【文章內容簡介】 個視區(qū)內的公共參考點必須有三到五個，掃描完后，點擊“匹配”按鈕，匹配成功之后，相鄰兩個掃描視角下的點云數據就拼接起來了，3DSS掃描軟件進行多視掃描就是用這一拼接功能，對不同視角下掃描得到的點云數據進行拼接，從而得到零件完整的三維點云數據。 本章小結通過本章的研究，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三維曲面零件，故采用了非接觸的三維掃描儀進行掃描。掃描時在零件表面適當位置貼參考點，進行多視角掃描，利用拼接技術對不同視角下的點云數據進行拼接，得到完整的曲面點云數據。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)，因為最后要完成模型的加工，需要的是平滑的曲面模型或是由良好的點云所產生的三角網格，所以點云數據的處理、曲面的構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重要的一部分。在逆向工程計劃的執(zhí)行上，應該對所建模型有一個通盤的了解，主要涉及到以下內容：(1)后繼承接的工作各種不同領域的應用，其模型建構在處理上也大不相同，即使是在同一工業(yè)用的產品隨著產品種類的不同，對精度與曲面質量的要求也大不相同。所以在計劃執(zhí)行以前，應該對后繼的要求有所了解。(2)必須要達到的精度要求及其可能性可能產生的誤差包括測量時造成的誤差和曲面建構時點云數據與曲面間的誤差。各種產品需要達到的精度標準各有不同，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劃執(zhí)行前做一個規(guī)劃，以達到任務的完滿完成。(3)必須要達到的曲面質量：平滑程度與連續(xù)性以已往的逆向工程的經驗來講，高精度和高質量的曲面一直是追求的兩大目標，大多數情況下，兩者是相互沖突的，如果要一個曲面與點數據完全吻合，那么該曲面必然有很多波動。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，則更加側重要求高質量的曲面。依據逆向建模策略和實現(xiàn)方式的不同，當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典的由點——線——面的曲面造型方式，它使用BEZIER和NURBS曲面直接由曲線或測量點來創(chuàng)建曲面；而快速曲面造型方式指的是通過對點云的多邊形網格化處理并對網格使用BEZIER或者NURBS曲面進行擬合來創(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) 從點云中重建出三角網格曲面； 2) 對三角網格曲面編輯處理； 3) 模型分割，參數化分片處理； 4) 柵格化并NURBS擬合成CAD模型。 點云數據處理點數據處理大致可分為：點數據的坐標定位，數據雜點的刪除，數據的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減，利用特征搜尋功能找出曲面的趨勢或特征，切割除需要的點或剖切點數據。1. 點數據的坐標定位無論使用的是何種設備，在掃描過程中不免需要將待測物體作移動，以實現(xiàn)完整點數據的獲取，這將會造成輸入軟件中數據的點數據產生坐標不統(tǒng)一的現(xiàn)象，目前部分掃描設備具備自動將不同角度的掃描點數據作定位的功能，但是畢竟還是有部分的點數據必須通過人工或后處理軟件達到點數據的定位。2. 雜點數據的刪除雜點就是測量錯誤的點（不是噪聲），是無效的點，放大后就看得出、很明顯地離開零件表面，孤立的點。譬如，激光掃描儀生成的圖像里就比較多雜點，散布在圖像四周，輪廓邊緣外尤其多；而CMM的雜點通常較少，或因為零件表面很粗糙、很糟糕，或出現(xiàn)在測量溝、臺、孔處，或因測量時的抖動引起。對這樣的點，一般用手工或使用分離點3. 數據的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減得到點數據后，必須檢查點群，刪除不需要的雜點。利用軟件的排序功能，將要用來建構曲面的點數據作排序并使其平滑化；如果點數據太多，也可利用刪減工具，將點數減少；通常特征變化較大的地方需要較多的點數據來描述，而較平滑的地方則以較少的點數據來表達；使用分析工具了解自己做了某些工作后，可能產生的誤差有多少。4. 對點云數據進行統(tǒng)一采樣與封裝點云噪聲點，體外孤立點以及非連接選項處理后，就可以對點云數據進行統(tǒng)一采樣和封裝了，對點云進行統(tǒng)一采樣時，根據物體表面的平滑度及物體的幾何外形，應該把曲率優(yōu)先值調到適合的大小，以方便后續(xù)處理，封裝是根據物體的類型選擇封裝的類型為曲面或者體積，封裝時，可根據物體外形尺寸的大小選擇目標三角形數，一般選擇默認值，但也可以根據自己的需要適當的把目標三角形數值稍微調大。 三角形網格曲面編輯處理在建模的初期，應對模型整體的建構有一定的初步的規(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單幾何要素找出來，作為后續(xù)曲面建模與模型基準的參考；必須了解對精度與平滑度之間取舍的允許度。在允許的精度誤差上，會舍棄精度取平滑度；必須對后處理的過程有全盤的了解。由于不同的曲面建構、不同的軟件以及后續(xù)的加工等，都可能造成不同的結果，所以必須了解后續(xù)工作的動作過程，以控制誤差的允許度:曲面的建構應盡可能簡單。簡單的曲面有利于后續(xù)工作的修編，較容易構建出較高質量的平滑曲面模型。在曲面編輯之前，如能利用軟件的分析功能，來充分掌握構建構曲線的精度與控制點，則構建出高質量曲面的可能性較大?；編缀吻娴臉嫿ㄔ谀嫦蚬こ讨校捎跍y量出來的點數據坐標可能沒有固定，所以用點數據構建基本幾何要素的功能就顯得相當重要了，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、定位用基準等。要對基本幾何體做出快速的分析。隨著測量系統(tǒng)的不同，測量出來的精度也有差異，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，再作適度的調整，求出最佳的結果。1. 破孔的填充與邊界修補對點云數據的封裝，只是得到物體初步的幾何外形，由于3DSS掃描前必須對物體表面的黑色表面，透明表面及反光面做處理，而物體表面又存在圓孔、矩形槽、參考點等特征，加上掃描時周圍環(huán)境、室溫的影響導致掃描時部分點云數據丟失，在封裝階段就會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，參考實物模型，盡量還原物體的幾何外形，完成曲面構建。 2. 爛面填充 封裝后得到的曲面表面是由許多多邊形構成的，這樣形成的曲面，在物體表面會有很多爛面，采用Geomagic軟件可以把部分爛面刪除再重新填充，對于部分凹孔，可以采用去除特征的方法使模型中的小孔填滿。 3. 邊界編輯封裝階段得到的曲面是由很多不規(guī)則多邊形構成的，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形成大量的不整齊的邊界曲線，為了后續(xù)處理的順利進行，對于不整齊的邊界，可以執(zhí)行“編輯邊界”命令，減少控制點的數目使邊界變得整齊。當多邊形階段對模型的編輯達到滿意時，對模型進行最后一步操作：執(zhí)行“修復相交區(qū)域”對相交的三角形進行松弛/消除操作；如果無三角形相交，系統(tǒng)則提示“沒有相交的三角形”。即使是不同的模型，對于點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云的處理過程中幾乎都會用到。一般情況下，多邊形階段編輯的好壞將決定最終曲面的質量。 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，進入曲面階段有兩個模塊可選：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“探測輪廓線”開始；另一種從執(zhí)行命令“探測曲率”開始。制作模塊即進入了Geomagic studio軟件Fashion模塊。本課題采用由“形狀模塊”進入曲面階段，由“探測曲率”開始，通過編輯菜單下的階段—形狀階段進入到形狀模塊后，執(zhí)行“探測曲率”命令，通過對“粒度”、“曲率級別”的調整以及簡化輪廓線命令。在模型曲率較大區(qū)域獲得輪廓線（以橙色線顯示）。同時根據粒度所設定的目標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”，然后對軟件自動探測到的輪廓線進行編輯，根據模型自身的特點使用繪制、松弛、收縮等命令對輪廓線進行編輯到準確位置，并保持輪廓線的平順。執(zhí)行“細分/延伸輪廓線”命令，延伸線根據輪廓線生成，延伸線在模型表面所占的區(qū)域即為曲面之間的過渡區(qū)域，使輪廓線所劃分的各塊面部相互連接，形成一個完整的曲面形狀。 輪廓線將整個模型劃分為不同的區(qū)域，每個區(qū)域即為一個面板。執(zhí)行“構造曲面片”命令，將各面板鋪設曲面片，曲面片數目可以通過軟件自動估計，也可以指定數目。再執(zhí)行“移動面板”命令，對所有面板進行定義，即指定所有的面板類型。由于在定義面板時，可選的有格柵、條、圓、橢圓、套環(huán)以及自動探測，為了更準確地表達曲面，所以在構造曲面片時盡量使面板的定義在前五種定義范圍之內。最終可得到曲面片均勻網格化的模型。 柵格化并NURBS擬合成CAD模型當所有面板都完成網格化之后，執(zhí)行“構造格柵”命令，將“分辨率”調到合適的值，完成曲面柵格構造，并在“非均勻有理B樣條”菜單下選擇“NURBS模型到CAD模型”完成模型轉化，得到最終的CAD模型。 曲面重構具體過程1. 點云數據處理階段　?。?）打開Geomagic軟件界面，在此環(huán)境下導入掃描的爬行士兵玩具外殼的點云數據?！　。?）使用去除孤立點命令去除孤立點（紅色點）及多余的測量點。圖32去除孤立點 （3）?！　。?）使用封裝命令對點云分裝后形成多邊形曲面。2. 構建曲面階段　?。?）處理中的圖形。 （2）對部分特征進行去除?！　。?）終處理后的的多邊形曲面。 3. 形狀階段 （1）由多邊形階段進入到形狀階段并劃分區(qū)域。（2） 根據橙色約束線在不同區(qū)域規(guī)劃網格。（3） 對排列整理后形成的曲面片構造柵格。4. 構造柵格后最終擬合曲面并轉化為CAD模型。 UG環(huán)境下的實體建模 曲面縫合UG環(huán)境下曲面縫合用于連接兩個或多個片體，并建立單一片體。如果選擇作縫合操作的片體形成一個封閉的容積，擇縫合操作將創(chuàng)建一個實體。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，否則結果仍然是片體。如果兩個實體共享一個或者多個共同表面，則可以將兩個實體縫合成一個單一實體。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中縫合曲面片時應將公差調大些。縫合片體后，對縫合后的完整曲面片進行處理，在曲率較大的地方做適當修剪。 圖51 曲面片 圖52 實體模型 塑件特征設計 本課題采用3DSS掃描儀掃描得到的知識模型外表面的點云數據，對點云數據經過一系列處理后，還應應用UG的實體建模功能完成塑件的特征設計，設計方法是在實體的適當部位建立適當的空間曲線，并以此建立合適的基準平面，并利用游標卡尺等測量工具，測得模型內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計，還原塑件的完整形狀。 圖 特征模型 本章小結本章是探討逆向工程關鍵的一步，逆向工程的后處理技術。首先論述向工程處理的內容和處理的原理，然后結合軟件Geomagic的逆向工程功能將掃描得到的玩具爬行士兵的點云圖處理成零件圖。闡述了Geomagic軟件基本功能，將點云數據轉化成CAD模型的基本原理及形成CAD模型的過程?？梢钥闯鰧Ⅻc云數據轉化成CAD模型好壞，關鍵在于對點云處理后的網格曲面進行處理，網格曲面如果處理得比較完美，轉化的CAD模型也會有較好的效果。第4章 Moldflow模流分析Moldflow是一款模擬注塑成型的軟件，利用計算機技術模擬注塑成型全過程，預測制品最終可能出現(xiàn)的缺陷，找到缺陷產生的根本原因，在模具加工值錢得到最優(yōu)化的制品設計、模具設計方案和最適宜的成型工藝條件，確保產品以最短的周期、最低的成本投入市場，增強市場競爭力。 最佳澆口位置分析Moldflow軟件中的MPI/Gate Location澆口位置分析模塊可以準確快速的分析出塑件的最佳澆口位置。如果模型需要設置多個澆口時，可以對模型進行多次澆口位置分析，在劃分好網格后，開始進行模具流動性分析。步驟：選擇分析序列\(zhòng)Gate Location選擇材料\GE ： 最佳澆口位置 結果如圖所示，在手臂和外殼衣肩處的藍色區(qū)域為塑件最佳澆口位置，將