基于逆向工程技術(shù)的臺(tái)燈外殼模具設(shè)計(jì)【臺(tái)燈底座】

基于逆向工程技術(shù)的臺(tái)燈外殼模具設(shè)計(jì)【臺(tái)燈底座】,臺(tái)燈底座,基于,逆向,工程技術(shù),臺(tái)燈,外殼,模具設(shè)計(jì),底座 誠(chéng)信聲明 本人聲明： 1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料； 3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。 作者簽名： 日期： 年 月 日  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目：基于逆向工程技術(shù)的臺(tái)燈外殼模具設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 職稱 教研室主任 _ （1） 基本任務(wù)及要求： 1.使用3DSS三坐標(biāo)掃描儀，結(jié)合3dsstd測(cè)得臺(tái)燈外殼表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 2.用Geomagic對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建玩具外殼表面數(shù)字模型； 3.運(yùn)用UG軟件完成臺(tái)燈外殼零件的實(shí)體建模，并應(yīng)用快速成型技術(shù)造型； 4.應(yīng)用UG MoldWizard分模，完成玩具外殼注塑模具設(shè)計(jì)； 5.應(yīng)用Moldflow軟件實(shí)現(xiàn)注塑模流分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)； 6.完成模具裝配圖及主要零部件圖，按照要求撰寫設(shè)計(jì)論文 （2） 進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1.準(zhǔn)備階段。時(shí)間：2011-12-6～2012-2-26 了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，搜集有關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)資料，自學(xué)CAD/CAM軟件和相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)。 2.確定設(shè)計(jì)方案。時(shí)間：2012-2-27～2012-3-30 完成文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告，提出解決課題問(wèn)題的初步方案，并對(duì)方案優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行比較，分析實(shí)施可行性，按實(shí)際條件確定實(shí)施方案。 3、 設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。時(shí)間：2012-3-31～2012-5-20 應(yīng)用UG完成曲軸鍛造模具設(shè)計(jì)，運(yùn)用CAE技術(shù)對(duì)曲軸鍛造模具重要零部件分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行加工仿真，借助畢業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)完善設(shè)計(jì)。 4.撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。時(shí)間：2011-5-21～2011-6-5 按湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 5.畢業(yè)答辯工作。時(shí)間：2011-6-7～2011-6-10 6.畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。時(shí)間：2011-6-11～2011-6-20 目 錄 摘 要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ 第1章 緒論…………………………………………………………………………………1 1.1逆向工程簡(jiǎn)介………………………………………………………………………1 1.1.1逆向工程的概念……………………………………………………………1 1.1.2逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用……………………………………………………2 1.1.3逆向工程的一般步驟………………………………………………………2 1.2 測(cè)量工具3Dss掃描儀的介紹……………………………………………………3 1.3 Geomagic軟件的介紹…………………………………………………………4 1.4 UGNX6.0軟件的介紹………………………………………………………………6 1.5 UG MoldWizard概述……………………………………………………………6 1.6 Moldflow簡(jiǎn)介………………………………………………………………6 1.7本課題的意義…………………………………………………………………7 第2章 逆向工程中的掃描過(guò)程……………………………………………………………8 2.1測(cè)量方式…………………………………………………………………………8 2.2掃描設(shè)備及掃描軟件界面介紹…………………………………………………9 2.3零件掃描過(guò)程……………………………………………………………………12 2.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………14 第3章 逆向工程的后處理…………………………………………………………15 3.1逆向工程的后處理………………………………………………………………15 3.1.1逆向工程后處理的要求…………………………………………………15 3.1.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理…………………………………………………………16 3.1.3三角形網(wǎng)格曲面編輯處理………………………………………………16 3.1.4快速曲面重建的曲面階段………………………………………………17 3.1.5柵格化并NURBS擬合成CAD模型………………………………………17 3.2曲面重構(gòu)過(guò)程……………………………………………………………………18 3.3 UG環(huán)境下的實(shí)體建?！?9 3.3.1曲面縫合………………………………………………………………20 3.3.2塑件特征設(shè)計(jì)…………………………………………………………21 3.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………22 第4章 玩具外殼模具設(shè)計(jì)…………………………………………………………………23 4.1注塑模具分模的設(shè)計(jì)流程………………………………………………………23 4.2 模具設(shè)計(jì)的基本過(guò)程…………………………………………………………23 4.3本章小結(jié)…………………………………………………………………………23 第5章 模流分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)………………………………………………………………29 5.1 moldflow軟件的應(yīng)用…………………………………………………………29 5.2模流分析的基本步驟……………………………………………………………29 5.3本章小結(jié)……………………………………………………………………33 第6章 小結(jié)…………………………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………35 致謝…………………………………………………………………………………………36 基于逆向工程技術(shù)的臺(tái)燈外殼模具設(shè)計(jì) 摘要：本文研究了逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)，并應(yīng)用于臺(tái)燈外殼的模型重建以及玩具外殼的模具設(shè)計(jì)。 臺(tái)燈外殼的外形曲面復(fù)雜，根據(jù)洋臺(tái)燈外殼的特點(diǎn)，采用逆向工程方法完成模型重建工作。采用3DSS掃描儀高效率、高精度的完成臺(tái)燈外殼的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取工作；應(yīng)用Geomagic軟件完成臺(tái)燈外殼的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理工具；以UG軟件完成臺(tái)燈外殼模型的重構(gòu)工作并用UG MoldWizard進(jìn)行磨具設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：逆向工程；曲面構(gòu)造；模具設(shè)計(jì) Based On The Reverse Engineering Of Doll Toy Shell Mold Design Abstract：This paper studies the key technology of reverse engineering, and applied to the doll toy shell model reconstruction and the toy shell mold design. Doll toy shell shape surface complex, according to the characteristics of doll toys, using reverse engineering method to complete the model reconstruction. Using a 3DSS scanner with high efficiency, high precision complete doll toy shell point cloud data acquisition work; Geomagic software applications doll toy shell point cloud data processing tool; with UG software toys shell model of the reconstruction work and UG MoldWizard grinding tools design. Key words: Reverse Engineering; Surface Construction; Mold Design II 第 1 章 緒 論 1.1逆向工程簡(jiǎn)介 1.1.1逆向工程的概念 逆向工程(反求工程)是利用對(duì)實(shí)物測(cè)量的數(shù)據(jù)重新構(gòu)造實(shí)物的計(jì)算機(jī)模型，然后利用CAD/CAE/CAM等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行分析、再設(shè)計(jì)、數(shù)控編程等操作，而后進(jìn)行加工。逆向工程現(xiàn)己發(fā)展為CAD/CAM中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。通過(guò)實(shí)物模型產(chǎn)生CAD模型，可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并適應(yīng)智能化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的信息交換。實(shí)施逆向工程可以充分發(fā)揮先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備的優(yōu)越性，使其既可以作為CAD/CAM系統(tǒng)所需要的三維輸入裝置，又可以作為CAD/CAM系統(tǒng)處理后的誤差檢測(cè)評(píng)估裝置，從而提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，制造自動(dòng)化程度，縮短產(chǎn)品的試制開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。將逆向工程技術(shù)定義為沒(méi)有工程圖紙的情況下，對(duì)物體的物理模型進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)測(cè)量信息的分析和處理來(lái)反求其CAD模型的過(guò)程。在這一意義下，逆向工程可以定義為:是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱。逆向工程是綜合性很強(qiáng)的術(shù)語(yǔ)，它是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)己有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對(duì)己有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，特別強(qiáng)調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。從工程應(yīng)用的目的出發(fā)，將反求工程的研究領(lǐng)域拓寬到工藝、材料、原理等方面的反求，是廣義上的反求。應(yīng)該看到:逆向工程有其獨(dú)特的共性技術(shù)和內(nèi)容，還是一門新興的交叉學(xué)科分支?，F(xiàn)行產(chǎn)品中的各種復(fù)雜高新技術(shù)，在逆向工程中都會(huì)遇到如何消化吸收并加以改進(jìn)和提高。所以對(duì)于新興技術(shù)的理解、消化和推廣上，逆向工程作用十分巨大。現(xiàn)代人們通稱的設(shè)計(jì)一般均指正向設(shè)計(jì)。它根據(jù)市場(chǎng)需要提出目標(biāo)和技術(shù)要求，使設(shè)計(jì)意圖變?yōu)楫a(chǎn)品。如何合理利用他人的設(shè)計(jì)思想，加快自身產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力，是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天站穩(wěn)腳跟，持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，任何產(chǎn)品的問(wèn)世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制，都蘊(yùn)含著對(duì)已有科學(xué)、技術(shù)的應(yīng)用和借鑒改進(jìn)。可以看出，反求思維在工程中的應(yīng)用己源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，然而提出這種術(shù)語(yǔ)并作為一門學(xué)問(wèn)去研究，則出現(xiàn)于60年代，逆向工程是各國(guó)技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展，尤其是發(fā)展中國(guó)家迅速改變技術(shù)落后狀況，提高綜合設(shè)計(jì)、決策水平、制造水平，趕超世界先進(jìn)水平的迅捷之路。戰(zhàn)后日本工業(yè)恢復(fù)的需要使其首先對(duì)逆向工程進(jìn)行了較早的研究，日本提出“第一臺(tái)引進(jìn)，第二臺(tái)國(guó)產(chǎn)化，第三臺(tái)出口”的口號(hào)，用了近二十年時(shí)間迅速崛起成為世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)就是一個(gè)生動(dòng)的歷史證明。 1.1.2逆向工程技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用 逆向工程是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的消化、吸收和提高先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法以及應(yīng)用技術(shù)的組合，其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用逆向工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)百分之七十以上的技術(shù)源于國(guó)外，逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此研究逆向工程技術(shù)，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有重大的意義。逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況： 1．在產(chǎn)品仿制中的應(yīng)用 有時(shí)，擬合制作的產(chǎn)品沒(méi)有原始的設(shè)計(jì)圖檔，而是由委托單位交付樣品或?qū)嵨锬Ｐ?，?qǐng)制作單位復(fù)制。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或三軸仿形銑床以1: 1的比例制作模具，再生產(chǎn)產(chǎn)品。這種方法屬于模擬型復(fù)制，其缺點(diǎn)是無(wú)法建立工件尺寸圖檔，因而也無(wú)法用現(xiàn)有的CAD軟件對(duì)其進(jìn)行修改，故已漸為新型的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)所取代。在這種情況下，在對(duì)零件原形進(jìn)行三維反求的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼，加工復(fù)制出一個(gè)相同的零件。 2．在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不僅要求產(chǎn)品的功能先進(jìn)，而且要求外形美觀。而在造型中針對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)設(shè)計(jì)，已不是傳統(tǒng)訓(xùn)練下的機(jī)械工程師所能勝任的。一些具有美工背景的設(shè)計(jì)師們可利用CAD技術(shù)構(gòu)想創(chuàng)新的美觀外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、膠模、工程塑膠模、玻璃纖維模等，然后再以三維測(cè)量的方式建立曲面模型。在美學(xué)設(shè)計(jì)特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計(jì)廣泛采用真實(shí)比例的木制或泥塑模型來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的美學(xué)效果，而不采用在計(jì)算機(jī)屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時(shí)需用逆向工程的設(shè)計(jì)方法。 3．在舊產(chǎn)品改進(jìn)中的應(yīng)用 在對(duì)舊產(chǎn)品改進(jìn)時(shí)，有時(shí)并沒(méi)有零件的CAD模型，因此需要利用逆向工程技術(shù)建立產(chǎn)品的幾何模型，然后再利用傳統(tǒng)的CAD軟件對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí)，通常采用逆向工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)各種性能測(cè)試(如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等)建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類零件及反求其模具的依據(jù)。 4．在RPM (Rapid Prototyping Manufacturing，快速原型制造)中的應(yīng)用 快速原型制造(又稱RP技術(shù))是80年代后期興起的一種基于材料累加法的高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一次重大突破。RPM綜合了機(jī)械、CAD,數(shù)控、激光以及材料科學(xué)等各種技術(shù)，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，用以?duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)估、修改及功能試驗(yàn)，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。而以RP系統(tǒng)為基礎(chǔ)的快速工裝模具制造(Quick Tooling/Molding)和快速精鑄技術(shù)(Quick Casting)等則可實(shí)現(xiàn)零件的快速制造(Quick Manufacturing)。 為應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，首先應(yīng)該有產(chǎn)品的三維幾何模型。盡管己經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的三維CAD軟件，但運(yùn)用這些軟件建立一個(gè)復(fù)雜的零件模型，仍相當(dāng)費(fèi)時(shí)。有時(shí)工程界提供的是實(shí)物，需要由實(shí)物制造模具或作設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，因此在RPM中經(jīng)常利用逆向工程技術(shù)來(lái)建立產(chǎn)品的幾何模型。 此外，在計(jì)算機(jī)圖形和動(dòng)畫、工藝美術(shù)和醫(yī)療康復(fù)工程等領(lǐng)域，也經(jīng)常需要根據(jù)實(shí)物快速建立物體的三維幾何模型。另一個(gè)重要的應(yīng)用如修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等，此時(shí)不需要對(duì)整個(gè)零件原型進(jìn)行復(fù)制，而是借助逆向工程技術(shù)抽取零件原形的設(shè)計(jì)思想，指導(dǎo)新的設(shè)計(jì).這是由實(shí)物逆向推理出設(shè)計(jì)思想的一種漸近過(guò)程。因此，逆向工程技術(shù)在這些領(lǐng)域中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 1.1.3逆向工程的一般步驟 逆向工程一般可分為四個(gè)階段: 1．零件原形的數(shù)字化通常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)或激光掃描等測(cè)量裝置來(lái)獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 2．從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來(lái)獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。 3．零件原形CAD模型的重建將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過(guò)各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。 4．重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來(lái)檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求，對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。 1.2 測(cè)量工具3DSS三維掃描儀介紹 3DSS便攜式三維照相測(cè)量?jī)x是一種高速精度的三維測(cè)量掃描設(shè)備，采用的是目前國(guó)際最先進(jìn)的接觸光非接觸照相測(cè)量原理。 3DSS基本原理是：采用一種結(jié)合結(jié)構(gòu)光技術(shù)、相應(yīng)測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的復(fù)合三維非接觸測(cè)量技術(shù)。采用這種測(cè)量原理，使得對(duì)物體進(jìn)行照相測(cè)量極為可能，所謂照相測(cè)量，就是類似于照相機(jī)對(duì)視野內(nèi)的物體進(jìn)行照相，不同的是照相機(jī)攝取的是物體的二維圖像，而3DSS獲得的是物體的三維信息，與傳統(tǒng)的三維掃描儀不同的是，該掃描儀能同時(shí)測(cè)量一個(gè)面。 3DSS系列掃描儀特點(diǎn)： 1．掃描速度快； 每次掃描一個(gè)面，測(cè)量點(diǎn)分布非常規(guī)則，數(shù)秒內(nèi)可以得到100多萬(wàn)點(diǎn)，掃描時(shí)間短，測(cè)量效率極高 2．精度高利于測(cè)量； 利用獨(dú)特的技術(shù)，實(shí)際精度可達(dá)0.03mm，為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。 3．便攜式設(shè)計(jì)； 可帶至測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，特別適合對(duì)大型物體和不易轉(zhuǎn)移的物體進(jìn)行測(cè)量和掃描。且外觀設(shè)計(jì)精美，整體配件完善。 4．大景深； 3DSS掃描深度可達(dá)到300---500mm，為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。有利于物體凹面測(cè)量。 5．標(biāo)志點(diǎn)自動(dòng)拼接； 掃描過(guò)程中物體可以任意擺放和挪動(dòng)，掃描軟件可以自動(dòng)認(rèn)識(shí)標(biāo)志點(diǎn)，并多次測(cè)量結(jié)果自動(dòng)拼接，使得測(cè)量時(shí)間大大縮短（每次掃描得出點(diǎn)云顏色不同，便于工作人員分步處理，并且保留原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征，更利于點(diǎn)云處理。 6．非接觸掃描； 適用于柔軟、易變形的物體測(cè)量，適用范圍非常廣泛，根據(jù)被測(cè)物體的不同可獨(dú)家提供各種不同的夾具配件更好的對(duì)物體掃描而不失真。 7．彩色掃描； 不但可得到物體高精度外形點(diǎn)云數(shù)據(jù)，還可以得到逼真的彩色紋理，具有重要的應(yīng)用和科研價(jià)值。 8．測(cè)量輸出數(shù)據(jù)接口廣泛； 測(cè)量所得為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為ACS等格式，可以直接與surfacer、Geomagic、CATIA、UG等各種后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 1.3 Geomagic軟件介紹 Geomagic由美國(guó)Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測(cè)軟件。Geomagic Studio可輕易地從掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為 NURBS曲面。該軟件也是除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件。 Geomagic Studio主要包括Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五個(gè)模塊。主要功能包括：自動(dòng)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形（Polygons）、快速減少多邊形數(shù)目（Decimate）、把多邊形轉(zhuǎn)換為NURBS曲面、 曲面分析（公差分析等)及輸出與CAD/CAM/CAE匹配的文件格式（IGS、STL、DXF等）。 1.4 UGNX6.0軟件介紹 UG NX是美國(guó)UGS公司推出的CAD/CAE/CAM一體化軟件，它具有強(qiáng)大的實(shí)體造型，曲面造型功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還可以進(jìn)行有限元分析、動(dòng)力學(xué)分析，玩成產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、模型建立，性能分析和運(yùn)動(dòng)分析、加工刀路額生成等整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)紙化生產(chǎn)。UG 的CAM模塊提供了交互式編程產(chǎn)生精確刀具軌跡的方法，用戶通過(guò)創(chuàng)建程序節(jié)點(diǎn)、刀具節(jié)點(diǎn)、幾何節(jié)點(diǎn)、加工方法節(jié)點(diǎn)，生成刀具加工軌跡，通過(guò)觀察刀具運(yùn)動(dòng)來(lái)圖形化地編輯刀具軌跡，最終的刀位源文件經(jīng)過(guò)后置處理即可生成數(shù)控加工程序。UGNX6.0軟件的幾個(gè)主要應(yīng)用模塊及功能如下。 1．基本環(huán)境 這是啟動(dòng)UG后自動(dòng)運(yùn)行的第一個(gè)模塊，是其他應(yīng)用模塊的公共運(yùn)行平臺(tái)。它支持包括打開已存的部件文件、建立新的部件文件、繪制工程圖以及輸入、輸出不同格式的文件等操作，也提供圖存控制、試圖定義和屏幕布局、表達(dá)式和特征查詢、對(duì)象信息和分析、顯示控制和隱藏/再現(xiàn)對(duì)象等操作。 2．建模環(huán)境 實(shí)體建模集成了基于約會(huì)搜的特征建模和顯性幾何建模兩種方法，提供符合建模的方案，是用戶能夠方便地建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉(zhuǎn)實(shí)體、布爾運(yùn)算及進(jìn)行參數(shù)化編輯、提供草圖工具、各種曲線的生成及編輯工具、尺寸驅(qū)動(dòng)、定義和編輯變量及其表達(dá)式。實(shí)體建模是特征建模和自由形狀建模的必要基礎(chǔ)。 3．裝配建模 用于產(chǎn)品的模擬裝配。支持“自頂向下”和“子底向上”的裝配方法。裝配建模的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計(jì)和編輯，組件一邏輯對(duì)其、貼合和偏移等方式被靈活地配對(duì)或定位，改進(jìn)了性能和減少存儲(chǔ)的需求。參數(shù)化的裝配建模提供為描述組件間配對(duì)關(guān)系和為貴頂共同創(chuàng)建的緊固件組以及其他重復(fù)的零件的附加功能，這種體系結(jié)構(gòu)允許怕打的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并為設(shè)計(jì)者創(chuàng)建和共享，是產(chǎn)品開發(fā)并行工作。 4．制圖模塊 能夠以實(shí)體模型自動(dòng)生成曲面工程圖，也可以利用取向功能繪制平面工程圖。在模型改變時(shí)，工程圖將被自動(dòng)更新。制圖模塊提供自動(dòng)的視圖布局，可以自動(dòng)、手動(dòng)尺寸標(biāo)注，自動(dòng)繪制剖面線、形位公差和表面粗燥度標(biāo)注等。利用裝配模塊創(chuàng)建的裝配信息可以方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配圖剖視、爆炸圖、明細(xì)表自動(dòng)生成等。 5．產(chǎn)品分析模塊 集成了有限元分析功能，可用于對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行受力分析 ，受熱后的變形分析，可以建立有限元模型、對(duì)模型進(jìn)行分析和分析后的結(jié)果進(jìn)行處理。提供線性靜力、線性屈服分析、模擬分析和穩(wěn)態(tài)分析。運(yùn)動(dòng)分析模塊用于對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析?？梢赃M(jìn)行機(jī)構(gòu)鏈接設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，建立產(chǎn)品的仿真，利用交互是運(yùn)動(dòng)模式同時(shí)控制5個(gè)運(yùn)動(dòng)副，設(shè)計(jì)出包含任意關(guān)鍵節(jié)數(shù)的空間機(jī)構(gòu)，完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，以多種格式表達(dá)分析結(jié)果。注塑模流分析模塊用于注塑模中對(duì)熔化的塑料進(jìn)行流動(dòng)分析。具有前處理、解算和后處理的能力，提供強(qiáng)大的在線求解和完整的服務(wù)材料數(shù)據(jù)庫(kù)。 6．制造模塊 次模塊提供了對(duì)NC加工的CLSFs建立與編輯提供了包括銑、多軸銑、車、線切割、鈑金等加工方法的交互操作，還具有圖形后置處理器和機(jī)床數(shù)據(jù)文件生成器的支持。同時(shí)又提供了制造資源管理系統(tǒng)、切削仿真、圖形刀軌編輯器、機(jī)床仿真等加工或輔助加工模塊。 1.5 UG MoldWizard概述 MoldWizard是UG軟件用于注塑模具自動(dòng)化設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊，運(yùn)用知識(shí)嵌入的基本理念，只需根據(jù)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型，按照模具設(shè)計(jì)的流程建立一套與產(chǎn)品造型參數(shù)相關(guān)的三維實(shí)體模具。MoldWizard提供給用戶一個(gè)邏輯過(guò)程，指導(dǎo)用戶一步步地完成模型設(shè)計(jì)。在這個(gè)優(yōu)化的環(huán)境中提供了很多自動(dòng)化的功能：如數(shù)據(jù)的讀入和零件建模、家族模具、縮放控制、自動(dòng)的模腔布局、分模功能、模架工具和庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)件工具和庫(kù)。分別對(duì)應(yīng)于MoldWizard工具條中的各個(gè)圖標(biāo)，并且圖標(biāo)的排列順序與實(shí)際的模具設(shè)計(jì)過(guò)程相似 1.5 Autodesk Moldflow Adviser簡(jiǎn)介 Autodesk Moldflow Adviser軟件是由德國(guó)西門子公司的用于注塑模流分析并優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的軟件，該軟件是對(duì)塑料產(chǎn)品和模具進(jìn)行深入分析的軟件包，可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑過(guò)程進(jìn)行模擬分析，可得到最佳的澆口數(shù)量與位置。從而為模具設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和注塑人員進(jìn)行注塑工藝參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。利用MoldFlow技術(shù)可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注射成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及塑件中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、塑件的收縮和翹曲變形等情況。 1.6本章小結(jié) 本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造及時(shí)手段來(lái)解決玩具洋娃娃外殼成形技術(shù)中的一些難題，應(yīng)用UG MoldWizard對(duì)模具分模，并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)縮短洋娃娃外殼模具的制造周期，加速玩具洋娃娃工業(yè)的發(fā)展。 第2章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù) 2.1測(cè)量方式 逆向工程所需要的測(cè)量按其特性及應(yīng)用，一般可分為兩大類：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量?jī)煞N，非接觸式測(cè)量用于表面不規(guī)則的曲面測(cè)測(cè)量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測(cè)量。 逆向工程所需要的測(cè)量按其特性及應(yīng)用，一般可分為兩大類：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量，表2-1列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。 表2-1 非接觸式與接觸式測(cè)量的比較表 測(cè)量方式 非接觸式 接觸式 測(cè)量精度 傳感器 測(cè)量速度 前置作業(yè) 工件材料 測(cè)量死角 10-100 P7"1 光電接收器件 1000-12000點(diǎn)/秒 需噴漆，無(wú)基準(zhǔn)點(diǎn) 無(wú)限定 光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處 1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測(cè)量 優(yōu)勢(shì) 1.測(cè)量速度快，曲面獲取容易； 2.不必做探頭半徑補(bǔ)償； 3.可測(cè)量柔軟、易碎、不可接觸 薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作； 4.無(wú)接觸力，不會(huì)傷害精密表面 1.精度較高； 2.可直接測(cè)量工件的 特定幾何 缺點(diǎn) 1.測(cè)量精度較差，無(wú)法判別特定的 幾何形狀； 2.陡峭面不易測(cè)量，激光無(wú)法照到 的地方不易測(cè)量； 3.工件表面與探頭表面不是垂直， 則測(cè)量的誤差較大； 4.工件表面的暗程度會(huì)影響到 1.需逐點(diǎn)測(cè)量，速度慢； 2.測(cè)量前要做半徑補(bǔ)償； 3.接觸力大小會(huì)影響測(cè)量精度； 4.接觸力會(huì)造成工件及探頭表 面磨損，影響光滑度； 5.斜面測(cè)量時(shí)，不易補(bǔ)償半徑, 精度難以保證； 6.測(cè)量工件內(nèi)部時(shí)，形狀會(huì)影 響測(cè)量值 由上所述可知非接觸式測(cè)量用于表面不規(guī)則的曲面測(cè)測(cè)量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測(cè)量。由于本課題研究的是屬于曲面形狀零件的洋娃娃玩具外殼，經(jīng)比較選用非接觸式測(cè)量方式的激光測(cè)量。 非接觸式測(cè)量一般是基于三角法測(cè)量原理，可分為點(diǎn)接觸式、線接觸式、面接觸式三種。非接觸式探頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量，因不規(guī)則曲面對(duì)于接觸式探頭的半徑補(bǔ)償相當(dāng)不易，而且測(cè)量速度相當(dāng)慢。 2.2零件掃描過(guò)程 3DSS掃描儀能滿足大多數(shù)掃描任務(wù)、能很便捷的攜帶、安裝投入運(yùn)行。其掃描類型有如表2-2所示三種： 表2-2 掃描類型 3DSS-TD-II （標(biāo)準(zhǔn)型） 3DSS-MINI-II （迷你型） 3DSS-STDC-II （彩色標(biāo)準(zhǔn)型） 單幅掃描范圍 （典型值） 400300mm 200150mm 400300mm 單幅掃描點(diǎn)數(shù) 130萬(wàn) 130萬(wàn) 130萬(wàn) 彩色 24bits 掃描精度（） 0.03mm 0.02mm 0.05mm 操作系統(tǒng) Windows/XP Windows/XP Windows/XP 掃描頭重置 3.5Kg 3Kg 5Kg 單幅掃描時(shí)間輸 2.5秒 2.5秒 5秒 輸出文件格式 ASC, CRML2.0 ASC, CRML2.0 ASC, CRML2.0 其掃描基本流程： 1、啟動(dòng)軟件，確認(rèn)左右攝像頭安裝正確 2、調(diào)整攝像頭鏡頭，將焦距調(diào)整到最佳掃描位置 3、標(biāo)定掃描頭，標(biāo)定計(jì)算是極差要小于2 4、建立一個(gè)新項(xiàng)目 5、設(shè)置掃描參數(shù) 6、將待測(cè)物體至于鏡頭下開始掃描。 由于電動(dòng)酷豬外殼的不規(guī)則，要掃描出其整體外形，得到完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，必須采用拼接技術(shù)對(duì)其進(jìn)行多視角掃描，下圖為電動(dòng)酷狗外殼掃描的過(guò)程： 圖2.1 第一視角掃描 圖2.2 第二視角掃描 圖2.3 第三視角掃描 通過(guò)上面三個(gè)視角對(duì)爬行士兵外殼掃描，基本可以得到其完整的曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，上面六個(gè)圖中，黑色正方形是掃描是貼上去的參考點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝灰暯菕呙柰瓿芍笤倮^續(xù)做第二視角掃描是，要先點(diǎn)擊掃描軟件的圖標(biāo)，這樣就把當(dāng)前視加一，轉(zhuǎn)換到下一個(gè)視角，進(jìn)行下一個(gè)視角的掃描，掃描時(shí)相鄰兩個(gè)視區(qū)內(nèi)的公共參考點(diǎn)必須有三到五個(gè)，掃描完后，點(diǎn)擊“匹配”按鈕，匹配成功之后，相鄰兩個(gè)掃描視角下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就拼接起來(lái)了，3DSS掃描軟件進(jìn)行多視掃描就是用這一拼接功能，對(duì)不同視角下掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，從而得到零件完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 2.3本章小結(jié) 通過(guò)本章的研究，逆向工程的掃描主要分為接觸掃描和非接觸掃描，由于所要掃描的零件是一個(gè)三維曲面零件，故采用了非接觸的三維掃描儀進(jìn)行掃描。掃描時(shí)在零件表面適當(dāng)位置貼參考點(diǎn)，進(jìn)行多視角掃描，利用拼接技術(shù)對(duì)不同視角下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，得到完成的曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 第3章 逆向工程的后處理 3.1逆向工程的后處理 3.1.1逆向工程后處理的要求 在逆向工程中，曲面模型重建是最重要、最繁雜的一環(huán)，因?yàn)樽詈笠瓿赡Ｐ偷募庸?，需要的是平滑的曲面模型或是由良好的點(diǎn)群所產(chǎn)生的三角網(wǎng)格，所以點(diǎn)群數(shù)據(jù)的處理、曲面的構(gòu)建方式及邊修與分析功能的健全，是逆向工程曲面模型重建相當(dāng)重要的一部分。在逆向工程計(jì)劃的執(zhí)行上，應(yīng)該對(duì)所建模型有一個(gè)通盤的了解，主要涉及到以下內(nèi)容： 1、后繼承接的工作 各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用，其模型建構(gòu)在處理上也大不相同，即使是在同一工業(yè)用的產(chǎn)品隨著產(chǎn)品種類的不同，對(duì)精度與曲面質(zhì)量的要求也大不相同。所以在計(jì)劃執(zhí)行以前，應(yīng)該對(duì)后繼的要求有所了解。 2、必須要達(dá)到的精度要求及其可能性可能產(chǎn)生的誤差包括測(cè)量時(shí)造成的誤差和曲面建構(gòu)時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)與曲面間的誤差。各種產(chǎn)品需要達(dá)到的精度標(biāo)準(zhǔn)各有不同，配合件的要求較高，非配合件的精度要求則較低，然而這些都必須在計(jì)劃執(zhí)行前做一個(gè)規(guī)劃，以達(dá)到任務(wù)的完滿完成。 3、必須要達(dá)到的曲面質(zhì)量：平滑程度與連續(xù)性以已往的逆向工程的經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，高精度和高質(zhì)量的曲面一直是追求的兩大目標(biāo)，大多數(shù)情況下，兩者是相互沖突的，如果要一個(gè)曲面與點(diǎn)數(shù)據(jù)完全吻合，那么該曲面必然有很多波動(dòng)。必須再兩者有所折中，在大部分的情況下，只要誤差沒(méi)有超過(guò)允許范圍，則更加側(cè)重要求高質(zhì)量的曲面。 依據(jù)逆向建模策略和實(shí)現(xiàn)方式的不同，當(dāng)前曲面重建的方法可以大致分為兩種：傳統(tǒng)曲面造型方式和快速曲面造型方式。所謂傳統(tǒng)曲面造型方式指的是遵從經(jīng)典的由點(diǎn)——線——面的曲面造型方式，它使用BEZIER和NURBS曲面直接由曲線或測(cè)量點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建曲面；而快速曲面造型方式指的是通過(guò)對(duì)點(diǎn)云的多邊形網(wǎng)格化處理并對(duì)網(wǎng)格使用BEZIER或者NURBS曲面進(jìn)行擬合來(lái)創(chuàng)建曲面。 快速曲面重建系統(tǒng)的典型代表是Geomagic Studio，其完整的流程如下： （1）從點(diǎn)云中重建出三角網(wǎng)格曲面。 （2）對(duì)三角網(wǎng)格曲面編輯處理。 （3）模型分割，參數(shù)化分片處理。 （4）柵格化并NURBS擬合成CAD模型。 3.1.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理大致可分為：點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位，數(shù)據(jù)雜點(diǎn)的刪除，數(shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減，利用特征搜尋功能找出曲面的趨勢(shì)或特征，切割除需要的點(diǎn)或剖切點(diǎn)數(shù)據(jù)。 1．點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位 無(wú)論使用的是何種設(shè)備，在掃描過(guò)程中不免需要將待測(cè)物體作移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)完整點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取，這將會(huì)造成輸入軟件中數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生坐標(biāo)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，目前部分掃描設(shè)備具備自動(dòng)將不同角度的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)作定位的功能，但是畢竟還是有部分的點(diǎn)數(shù)據(jù)必須通過(guò)人工或后處理軟件達(dá)到點(diǎn)數(shù)據(jù)的定位。 2．雜點(diǎn)數(shù)據(jù)的刪除 雜點(diǎn)就是測(cè)量錯(cuò)誤的點(diǎn)（不是噪聲），是無(wú)效的點(diǎn)，放大后就看得出、很明顯地離開零件表面，孤立的點(diǎn)。譬如，激光掃描儀生成的圖像里就比較多雜點(diǎn)，散布在圖像四周，輪廓邊緣外尤其多；而CMM的雜點(diǎn)通常較少，或因?yàn)榱慵砻婧艽植?、很糟糕，或出現(xiàn)在測(cè)量溝、臺(tái)、孔處，或因測(cè)量時(shí)的抖動(dòng)引起。對(duì)這樣的點(diǎn)，一般用手工或使用分離點(diǎn) 3．?dāng)?shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減 得到點(diǎn)數(shù)據(jù)后，必須檢查點(diǎn)群，刪除不需要的雜點(diǎn)。利用軟件的排序功能，將要用來(lái)建構(gòu)曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)作排序并使其平滑化；如果點(diǎn)數(shù)據(jù)太多，也可利用刪減工具，將點(diǎn)數(shù)減少；通常特征變化較大的地方需要較多的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)描述，而較平滑的地方則以較少的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)；使用分析工具了解自己做了某些工作后，可能產(chǎn)生的誤差有多少。 4．對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采樣與封裝 點(diǎn)云噪聲點(diǎn)，體外孤立點(diǎn)以及非連接選項(xiàng)處理后，就可以對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采樣和封裝了，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行統(tǒng)一采樣時(shí)，根據(jù)物體表面的平滑度及物體的幾何外形，應(yīng)該把曲率優(yōu)先值調(diào)到適合的大小，以方便后續(xù)處理，封裝是根據(jù)物體的類型選擇封裝的類型為曲面或者體積，封裝時(shí)，可根據(jù)物體外形尺寸的大小選擇目標(biāo)三角形數(shù)，一般選擇默認(rèn)值，但也可以根據(jù)自己的需要適當(dāng)?shù)陌涯繕?biāo)三角形數(shù)值稍微調(diào)大。 3.1.3三角形網(wǎng)格曲面編輯處理 在建模的初期，應(yīng)對(duì)模型整體的建構(gòu)有一定的初步的規(guī)劃?？梢栽谀Ｐ蜕瞎蠢粘銮媾c曲面間隔：也可將模型的一些簡(jiǎn)單幾何要素找出來(lái)，作為后續(xù)曲面建模與模型基準(zhǔn)的參考；必須了解對(duì)精度與平滑度之間取舍的允許度。在允許的精度誤差上，會(huì)舍棄精度取平滑度；必須對(duì)后處理的過(guò)程有全盤的了解。由于不同的曲面建構(gòu)、不同的軟件以及后續(xù)的加工等，都可能造成不同的結(jié)果，所以必須了解后續(xù)工作的動(dòng)作過(guò)程，以控制誤差的允許度:曲面的建構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的曲面有利于后續(xù)工作的修編，較容易構(gòu)建出較高質(zhì)量的平滑曲面模型。 在曲面編輯之前，如能利用軟件的分析功能，來(lái)充分掌握各建構(gòu)曲線的精度與控制點(diǎn)，則建構(gòu)出高質(zhì)量曲面的可能性較大?；編缀吻娴慕?gòu)在逆向工程中，由于測(cè)量出來(lái)的點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)可能沒(méi)有固定，所以用點(diǎn)數(shù)據(jù)建構(gòu)基本幾何要素的功能就顯得相當(dāng)重要了，利用這些基本幾何要素，可以很方便地找到平面、模型的孔位、定位用基準(zhǔn)等。要對(duì)基本幾何體做出快速的分析。隨著測(cè)量系統(tǒng)的不同，測(cè)量出來(lái)的精度也有差異，最好要配合軟件的分析功能，分析顯示基本幾何信息，如尺寸，位置等，再作適度的調(diào)整，求出最佳的結(jié)果。 1．破孔的填充與邊界修補(bǔ) 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的封裝，只是得到物體初步的幾何外形，由于3DSS掃描前必須對(duì)物體表面的黑色表面，頭名表面積反光面做處理，而物體表面又存在圓孔、矩形槽、參考點(diǎn)等特征，加上掃描時(shí)周圍環(huán)境、室溫的影響導(dǎo)致掃描時(shí)部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)丟失，在分裝階段就會(huì)在物體表面形成不規(guī)則的小孔，和一些不完整的邊界。這時(shí)就需要用填充孔命令將物體表面的破孔及邊界缺失的部分填充上，參考實(shí)物模型，盡量還原物體的幾何外形，完成曲面構(gòu)建。 2．爛面填充 封裝后得到的曲面表面是有和多多邊形構(gòu)成的，這樣形成的曲面，在物體表面會(huì)有很多爛面，采用Geomagic軟件可以把部分爛面刪除再重新填充，對(duì)于部分凹孔，可以采用去除特征的方法是模型中的小孔填滿。 3．邊界編輯 封裝階段的到的曲面是由很多不規(guī)則多邊形構(gòu)成的，而且填充孔也是以多邊形的形式填充，這樣在模型邊界就會(huì)形成大量的不整齊的邊界曲線，為了后續(xù)處理的順利進(jìn)行，對(duì)于不整齊的邊界，可以執(zhí)行“編輯邊界”命令，減少控制點(diǎn)的數(shù)目使邊界變得整齊。當(dāng)多邊形階段對(duì)模型的編輯達(dá)到滿意時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行最后一步操作：執(zhí)行“修復(fù)相交區(qū)域”對(duì)相交的三角形進(jìn)行松弛/消除操作；如果無(wú)三角形相交，系統(tǒng)則提示“沒(méi)有相交的三角形”。即使是不同的模型，對(duì)于點(diǎn)階段和多邊形階段的操作都相類似，以上涉及的命令在任何模型點(diǎn)云的處理過(guò)程中幾乎都會(huì)用到。一般情況下，多邊形階段編輯的好壞將決定最終曲面質(zhì)量的好壞。 3.1.4快速曲面重建的曲面階段 曲面階段的編輯的方法具有可選性，進(jìn)入曲面階段有兩個(gè)模塊可選：形狀模塊和制作模塊。形狀模塊有兩種方法：一種從執(zhí)行命令“探測(cè)輪廓線”開始；另一種從執(zhí)行命令“探測(cè)曲率”開始。制作模塊即進(jìn)入了Geomagic studio軟件的Fashion模塊。本課題采用由“形狀模塊”進(jìn)入曲面階段，由“探測(cè)曲率”開始 通過(guò)編輯菜單下的階段—形狀階段進(jìn)入到形狀模塊后，執(zhí)行“探測(cè)曲率”命令，通過(guò)對(duì)“粒度”、“曲率級(jí)別”的調(diào)整以及簡(jiǎn)化輪廓線命令。在模型曲率較大區(qū)域獲得輪廓線（以橙色線顯示）。同時(shí)根據(jù)粒度所設(shè)定的目標(biāo)值在模型上形成一系列的三角形區(qū)域，執(zhí)行“編輯輪廓線”，然后對(duì)軟件自動(dòng)探測(cè)到的輪廓線進(jìn)行編輯，根據(jù)模型自身的特點(diǎn)使用繪制、松弛、收縮等命令對(duì)輪廓線進(jìn)行編輯到準(zhǔn)確位置，并保持輪廓線的平順。執(zhí)行“細(xì)分/延伸輪廓線”命令，延伸線根據(jù)輪廓線生成，延伸線在模型表面所占的區(qū)域即為曲面之間的過(guò)渡區(qū)域，使輪廓線所劃分的各塊面部相互連接，形成一個(gè)完整的曲面形狀。 輪廓線將整個(gè)模型劃分為不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域即為一個(gè)面板。執(zhí)行“構(gòu)造曲面片”命令，將各面板鋪設(shè)曲面片，曲面片數(shù)目可以通過(guò)軟件自動(dòng)估計(jì)，也可以指定數(shù)目。再執(zhí)行“移動(dòng)面板”命令，對(duì)所有面板進(jìn)行定義，即指定所有的面板類型。由于在定義面板時(shí)，可選的有格柵、條、圓、橢圓、套環(huán)以及自動(dòng)探測(cè)，為了更準(zhǔn)確地表達(dá)曲面，所以在構(gòu)造曲面片時(shí)盡量使面板的定義在前五種定義范圍之內(nèi)。最終可得到曲面片均勻網(wǎng)格化的模型。 3.1.5.柵格化并NURBS擬合成CAD模型 當(dāng)所有面板都完成網(wǎng)格化之后，執(zhí)行“構(gòu)造格柵”命令，將“分辨率”調(diào)到合適的值，完成曲面柵格構(gòu)造，并在“非均勻有理B樣條”菜單下選擇“NURBS模型到CAD模型”完成模型轉(zhuǎn)化，得到最終的CAD模型。 3.2曲面重構(gòu)具體過(guò)程 1．點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理階段 （1）打開Geomagic軟件界面，在此環(huán)境下導(dǎo)入掃描的玩具電動(dòng)酷豬外殼的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如圖3.1所示。 圖3.1 導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖 （2）使用去除孤立點(diǎn)命令去除孤立點(diǎn)（紅色點(diǎn)）及多余的測(cè)量點(diǎn)，如圖3.2所示。 圖3.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除孤立點(diǎn)圖 （3）處理后的結(jié)果如圖3.3所示。 圖3.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成圖 （4）使用封裝命令對(duì)點(diǎn)云分裝后形成多邊形曲面，如圖3.4所示。 圖3.4 封裝后的多邊形曲面 2、構(gòu)建曲面階段 （1）處理中的圖形：如圖3.5所示 圖3.5 填充孔及爛面的過(guò)程圖 （2）對(duì)部分特征進(jìn)行去除: 如圖3.6所示 圖3.6 去除特征圖 （3）最終處理后的的多邊形曲面: 如圖3.7所示 圖3.7 完整網(wǎng)格曲面圖 3、形狀階段 （1）由多邊形階段進(jìn)入到形狀階段并劃分區(qū)域: 如圖3.8所示 圖3.8 網(wǎng)格劃分圖 （2）在不同區(qū)域規(guī)劃網(wǎng)格: 如圖3.9所示 圖3.9 曲面片圖 （3）對(duì)排列整理后形成的曲面片構(gòu)造柵格: 如圖3.10所示 圖3.10 柵格構(gòu)造圖 4. 構(gòu)造柵格后最終擬合曲面并轉(zhuǎn)化為CAD模型 3.3 UG環(huán)境下的實(shí)體建模 3.3.1曲面縫合 UG環(huán)境下曲面縫合用于連接兩個(gè)或多個(gè)片體，并建立單個(gè)片體。如果選擇作縫合操作的片體形成一個(gè)封閉的容積，則縫合操作將創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體。但是，在封閉容積中的片體組之間的縫合縫隙必須小于指定公差，否則結(jié)果仍然是片體。如果兩個(gè)實(shí)體共享一個(gè)或者多個(gè)共同表面，則可以將兩個(gè)實(shí)體縫合成一個(gè)單一實(shí)體。本課題的軟品模型曲面是用Geomagic軟件制作的曲面片，片與片之間的間隙較大，在UG中縫合曲面片時(shí)應(yīng)將公差調(diào)大些，見圖3.11.縫合片體后，對(duì)縫合后的完整曲面片進(jìn)行處理，在曲率較大的地方做適當(dāng)修剪，將曲面片加厚到1.0mm完成塑件的外形實(shí)體建模，見圖3.12. 3.3.2塑件特征設(shè)計(jì) 本課題采用3DSS掃描儀掃描得到的只是模型外表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一系列處理后，還應(yīng)應(yīng)用UG的實(shí)體建模功能完成塑件的特征設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法是在實(shí)體的適當(dāng)部位建立適當(dāng)?shù)目臻g曲線，并以此建立合適的基準(zhǔn)平面，并利用游標(biāo)卡尺等測(cè)量工具，測(cè)得模型內(nèi)部一些特征的形狀和位置尺寸，用UG的拉伸和修剪體的功能完成模型的特征設(shè)計(jì)，還原塑件的完整形狀，見圖3.13。 3.4本章小結(jié) 本章是探討逆向工程關(guān)鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。首先論述逆向工程處理的內(nèi)容和處理的原理，然后結(jié)合軟件Geomagic的逆向工程功能將掃描得到的洋娃娃玩具的點(diǎn)云圖處理成零件圖。闡述了Geomagic軟件基本功能，將點(diǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAD模型的基本原理及形成CAD模型的過(guò)程?？梢钥闯鰧Ⅻc(diǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAD模型好壞，關(guān)鍵在于對(duì)點(diǎn)云處理后的網(wǎng)格曲面進(jìn)行處理，網(wǎng)格曲面如果處理得比較完美，轉(zhuǎn)化的CAD模型也會(huì)有較好的效果。 第4章 Moldflow模流分析 Moldflow是一款模擬注塑成型的軟件，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬注塑成型全過(guò)程，預(yù)測(cè)制品最終可能出現(xiàn)的缺陷，找到缺陷產(chǎn)生的根本原因，在模具加工值錢得到最優(yōu)化的制品設(shè)計(jì)、磨具設(shè)計(jì)方案和最適合的成型工藝條件，確保產(chǎn)品以最短的周期、最低的成本投入市場(chǎng)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 4.1最佳澆口位置分析 Moldflow軟件中德MPI/Gate Location澆口位置分析模塊可以準(zhǔn)確快速的分析出塑件的最佳澆口位置。如果模型蘇姚設(shè)置多個(gè)澆口時(shí)，可以對(duì)模型進(jìn)行多次澆口位置分析，在劃分好網(wǎng)格后，開始進(jìn)行模具流動(dòng)性分析。 步驟：選擇分析序列\(zhòng)Gate Location-選擇材料\GE plastic公司的ABS-成型條件設(shè)置為默認(rèn)-立即分析最佳澆口位置如圖4.1所示： 圖4.1 最佳澆口位置 結(jié)果如圖所示，在鼻子和嘴巴處藍(lán)色區(qū)域?yàn)樗芗罴褲部谖恢?，將澆口設(shè)置在該區(qū)域可保證注塑過(guò)程中熔體的平衡性。 4.2塑件流動(dòng)性分析 注射時(shí)間與塑料的流動(dòng)性、制品的幾何形狀和尺寸大小、模具澆注系統(tǒng)的形式和其他因素有關(guān)。注射時(shí)間由流動(dòng)充模時(shí)間和保壓時(shí)間兩部分組成。 4.2.1熔接痕分析 熔接痕是塑件表面的一種線狀痕跡，由注射或擠出中若干股流料在模具中分流匯合，熔料在界面處未完成熔合，彼此不能熔接成一體，造成熔合印跡，影響塑件的外觀質(zhì)量及力學(xué)性能。由圖4.2可知，黑色線條為制件的熔接痕，且熔接痕的數(shù)量相對(duì)較少，幾乎分布在制件的內(nèi)表面相對(duì)隱蔽處，不影響制件的外觀。 圖4.2熔接痕位置 4.2.2氣穴的分布 制件上出現(xiàn)氣泡的原因可能是模具過(guò)熱或過(guò)冷、模具成型壓力不夠、成型時(shí)間過(guò)短、塑料壓縮率過(guò)大、空氣含量過(guò)多、加熱不均勻等幾個(gè)因素。本制件氣穴位置如圖4.3所示，大多數(shù)分布在產(chǎn)品的邊緣地帶、分型面附近，氣體很容易排出，并不影響制件的外觀。在制件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折處，這些位置由于結(jié)構(gòu)原因壓力較小，適當(dāng)提高注射壓力可以減少氣泡的數(shù)量，由于氣泡出現(xiàn)的部位對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)局影響不大，因此允許其存在。 圖4.3 氣穴分布圖 第5章 玩具外殼模具設(shè)計(jì) 5.1 塑件的成型工藝分析 5.1.1 原料分析 ABS為熱塑性塑料，化學(xué)穩(wěn)定性比較好，機(jī)械強(qiáng)度較好，有一定的耐磨性，但耐熱性較差。ABS吸水性較大，成型前原料要干燥；在升溫是粘度增強(qiáng)，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度易稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力；在正常成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小，總的成型性能很好。 （1） ABS塑料主要的性能指標(biāo)： 表5.1 ABS塑料主要性能指標(biāo) 密度 (Kg.dm-3) 1.02～1.08 屈服強(qiáng)度/MPa 50 比體積/ 0.86～0.98 拉伸強(qiáng)度/MPa 38 吸水率/(%) 0.2～0.4 拉伸彈性模量/MPa 1.4 熔點(diǎn)/ 130～160 抗拉強(qiáng)度/MPa 80 計(jì)算收縮率/(%) 0.4～0.7 抗壓強(qiáng)度/MPa 53 比熱/ 1470 彎曲彈性模量/MPa 1.4 （2）ABS的注射成型過(guò)程 1）成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS縮水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 2)注射過(guò)程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、齙牙、倒流和冷卻五個(gè)階段。 3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60～75，處理時(shí)間為16～20s。 5.1.2 塑件的結(jié)構(gòu)、精度、質(zhì)量分析 該此零件是一種常見的塑件，其最大的尺寸140X100X40mm，從工件本身尺寸來(lái)看，屬較中型零件。壁厚1mm，外形曲面比較復(fù)雜，內(nèi)壁沒(méi)有粗糙度要求，成型工藝較好。 5.2型芯型腔的創(chuàng)建 5．2產(chǎn)品分析 本套模具為典型的推桿殼體模具，采用一模兩腔進(jìn)行分模。面殼殼體曲面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜考慮到產(chǎn)品表面光潔度的要求。采用直流道大澆口或點(diǎn)膠口并且需要選擇壓力較大、精度較高的注射機(jī)；模架設(shè)計(jì)為兩版式注射模。 5.2．2項(xiàng)目初始化 項(xiàng)目初始化的目的就是要把產(chǎn)品零件裝載到模具模塊中。單擊“注塑模具向?qū)А惫ぞ咧小绊?xiàng)目初始化”命令，在彈出的對(duì)話框中選擇制件的材料，本次設(shè)計(jì)采用ABS，這時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)匹配該材料的收縮率如圖5.1所示，完成后點(diǎn)擊確定。 5.2．3 建立模具坐標(biāo)系 在Mold wizardz中模具坐標(biāo)系的原點(diǎn)必須落在模具分型面的中心，XC-YC平面必須是模具裝配的分型面，并且ZC軸的正向?yàn)槟＞叩拈_模方向是為了能使產(chǎn)品體坐標(biāo)于UG系統(tǒng)模具坐標(biāo)系一致，在初始化項(xiàng)目后，需要通過(guò)雙擊坐標(biāo)系或單擊工具欄中“動(dòng)態(tài)工具欄”來(lái)調(diào)整產(chǎn)品體的WCS坐標(biāo)位置，然后再單擊“坐標(biāo)系”命令來(lái)鎖定產(chǎn)品體的模具坐標(biāo)系，操作方法如圖5.2. 5.2．4 工件設(shè)置 工件也叫毛胚或模仁，是用來(lái)生成模具的型芯和型腔的實(shí)體，所以工件的尺寸就是在零件的外形的尺寸基礎(chǔ)上各方向都增加一部分尺寸。工件可以選擇標(biāo)準(zhǔn)件，也可以自定義工件。單擊工具欄中的“工件”圖標(biāo)，確定參數(shù)如圖5.3所示。 5.2．5選擇制品的分型面 分型面即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面，分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)。 分型面的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處。 （2）有利于保證塑件的精度要求； （3）有利于模具的加工，特別是型腔的加工； （4）有利于澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （5）便于制件的脫模，盡量使塑件開模時(shí)留在動(dòng)模一邊； （6）有利于排氣。 （7）分型面應(yīng)取塑件尺寸最大處； 綜合考慮，分型面選塑件截面最大處 5.2．6 創(chuàng)建分型線和分型面 分型線定義為模具面于實(shí)際產(chǎn)品的相交線，零件的分模面可以根據(jù)零件的形狀和成品從模具中的頂出方向等因素確定。對(duì)于復(fù)雜的曲面，系統(tǒng)指定的分型面不一定符合要求，本產(chǎn)品采用“遍歷環(huán)”命令創(chuàng)建分型線，然后創(chuàng)建分型面，如圖5.4、圖5.5所示。 5.2．7 創(chuàng)建型芯和型腔 型腔是成型塑件外表面的模具零件，按其機(jī)構(gòu)類型可分為整體式和組合式兩大類。整體式型腔由一塊金屬加工而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固，