【正文】 學(xué)四年的時(shí)間大多都是在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè) 計(jì)制造的基礎(chǔ)知識，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。 本次對烏龜曲面的外形重新建模設(shè)計(jì)，采用了逆向工程和 快速制造技術(shù)。在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差 AO 造 ： 掃描時(shí)不可能沒有誤差，在進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理時(shí)進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的過濾，也會對精度產(chǎn)生影響。為了提高逆向工程還原精度，提高測量精度及擬合計(jì)算精度，可以減小測量誤差 AI測 和計(jì)算誤差 AI計(jì) ，但仍無法減少制造誤差 AI制 ， AO造 和 磨損誤差 AI損 ，其結(jié)果只是使重構(gòu)參數(shù)，盡可能接近實(shí)物原型參數(shù)，仍無法還原原始設(shè)計(jì)參數(shù)。在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差 AO造。實(shí)物原型在被制造時(shí)，要依據(jù)圖紙上所標(biāo)注的參數(shù)。疊層結(jié)束后得到的零件原型在力學(xué)和機(jī)械物理性能上往往不能直接滿足需要，仍然需要進(jìn)一步處理，包括余料去除，以及防水、防潮、加固和使其表面光滑等后置處理，以滿足快速原型表面質(zhì)量、尺寸穩(wěn)定性、精度和強(qiáng)度等方面的要求。完成后單擊模型樹頂部以選中實(shí)體化后的模型，單擊打開外觀庫，選擇紅色為外表色得到最后的模型如圖所示： 圖 實(shí)體化后的烏龜模型 單擊“視圖” /“視圖管理器”單擊視圖管理器“剖面”選項(xiàng)組，單擊新建，輸入“新建剖面名稱”，單擊鼠標(biāo)中鍵，選中菜單管理器“平面”和“單一”選項(xiàng)后，單擊完成。注意：創(chuàng)建時(shí)應(yīng)該先選擇一條邊，再按住 Ctrl鍵選擇其對邊曲線，在依次選中其他兩邊，即可創(chuàng)建曲面。選中要修改的曲 面，長按右鍵，在彈開的對話框內(nèi)選擇“修改形狀”選項(xiàng)，在對話框內(nèi)選擇“法向”單選按鈕，鼠標(biāo)選中曲面的一個(gè)控制點(diǎn)并拖動到合適的位置使 之滿足要求。單擊確定按鈕，系統(tǒng)會根據(jù)模型的曲率以及構(gòu)成特性在該模型上進(jìn)行規(guī)劃，使 300 個(gè)小平面合理的分布在模型表面，在單擊“創(chuàng)建曲面”按鈕 設(shè)置解析度為 8，單擊命令單擊按鈕 ，系統(tǒng) 會根據(jù)上一步驟的規(guī)劃創(chuàng)建曲面，創(chuàng)建后的各個(gè)曲面塊相互相切連接，單擊陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 共 39 頁 “完成”按鈕 。必須先做一下集管處理 ,使其成為一個(gè)整體點(diǎn)云。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 39 頁 圖 3. 11 三角面操作按鈕 圖 3. 12 反向邊操作 單擊工具欄中的“添加小平面”按鈕，依次單擊小平面的三個(gè)頂點(diǎn)，系統(tǒng)會以選中的三點(diǎn)為 頂點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)三角面，效果如 圖 3. 13 所示。粗調(diào)可快速對三角面模型進(jìn)行修改，但精度不高。選擇“按曲率抽樣”選項(xiàng)，設(shè)定“百分比”為 80，如 圖 3. 7 所示。 造型前準(zhǔn)備 打開 Pro/E，修改工作目錄，新建一個(gè)零件，鍵入文件名，取消選中“使用缺省模版”復(fù)選框，選擇 mmns_part_solid 選項(xiàng)，如 圖 3. 2 所示。 在去掉明顯不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)量還是比較龐大，而且分布不均勻，為了使點(diǎn)的分布比較合理，使用命令 修改 數(shù)據(jù)簡化 距離采樣 進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)過濾。也介紹了在此過程中應(yīng)該注意的問題。因此，擬采用完全逆向工程的做法，考慮到精度和其他因素，將結(jié)合完全 逆向中兩種做法：首先用三角 Bezier曲面片來逼近模型，然后用 NURBS曲面表示，通過用戶指定陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 39 頁 重構(gòu)曲面的次數(shù)和范圍，自動進(jìn)行參數(shù)分割，由點(diǎn)云數(shù)據(jù)反求 NURBS曲面的控制頂點(diǎn)進(jìn)行逆向。這是一種直觀的準(zhǔn)逆向工程的思路，適合于簡單易于構(gòu)建的模型的創(chuàng)建。所述，以插補(bǔ)法來重建曲面較佳的使用時(shí)機(jī)是對于數(shù)據(jù)量少且所含入噪聲較小的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。在得到 產(chǎn) 品的 數(shù) 據(jù)后，以逆向工程 軟 件 進(jìn) 行點(diǎn)數(shù) 據(jù)的 處 理， 經(jīng)過分門別類 、 群組 分隔、 點(diǎn)線面 與 實(shí)體誤 差的比 對 后，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 39 頁 再重新建構(gòu)曲面模型， 產(chǎn) 生 CAD 數(shù) 據(jù)，快速 制造或 NC 加工。 三維掃描技術(shù)從產(chǎn)生以來，到目前已經(jīng)發(fā)展 了很多掃描原理，一般來講分為以下幾種技術(shù)，見 圖 2. 1： 圖 2. 1 三維掃描技術(shù)分類 通常掃描后得到的測量數(shù)據(jù)是由大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)所組成，根據(jù)掃描儀的性質(zhì)、掃描參數(shù)和被測物體的大小，由幾百點(diǎn)到幾百萬點(diǎn)不等，這些陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 39 頁 大量的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為點(diǎn)云 （ Point Cloud） 。在 Pro/SCANTOOLS 模塊下，也可以輸入幾何特征，如曲線、曲面或多面數(shù)據(jù)等。 ICEMSurf 也可用于曲面的設(shè)計(jì)，但此曲面并非傳統(tǒng)意義上的曲面模型。 c) 診斷和修改曲面?？梢酝ㄟ^曲線的曲率來判斷曲線的光順性，可以檢查曲線與點(diǎn)云的吻合性，還可以改變曲線與其他曲線的連續(xù)性（連接、相切、曲率連續(xù)）。 d) 根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建點(diǎn)的網(wǎng)格或點(diǎn)的分段。 1)點(diǎn) 云處理功能 a) 讀入點(diǎn) 云 數(shù)據(jù) ,將分離的點(diǎn)云對齊在一起（如果 有 需要）。 Imageware 軟件簡介 Imageware 是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。其每一層片的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q定，通常是 ~。因此，它不必采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工模具，只需傳統(tǒng)加工方法的 10％30％的工時(shí)和 20％ 35％的成本，就能直接制造出產(chǎn)品樣品或模具。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 39 頁 逆向工程建模的一般流程圖： 圖 1. 1 逆向建模一般流程 模型曲面分析 —— 確定掃描方案 —— 進(jìn)行實(shí)體點(diǎn)云掃描 —— 進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 —— 建立需要的曲線 —— 建立曲面 —— 實(shí)體建模 (如 圖 1. 1 所示 )。 逆向工程的過程 逆向工程的實(shí)現(xiàn)過程中，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟： 確定被測對象是逆向工程的前提，表面良好的樣件是實(shí)現(xiàn)逆向工程的第一步，樣件的質(zhì) 量將直接影響后續(xù)反求的精度。并給出一個(gè)一體化的解決方案：樣品→數(shù)據(jù)→產(chǎn)品。 逆向 工程包含對產(chǎn)品的研究與發(fā)展 ,生產(chǎn)制造過程 ,管理和市場組成的完整系統(tǒng)的分析和研究 .主要包括以下幾個(gè)方面 :探索原產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 、 研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 確定產(chǎn)品的造型 、 確定產(chǎn)品的維護(hù)與管理 ，而 快速成型技術(shù) ( 簡稱 RP) 是 20 世紀(jì)末發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù) , 是在現(xiàn)代 CAD/ CAM、激光、 CNC、精密伺服驅(qū)動以及新材料等技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。本課題就逆向工程的過程及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。在本課題中使用了 Imageware 軟件，和 Pro/E 中的逆向模塊。在 20 世紀(jì) 70 年代，Riesenfeld 等人研究了非均勻 B 樣條、 Versprille 完成了有理 B 樣條曲線曲面的具體應(yīng)用。在數(shù)字化測量技術(shù)方面，測量方法各種各樣，測量設(shè)備和精度日益提高。在商用軟件方面，主要有美國Imageware 公司的 、 Imageware、英國 DelCam 公司的 CopyCAD陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 39 頁 等。浙江大學(xué)研制開發(fā)了基于三角曲面初始表達(dá)的復(fù)雜曲面反求工程軟件 RESOFT。通過反求工程的分析可以全面理解原型的設(shè)計(jì)思路，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)和不足，增加反求設(shè)計(jì)產(chǎn)品及工程的可靠性；通過反求工程技術(shù)，可以完成基于數(shù)字化模型的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)原型設(shè)計(jì)的目的；采用反求工程技術(shù)可以避免自主研發(fā)中的不少彎路，從而大幅度縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，適應(yīng)市場的要求，為企業(yè)快速占領(lǐng)市場 創(chuàng)造了條件。其中應(yīng)用了 Pro/E 中的小平面特征、重新造型、和造型模塊，解決了復(fù)雜曲面的逆向中部分難點(diǎn)，對于企業(yè)有著廣泛應(yīng)用。而且在已有成熟產(chǎn)品上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，風(fēng)險(xiǎn)將會降到最低，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也會更加穩(wěn)定可靠。在本次設(shè)計(jì)中采用小平面特征、重新造型、曲面構(gòu)造等方法。 按照這些輪廓，成形裝置選擇性地固化 層層的液態(tài)樹脂 (或切割 層層的紙，燒結(jié) 層層的粉末材料，噴涂 層層的熱熔材料或粘結(jié)劑等 )， 形成各個(gè)截面輪廓 (圖 1. 2 (c))并逐步順序疊加成三維工件 (圖 1. 2 (d))。 3) 熔融沉積成型法 (FDM, Fused Deposition Modeling) 這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行 熔體沉積。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測試，中等復(fù)雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。 Imageware提供了模塊化的產(chǎn)品來滿足用戶的不同需求，這樣的設(shè)計(jì)完全圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工模具設(shè)計(jì)和檢測、樣機(jī)，以至生產(chǎn)加工這一產(chǎn)品全生命周期，目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短上市時(shí)間。 c) 通過可視化點(diǎn)云觀察和判斷，規(guī)劃如何創(chuàng)建曲面。根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建曲線，可以改變控制點(diǎn)的數(shù)目來調(diào)整曲線。 b) 創(chuàng)建曲面。 設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)等功能于一體，特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強(qiáng)大的實(shí)體造型技術(shù)，精悍、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和能支 持所有 UN 平臺 Windows，Windows/NT，使它成為快速成型技術(shù)行業(yè)中市場占有率最高的 CAD 軟件。 Pro/SCANTOOLS 是一個(gè)非參數(shù)化環(huán)境工具，設(shè)計(jì)人員可以專注設(shè)計(jì)模型的特定區(qū)域，使用不同的工具來獲得期望的形狀及曲面屬性。其中 ,接觸式測量是量頭與實(shí)物表面有接觸 ,常用的設(shè)備有 :三坐標(biāo)測量機(jī)、專用數(shù)字化儀等。 在整個(gè)逆向工程中，產(chǎn)品的三維幾何模型 CAD 重建是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。所述，使用近似法時(shí)通常是點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)多且含噪聲較大的情況下。建立三維模型，有助于理解零件的特征，更加直觀方便，而且對于快速制造很必要。這種方法計(jì)算耗費(fèi)大，對數(shù)據(jù)的噪聲以及參數(shù)分割的好壞要求嚴(yán)格，主要使用于復(fù)雜曲面的重構(gòu)方面。實(shí)體建模部分主要完成對上一步修整調(diào)節(jié)后的曲面進(jìn)行實(shí)體化過程。在逆向工程軟件 Imageware13中打開。為了后期的三維模型可以在其他的三維軟件中打開，在 Imageware 中把精簡數(shù)據(jù)后的文件另存為擴(kuò)展名為 IGS 的文件。 圖 3. 5 靈敏度設(shè)置 圖 3. 6 去除噪音 單擊工具欄中的“去除噪聲”按鈕 ，在彈出的 圖 3. 5 所示的對話框 中選擇降噪模式，此命令將剔除點(diǎn)云中的粗大噪聲點(diǎn)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 39 頁 包絡(luò)處理 單擊工具欄的“包絡(luò)”按鈕，系統(tǒng)將對處理過的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行三角平面處理。 單擊工具欄中的“填充”按鈕 ，在彈出的如 圖 3. 9 所示的對話框中進(jìn)行設(shè)置，選中模型中的破洞，填充后效果如 圖 3. 10 所示。 圖 3. 17 設(shè)置松弛參數(shù) 圖 3. 18 松弛平滑后 單擊工具欄中的“精整”按鈕 ，在彈出的對話框中進(jìn)行設(shè)置，則系統(tǒng)會按照設(shè)置成倍 增加并細(xì)化小平面，如 圖 3. 19 所示，小平面數(shù)量大約變?yōu)樵瓉淼?3 倍。此處選擇面片數(shù)為 300，是因?yàn)閿?shù)目太少不能滿足該曲面的復(fù)雜程度，會導(dǎo)致部分曲面特征無法體現(xiàn)；數(shù)目太多則造成所分割的曲面塊過于瑣碎。用相同的方法對其他需要調(diào)整的曲面進(jìn)行微調(diào)。選中要?jiǎng)h除的問題曲面，單擊右鍵在彈 出的菜單欄選擇“刪除”選項(xiàng)即可。單擊菜單欄中的“視圖” /“顯示設(shè)置” /“模型顯示”命令，彈出的對話框如下圖所示：在“著色”選項(xiàng)組中，取消選中“帶基準(zhǔn)曲線選項(xiàng)”前面的勾選項(xiàng)。 RP 技術(shù)可以依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維 CAD 設(shè)計(jì)模型，對其進(jìn)行分層切片，處理成一系列薄截面的輪廓。另外，也可傳給一些 CAM 系統(tǒng)（如： UG、 MASTERCAM、 SMARTCAM等），做刀具路徑設(shè)定，產(chǎn)生數(shù)控代碼，由 CNC 機(jī)床將實(shí)體加工出來。這種 CAD模型自然是具有各種幾何參數(shù)。 通常逆向工程不去直接測量實(shí)物原型參數(shù)。 由 于此次條件的限制，對本次逆向工程誤差的分析只能做到 AI 測 ， AI計(jì) ， AO 造 ，的分析。在點(diǎn)云處理階段應(yīng)該耐心的做好降噪、去除界外值等工作，小平面特征階段應(yīng)該努力將產(chǎn)品的表面處理的盡量光滑平順，在重新造型階段應(yīng)該注意面與面的銜接處理，否則將會給后續(xù)的實(shí)體化過程帶來不必要的工作。由于初次接觸，經(jīng)驗(yàn)不足，而且本次設(shè)計(jì)不是以精度還原為目標(biāo)，因此設(shè)計(jì)得到的模型和原來模型有比較大的誤差。平時(shí)課堂上所學(xué)習(xí)的知識大多比較理論化，作為工科的學(xué)生，由于專業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱前輩的經(jīng)驗(yàn)資料與數(shù)據(jù)。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am 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