主要能對一些復雜曲面進行仿真設計。對于尺寸頻繁變化的裝配設計，只要沒有刪除參照即可實現裝配零件之間的動態變化，實現裝配的高效性和準確性，大大降低設計時間。經實踐檢驗，該方法設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一步加強[3,4]。

圖8 選取內表面Fig.8 Select inner surface

圖9 創建草繪Fig.9 Create sketch

圖10 平面創建Fig.10 Create plane

圖11 建模完成Fig.11 Complete modeling

2 結論

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

Pro/E 軟件作為一款適用的功能強大的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計方法尚未被人發掘，這就需要工程設計人員在實際應用中不斷的去探索，去實踐，從而實現更好、更快的設計，不斷提升產品的競爭力。

[1]顏巧燕，等．新型X 射線安全檢查設備——小型移動背散射X 射線安全檢查設備簡介[J]．北京：機電產品開發與創新，2014，6．

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

[3]陳猛，等．Pro/E 草繪在零件設計中應用的研究[J]．佳木斯大學學報（自然科學版），2009，11．

[4]詹友剛．Pro/ENGINEER 中文野火版3.0 鈑金實例精解[M]．北京：機械工業出版社，2008．

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