【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)和編輯，組件以邏輯對(duì)齊、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)系和為規(guī)定共同創(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)允許龐大的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并為設(shè)計(jì)者創(chuàng)建和共享，使產(chǎn)品開發(fā)并行工作。 能夠以實(shí)體模型自動(dòng)生成曲面工程圖，也可以利用曲線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。 6 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)連接設(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。 UG MoldWizard概述 UG MoldWizard是 用 UG NX 進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊，是一個(gè)功能強(qiáng)大的注塑模具軟件。它按照模具設(shè)計(jì)的一般順序來模擬設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，其只需根據(jù)一個(gè)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型，從而建立一套用產(chǎn)品造型參數(shù)相關(guān)的三維實(shí)體模具。其運(yùn)用 UG知識(shí)中的嵌入基本理論，根據(jù)注塑模具設(shè)計(jì)的一般原理來模擬注塑模具設(shè)計(jì)的全過程，提供了功能全面的計(jì)算機(jī)模具輔助設(shè)計(jì)方案，極大地方便了用戶進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 UG MoldWizard模塊支持典型的塑料模具設(shè)計(jì)的全過程，即從讀取產(chǎn)品模型開始，到如何確定和構(gòu)造拔模方向、收縮率、分型面、型芯和型腔，再到設(shè)計(jì)滑塊、 模架及其標(biāo)準(zhǔn)零部件，最后到模具的裝配結(jié)構(gòu)、建立幾何聯(lián)結(jié)并進(jìn)行零部件的相關(guān)設(shè)計(jì)。 Molflow簡(jiǎn)介 Autodesk Moldflow Adviser軟件 是由德國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，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改塑件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模后再返修模具。 7 本課題的意義 本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造技術(shù)手段來解決玩具爬行士兵外殼成形技術(shù)中的一些難題，應(yīng)用 UG MoldWizard分模并進(jìn)行模具設(shè)計(jì) ， 縮短士兵外殼模具的制造周期，加速玩具爬行士兵工業(yè)的發(fā)展。 8 第 2 章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù) 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，下表列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。 表 非接觸式與接觸式測(cè)量的比較表 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爬行士兵玩具外殼，經(jīng)比較選用非接觸式測(cè)量方式的激光測(cè)量。 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) 量死角誤 差 10 100 P71 光電接收器件 100012020點(diǎn) /秒 需噴漆，無基準(zhǔn)點(diǎn) 無限定 光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距 變化處 隨曲面變化大 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 部分失真 優(yōu)勢(shì) ，曲面獲取容易； ； 、易碎、不可接觸 薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作； ，不會(huì)傷害精密表面 ； 特定幾何 缺點(diǎn) ，無法判別特定的 幾何形狀； ，激光無法照到 的地方不易測(cè)量； ， 則測(cè)量的誤差較大； ，速度慢； ； ； 面磨損，影響光滑度； ，不易補(bǔ)償半徑 ， 精度難以保證； ，形狀會(huì)影 響測(cè)量值 9 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。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。 掃描設(shè)備及掃描軟件界面介紹 算機(jī)組成。而掃描儀的主要組成部分有光柵投影系統(tǒng)、兩個(gè)攝像頭、三角架、標(biāo)定板及連接電纜。圖 為掃描頭的外觀圖。 圖 如圖 所示為掃描軟件的主界面，客戶區(qū)被固定分成四個(gè)區(qū)域，其中第一象限是掃描點(diǎn)云顯示區(qū)；第二象限是參考點(diǎn)管理區(qū)；第三象限是做攝像頭圖像顯示區(qū)；第四象限是圖像顯示區(qū)。 10 圖 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 所示三種： 表 掃描類型 3DSSTDII （標(biāo)準(zhǔn)型） 3DSSMINIII （迷你型） 3DSSSTDCII （彩色標(biāo)準(zhǔn)型） 單幅掃描范圍 （典型值） 400? 300mm 200? 150mm 400? 300mm 單幅掃描點(diǎn)數(shù) 130 萬 130 萬 130 萬 彩色 24bits 掃描精度（ ? ） 操作系統(tǒng) Windows/XP Windows/XP Windows/XP 掃描頭重置 3Kg 5Kg 單幅掃描時(shí)間輸 秒 秒 5 秒 輸出文件格式 ASC， ASC， ASC， 11 （ 1） 正確連接好所有電纜插頭，打開鏡頭投影蓋； （ 2） 先啟動(dòng)計(jì)算機(jī)再啟動(dòng)掃描儀； （ 3） 運(yùn)行 3DSS 掃描 軟件；點(diǎn)擊主菜單“初始化”下的直接控制對(duì)話框。 圖 通過上面的按鈕，可以直接控制掃描頭的操作，“開燈”關(guān)燈按鈕可以打開或關(guān)閉投影燈；其余按鈕依次是不同掃描模式，掃描時(shí)會(huì)自動(dòng)投影到物體上。在此可以點(diǎn)擊任意一個(gè)按鈕投影中的一個(gè)，供檢查或?qū)嶒?yàn)只用。 （ 4） 在主菜單工具子菜單里，有“ CCD 控制”二級(jí)菜單，點(diǎn)擊其中的“拍攝”菜單項(xiàng)，即可開啟實(shí)時(shí)攝像功能，在左右攝像頭對(duì)應(yīng)的視圖窗口內(nèi)，動(dòng)態(tài)顯示各自動(dòng)拍攝內(nèi)容。 （ 5） 調(diào)節(jié) CCD 參數(shù) 在左右兩個(gè) CCD 視圖區(qū)內(nèi)，分別有電子亮度、電子光圈和電子增益三個(gè)拉動(dòng) 桿，在連續(xù)攝像功能打開的前提下，可調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，調(diào)節(jié)效果立即在窗口中顯示出來?？筛鶕?jù)環(huán)境、燈泡亮度、掃描材質(zhì)調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)。兩個(gè) CCD 的參數(shù)應(yīng)盡量調(diào)節(jié)成一樣。調(diào)到最佳值后，可在“參數(shù)”中的“ CCD 參數(shù)”中進(jìn)行設(shè)置，作為下次啟動(dòng)軟件時(shí)兩個(gè)CCD 的系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)，根據(jù)待測(cè)物體待測(cè)材質(zhì)的不同，可以調(diào)整增益、使亮度適宜，亮度適宜的標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)圖像窗口中剛出現(xiàn)一點(diǎn)紅色，紅色圖像太多表示圖像太亮，會(huì)使掃 12 描結(jié)果變差，此時(shí)應(yīng)該調(diào)低增益。如果圖像太暗也不利于掃描，應(yīng)調(diào)高增益。電子光圈不宜隨便調(diào)動(dòng)，否則可能會(huì)使圖像出現(xiàn)滾動(dòng)的暗條 紋，這會(huì)使掃描結(jié)果大為惡化，應(yīng)絕對(duì)避免。 ： (1)掃描前應(yīng)確認(rèn)左右攝像頭位置是否安裝正確； (2)掃描前要用標(biāo)定板對(duì)掃描頭進(jìn)行標(biāo)定； (3)要對(duì)待掃描物體的黑色表面、透明表面、反光面等進(jìn)行處理； (4)對(duì)待掃描物體噴顯像劑時(shí)，噴涂要均勻，不要噴到皮膚上，不要吸入；對(duì)貴重物品要先試噴；噴涂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)通風(fēng)，禁止吸煙。 零件掃描過程 爬行士兵外殼是一個(gè)三維的曲面模型，其外形曲面結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，采用單視掃描方法很顯然無法得到零件完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用多視掃描方法，掃描時(shí)利用掃描軟件 的自動(dòng)拼合功能將相鄰兩個(gè)掃描視角的公共區(qū)域拼接起來。 其掃描流程如下： 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)算使極差要小于 2； 4) 建立一個(gè)新項(xiàng)目； 5) 設(shè)置掃描參數(shù)； 6) 打開投影燈，掃描頭對(duì)準(zhǔn)待掃描區(qū)域，觀察左右視頻區(qū)，調(diào)準(zhǔn)三腳架或物體 使掃描頭基本垂直于物體表面，物體的掃描距離近似等于設(shè)定的掃描距離； 7） 觀察圖像亮度是否合適，不合適則調(diào)準(zhǔn)相應(yīng)的增益參數(shù)； 8） 掃描第一副點(diǎn)云，按菜單項(xiàng)“掃描”圖標(biāo)，軟件自動(dòng)地先掃描參考點(diǎn)，再進(jìn)行 點(diǎn)云掃描。在右上角的點(diǎn)云顯示窗口 中觀察可視區(qū)內(nèi)的參考點(diǎn)和點(diǎn)云是否都被掃描到，點(diǎn)云是否完好，若對(duì)掃描結(jié)果滿意，則按參考點(diǎn)管理窗口的“ OK”按鈕，使參考點(diǎn)固定并顯示為紅色； 9） 將當(dāng)前視角加一，掃描下一個(gè)視角的點(diǎn)云，并按“匹配”按鈕進(jìn)行匹配； 10) 掃描完所有視角后，輸出點(diǎn)云并保存點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 11) 掃描結(jié)束后關(guān)閉連續(xù)攝像功能，然后才能關(guān)閉掃描程序。 圖 、圖 、圖 為爬行士兵外殼在三個(gè)不同視角下的掃描圖片。 13 （ a ） （ b ） 圖 （ a ） （ b ） 圖 （ a ） （ b ） 圖 14 通過上面三個(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)。 本章小結(jié) 通過本章的研究，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，得到完整的曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 15 第 3 章 逆向工程的后處理 逆向工程的后處理 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偷募庸ぃ枰氖瞧交那婺Ｐ突蚴怯闪己玫狞c(diǎn)云所產(chǎn)生的三角網(wǎng)格，所以點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理、曲面的構(gòu)建方式及修邊與分析功能的健全，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)云數(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，只要誤差沒有超過允許范圍，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)